Благодаря каким усовершенствованиям автомобили стали двигаться быстрее

муниципальное
бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя
общеобразовательная школа № 17

города
Новоалтайска Алтайского края»

Научно
— исследовательская работа

Как
машины стали скоростными?

Работа
выполнена

обучающимся
2 «Б» класса

Вахмистровым
Денисом

 
                     
                     
                     
       Руководитель:

 
                     
                     
                     
            Адамова С.А.

 
                     
                     
                     
            учитель начальных классов

2017

г.
Новоалтайск

Содержание

I.                  
Вступительная часть…………………………..

II.               
Теоретическая часть……………………………

Заключение…………………………………………….

Литература…………………………………………….

Цель
исследования:

Изучить
историю появления и развития современных машин.

Задачи
исследования:

1.                
Изучить литературу,  интернет источники по
теме исследования.

2.                
Определить, что послужило толчком к
изобретению автомобиля. 

3.                
 Узнать, отличительные особенности первых
автомобилей от современных машин.

Объект исследования:
автомобили

Предмет исследования:
процесс появления и изменения автомобилей

Основные методы:
изучение литературы, наблюдение.

Гипотеза: Появление
автомобиля облегчило жизнь человека, а его усовершенствование способствует
развитию и улучшению жизни в разных сферах.

I.                 
Вступительная часть

В исторических фильмах, литературе,
говорится о том, чтобы попасть из одного города в другой люди тратили много
времени — месяцы, годы.

А делали они это с
помощью лошадей, кораблей, воздушных шаров.

Мне стало очень интересно,
а когда же люди стали пользоваться автомобилем?

Каким был самый первый
автомобиль? Чем современные автомобили отличаются от
первых автомобилей?

II.             
Теоретическая часть

Миллионы автомобилей
колесят по планете. Звук двигателя так же привычен, как солнце в небе. Но, с
чего началась история авто?

Прежде чем появились
машины, люди изобрели колесо, которое явилось основой в передвигающемся
механизме (в повозках, в бричках, колесницах и т.д.)    Около, 5 тысяч лет тому
назад оно было изобретено . Первые колёса были каменными, они были неудобными и
неровными. Потом появились деревянные колёса, они тоже ломались. Гораздо позже
появилось множество колес: от железных до современных резиновых, но имеющих
особое устройство. (Приложение 1 рис.1-2)

С помощью колёс люди
стали изобретать колесницы, телеги. Считается, что колесницы появились в Египте
в 18 веке до нашей эры. Колесницы по своему времени представляли собой
достаточно дорогостоящие и технологичные изделия. Изготовлялись они из деревьев
различных пород. (Приложение 1 рис.3)

Затем стали изготовлять
телеги, повозки, брички, самокаты, велосипеды – это настолько облегчило жизнь
человека, что стало удобнее передвигаться на дальние расстояния, а также
перевозить тяжёлые грузы.

Учёные стали изобретать
первые автомобили, и это был автомобиль паровой. Первую паровую машину двухцилиндрового
парового двигателя изобрёл наш русский учёный Иван Ползунов. Он родился 14 марта 1728г в Екатеринбурге, а с 27 мая 1766 г, проживал в Барнауле.

 Проект
парового двигателя мощностью 1,8 л.с, Ползунов разработал в 1763 году. (в мире
существует несколько единиц измерения под названием «лошадиная сила». В России,
как правило, под лошадиной силой имеется в виду так называемая «метрическая
лошадиная сила», равная точно 735,49875 ваттам).

В январе 1764 г.
изобретатель приступил к созданию действующей «огнём» машины. В Центральном
Государственном историческом архиве СССР хранятся подлинные чертежи паровой
машины с его личной подписью «механикус Иван Ползунов». К чертежам приложена
пояснительная записка, составленная автором в декабре 1765 г. Тогда же Иван
Ползунов закончил постройку паровой машины.

Это был первый в мире
двухцилиндровый двигатель с работой цилиндров на один общий вал, что впервые в
мире позволило ему работать без какого-либо использования гидравлической
энергии, то есть, в том числе на совершенно сухом месте, что было огромным
шагом вперед по сравнению с существовавшими тогда паровыми машинами, не
способными обходиться без вспомогательного гидравлического привода. Однако это
была всё ещё пароатмосферная машина, то есть пар использовался только для подъема поршня, который опускался под влиянием атмосферного
давления.

Проект был послан Екатерине II, и она наградила Ивана Ползунова 400
рублями и повысила в чине на две ступени (до капитан-поручика).

Модель этой машины была
взята в Кунсткамеру, сама же машина была испытана учениками
Ползунова, окупила себя и успела даже принести прибыль. Однако после поломки
после трех месяцев работы была разобрана и заменена на обычный гидравлический
привод.

Действующая модель машины
Ползунова хранится в музее Барнаула.

 (Приложение 1 рис.4)

Сегодня мы знаем, что первые
машины появились в 1768 году. Именно тогда появились паросиловые автомобили,
способные без помощи лошадей перевозить человека (а иногда и двух). Уже в 1806
году изобретатели обратили свое внимание на двигатели внутреннего сгорания.
Однако первому бензиновому двигателю было суждено появиться только в 1885 году.

История первых машин,
движимых электрическими двигателями, оказалась довольно извилистой и
неоднозначной. Первые модели появились в самом начале
двадцатого века. Сначала они произвели настоящий фурор, а уже через два года
интерес общества к ним иссяк – скорость маленькая, да и тяга в сравнении с
другими двигателями, незначительная. Но, в начале двадцать первого века все
снова заинтересовались электродвигателями, в расчете найти безопасный,
малотоксичный и экологически чистый вид энергии для автомобиля.

В 1885 году немецкий изобретатель
Карл Бенц представил первый готовый к продаже и серийному производству
автомобиль. Он сильно отличался от современных и первое, что бросается в глаза
– это то, что у него было не 4, а всего лишь 3 колеса.

Его скорость была 16
км/ч. Передвигался он очень медленно, у него были свои недостатки, но при
помощи его люди смогли много сделать и достичь. Смогли передвигаться на
расстояния, перевозить грузы, путешествовать.  Этот изобретатель гораздо
облегчил жизнь людей. (Приложение 1 рис.5-6)

В 1946—1958 годах был
выпущен  автомобиль «Победа»  на
Горьковском автомобильном заводе
Заводской индекс модели — М-20. Первый советский легковой автомобиль с несущим
кузовом и один из первых в мире крупносерийно,  выпускавшихся
с кузовом полностью понтонного
типа — без выступающих крыльев и их
рудиментов, подножек и фар.

Этот легендарный
автомобиль своим названием напоминает о Дне Победы. Первый вариант имел
мощность 50 л.с., был объёмом 2,12 л., максимальная скорость 105 км/ч,
четырёхцилиндровый двигатель. Второй вариант двигателя был на 6 цилиндров,
мощность была 62 л.с., объём 2,85л., развивал скорость до 120 км/ч. (Приложение
1 рис.7)

Очень многое изменилось в
современных автомобилях. Люди изобретали всё новые и новые.

Ford Mustang —
культовый автомобиль класса Pony Car
производства Ford
Motor Company.

Изначальный вариант 11233
(1964/65—1973 гг.) был создан на базе агрегатов семейного седана Ford
Falcon (создатель Ли Якокка
и его команда). Первый серийный Mustang сошёл с конвейера 9 марта
1964 года
как модель 1965 года (в среде коллекционеров относительно Mustang выпуска до
осени 1964 года употребляется неофициальное обозначение «модель 1964 1/2»). 17 апреля
автомобиль был представлен публике в Нью-Йорке,
а 19 апреля —
показан по всем трём американским телевещательным сетям. Продвижение автомобиля
сопровождалось активной рекламной кампанией. Это была одна из самых удачных
премьер в истории автомобилестроения.

Первоначальный концепт
Mustang  в 40 л.с. 1962 год.

Первый прототип
автомобиля под девизом Mustang (1962 год) представлял собой двухместный
среднемоторный родстер
в духе европейских спорткаров, тех лет с крайне необычным, футуристичным
дизайном.

Самый мощный автомобиль
нашего времени «Ford Mustang»
— культовый автомобиль класса «Пони Кар», производство «Форд Мотор Компани»
производимый в США. Мощность этого автомобиля до 420 л.с. (Приложение 1 рис.8)

2008-ом году компания
Bugatti наладила производство открытой версии суперкара Bugatti Veyron. Новую
модель Bugatti Veyron Grand Sport конструкторы не обделили солидными
техническими характеристиками, благодаря чему автомобиль до сих пор является
самым быстрым кабриолетом в мире.

Под капотом этого
эксклюзивного серийного авто вы обнаружите W-образный двигатель с
распределенным впрыском топлива и турбонаддувом, мощность которого составляет
1001 лошадиную силу.

Этого вполне достаточно,
чтобы разогнать автомобиль до 100 км/час за 2,5 секунды, а на разгон до 300
км/час вы потратите не более 14,6 секунд. Максимальная скорость спорткара
составляет 407 км/час, однако со снятой крышей этот показатель снижается до
360-ти км/час. Роботизированная 7-ми ступенчатая трансмиссия в сочетании с
полным приводом обеспечивают идеальные ходовые характеристики и легкость
управления.

 «Bugatti Grand Sport»
назван в честь французского легендарного гонщика Пьера Вейрона, скорость
автомобиля 410 км/ч., очень удобный и быстрый. Этот автомобиль в 2010 году
побил мировой рекорд скорости и стал самым быстрым автомобилем в мире. (Приложение
1 рис.9)

Но вот появился на рынке
новый усовершенствованный и красивый автомобиль «Lamborghini Veneno»
— Предсерийная версия (№ 0, после окончания автосалона она была отправлена в
музей Lamborghini) была показана на Женевском
автосалоне в марте 2013 года в честь 50-летия
марки. Всего выпущено 3 экземпляра по цене более 3 миллионов евро,
причём все они были уже распроданы до самой премьеры автомобиля.
Несмотря
на тенденцию к использованию гибридных силовых установок на суперкарах, в
компании решили придерживаться классического решения и воспользовались
атмосферным 6,5-литровым бензиновым
двигателем. Мощность увеличена до 750 лошадиных
сил, и за счет оптимизации системы выхлопа и
улучшения аэродинамики, Veneno стал быстрее на 0,1 с. Соотношение массы к
мощности составляет 1,93 кг/л.с.

7-ступенчатая роботизированная коробка передач
также отличается тем, что имеет одно электрогидравлическое сцепление.

 В
интерьере автомобиля также преобладает углепластик, из него также изготовлены
каркас и посадочная поверхность кресел (для них был изготовлен специальный
гибкий карбоновый материал, названный CarbonSkin). Мощность увеличена до 750
л.с., максимальную скорость развивал до 360 км/ч. (Приложение 1 рис.10)

II.
Заключение

При
работе над данной темой я узнал много нового, интересного,  понял, когда
появились первые автомобили и  как они  изменялись. Основное назначение
автомобиля заключается в совершении транспортной работы. Автомобильный
транспорт в развитых странах занимает ведущее место по сравнению с другими
видами транспорта по объёму перевозок пассажиров. Современный автомобиль
состоит из 15—20 тысяч деталей, из которых 150—300 являются наиболее важными и
требующих наибольших затрат в эксплуатации. Также я понял и узнал, что автомобили
делятся по типу двигателя:

·      Паровой
– (тепловой
двигатель внешнего
сгорания, преобразующий энергию водяного пара
в механическую
работу возвратно-поступательного
движения
поршня,
а затем во вращательное движение вала.)

·          
Бензиновый
– (двигателей внутреннего сгорания,
в цилиндрах
которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической
искрой.)

·           Дизельный
— (поршневой двигатель внутреннего сгорания,
работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия
разогретого при сжатии воздуха.)

·         Газовый
— (двигатель внутреннего сгорания,
использующий в качестве топлива сжиженные
углеводородные газы (пропан-бутан)
или природный
газ (метан).

·          
Газогенераторный
— (автомобиль,
двигатель внутреннего сгорания)

·           
Водородный
— (транспортные средства, использующие в качестве топлива водород)

·           
Электромобиль —
автомобиль, использующий для движения электрическую энергию собственных аккумуляторных
батарей.

·           
Гибридный
автомобиль — автомобиль, использующий
одновременно и электрический, и традиционный двигатель внутреннего сгорания.

Вывод:
Машины с каждым годом изменяются, усовершенствуются, сейчас с помощью
транспорта мы можем быстро и комфортно передвигаться, перевозить грузы, ездить
на отдых и многое другое, а это значит, что автомобиль помогает человеку и
улучшает нашу жизнь в разных сферах.

Используемая литература:

1.                
Большая детская энциклопедия —  авторы   Л.В.Золоева,
Н.Ю. Лебедева, Э.И. Мотылёва, издательство ООО Астрель, Аст, 2002 г;

2.                
Книга Гиннес. Мировые рекорды
2016.О.Ю.Фимина,  О.И.Сергеева Москва АСТ,2007

3.                
Энциклопедия Знаний – автор Т. Конделаки,   издательство
Москва АСТ Астрель, 2007 г;

4.                
Детская энциклопедия «Что, Зачем, Почему?»
— авторы Е.О. Хомич, М.Н. Якушева,  издательство ООО Харвест, 2007 г;

5.    
Книга http://www.rulit.me/books/remont-avtomobilej-dlya-chajnikov-download-free-169315.html

6.                
Источник: http://www.all-library.com/texnicheskaya-literatura

7.                
Источник: http://4gear.ru/pervyy-v-mire-avtomobil.html

8.                
Источник: http://sanekua.ru/ustrojstvo-legkovogo-avtomobilya-dlya-nachinayushhix/

9.  
        Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki

10.
 Источник: http://365cars.ru/soveti/ustroystvo-avtomobilya-dlya-chaynikov.html

Приложение
1

1.                  Древний мир	2.               Первое колесо
3.	4.
5.	6.
7.	8.
9.	10.

Конспект НОД по LEGOконструированию

«Скорость. Как заставить машину ехать  быстрее?»,

старший дошкольный возраст.

Цель: развивать познавательно-исследовательскую и конструктивную деятельность детей средствами LEGO WeDo 2.0.

Обучающие задачи:

•  учить основным приёмам сборки и программирования модели;
•  формировать конструктивное мышление средствами робототехники;

•  расширять представления детей об окружающем мире;

•  закрепить навык работы по технологической карте и без нее.

Развивающие задачи:

• развивать пространственное мышление;

• развивать умение ставить цель и оценивать полученный результат;

• развивать словарный запас детей, познакомить с новым понятием «скорость»;

• развивать познавательный интерес и навыки конструирования.

Воспитательные задачи:

• воспитывать навыки сотрудничества в процессе совместной деятельности;

• поощрять стремление воспитанников к самостоятельности.

Оборудование: интерактивная доска, компьютер на каждую подгруппу, интерактивный конструктор LEGO Education WeDo 2.0 на подгруппу, программное обеспечение к интерактивному конструктору.

Ход НОД.

— Маша и Макс заметили, что гоночные автомобили с момента своего изобретения сильно изменились. Они хотят выяснить, как можно увеличить скорость автомобиля. Ребята, поможем Максу и Маше? (Да!)

— Наше исследование начнем с просмотра видео ролика.

1.  Автомобили позволяют нам быстрее добраться из одной точки в другую.  Но когда-то автомобили передвигались медленнее, чем лошади.

2. Чтобы улучшить конструкцию, разработчики автомобилей искали элементы, которые могли бы повлиять на скорость автомобиля.

3.  Инженеры изучали все компоненты автомобиля, чтобы спроектировать более мощные двигатели и механизмы.

4.  Инженеры улучшали колеса и шины и изменяли их размеры и материалы. 5. Сегодня автомобили могут двигаться быстрее 400 км/ч.

— Ребята, благодаря каким усовершенствованиям автомобили стали двигаться быстрее? (Ответы детей)

  Есть много факторов, которые могут повлиять на скорость автомобиля. Размер колес, мощность двигателя, шестерни, аэродинамика и вес — наиболее распространенные из них. (Цвет автомобиля, марка или водитель не должны рассматриваться в качестве потенциальных элементов для исследования).

— Какие факторы влияют на время, затраченное автомобилем на преодоление расстояния? (Ответы детей)

   Ответ на этот вопрос должен обеспечить предварительное представление о понимании учащимися содержания задания. Это означает, что в начале урока ответы учащихся могут быть неверными. Тем не менее, к концу урока учащиеся должны дать точный ответ на этот вопрос.

— Думаю, некоторые ответы были верны. После сборки мы вернемся к этому вопросу. Ответьте на следующий вопрос. Какие детали необходимы при постройке гоночного автомобиля, который может двигаться вперед и остановиться на финишной линии? (Ответы детей)

После ответа детей предлагается просмотр видео ролика.

— Вы готовы посмотреть, какие элементы LEGO необходимы для создания модели? (Да)

— Сейчас нам надо разбиться на пары.

— Берем, ребята конструктор Lego WEDO 2.0  и приступаем к работе.  

               Инструкция по сборке модели выведено на интерактивную доску.

Дети конструируют самостоятельно.

— Молодцы, работать с конструктором вы умеете. Ваш гоночный автомобиль готов!

— Запрограммируйте модель для движения вперед на заданное расстояние, как это показано на видео.

Повторная демонстрация видео ролика

— Подключите модель LEGO к своему электронному устройству.

— Ребята, вам необходимо держать руку перед гоночным автомобилем до запуска программы. Программа начинается с отображения знака «0» и ожидания стартового сигнала. Когда уберете руки, программа запустит двигатель, разгонит до максимальной мощности, затем повторит цикл, добавив «1» на экране. Цикл будет повторяться до окончания гонки. Затем двигатель будет отключен.

В качестве модуля привода в данном проекте используется шкив. Систему шкивов можно собрать в двух различных положениях: положение для снижения скорости (маленький шкив и большой шкив) или положение для нормальной скорости (два больших шкива).

(Дать возможность запустить автомобиль с большими колесами при помощи двигателя, равной 5, и конфигурации шкива А, несколько раз, далее предложить сменить конфигурацию на В)

—  Начните гонку с БОЛЬШИМИ колесами на мощности двигателя «10».

—  Начните гонку с НЕБОЛЬШИМИ колесами на мощности двигателя «10».

Далее предложить устроить гонки, но  обязательным условием должно быть: первая половина детей оставляет гоночный автомобиль с большими колесами, а вторая половина детей с небольшими колесами.

— Какой вывод можно сделать о взаимосвязи между размером колеса и временем, необходимым для того, чтобы автомобиль проехал определенное расстояние?  

Чем больше размер колеса, тем быстрее автомобиль будет проезжать данное расстояние, если все остальные параметры остаются постоянными. 

—  Что можно сказать о конфигурации шкива и его влиянии на скорость автомобиля?  

Одна из конфигураций шкива позволяет автомобилю двигаться быстрее, а другая снижает скорость автомобиля.

— Спасибо, юные инженеры. Я надеюсь, что кто-нибудь из вас обязательно станет инженером–конструктором. Мы с вами сегодня сделали большое, доброе дело – помогли Максу и Маше.

Как развивались гоночные болиды: От электрокаров до реактивных гоночных болидов

Битва за рекорд скорости на земле разгорается…

Британский гиперзвуковой гоночный болид Bloodhound SSC, станет первым в мире наземным транспортным средством, которое превзойдет 1600 км в час. Он использует турбореактивный двигатель от реактивного истребителя и небольшой дополнительный ракетный двигатель для производства в общей сложности ошеломляющих 133.000 л. с. В 2019 году будет произведена пробная попытка преступить порог в 800 км/ч, в 2020 году команда попытается превзойти 1600 км/ч. Обе попытки будут проведены на плато Хакскин в Южной Африке.

Если все получится, то болид Bloodhound станет последним на данный момент сверхзвуковым гоночным болидом при разработке которого преследовалась исключительно единственная цель – заполучить корону и звание самого быстрого автомобиля на земле.

Смотрите также: 12 фактов о самых быстрых вещах в мире

Ему предшествовала целая плеяда разнообразных сверхбыстрых автомобилей. При этом, первые из них по сегодняшним мерка могли разгоняться ненамного быстрее черепахи. Но без них не было бы прогресса. Вспомним все рекорды на суше.

1898: Jeantaud Duc – 62 км/ч

Все началось в 1898 году, когда по сути электрический автомобиль с французскими корнями Jeantaud Duc поставил тогда небывалый рекорд скорости – «пролетев» по прямой на скорости 63,15 км/ч. Тогда он заслуженно стал самым быстрым автомобилем в мире.

За штурвалом во время рекорда находился бесстрашный гонщик Гастон де Шасслу-Лоба.

Компания Jeantaud продолжала производить автомобили до 1908 года.

1899: La Jamais Contente – 100 км/ч

Герцог ненадолго сохранил за собой рекорд. Побили его на машине, получившей название La Jamais Contente, что в переводе с французского можно перевести как «всегда недовольный». Машина также была электрокаром, и она впервые из всех перешагнула через порог в 100 км/ч.

За рычагами управления был бельгиец Камиль Дженаци.

1904: DMG Mercedes Simplex – 156 км/ч

Другой бельгиец Пьер де Кастерс взял для рекордного заезда Мерседес и разогнал его почти до 160 км/ч во время заезда близ бельгийского города Остенде. На дворе был май 1904 года. Автомобиль развивал 90 л. с. посредством огромного 11.9 литрового четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания.

1904: Gobron-Brillié – 167 км/ч

Месье де Катерс недолго почивал на лаврах. В июле того же года француз Луиз Риголли побил рекорд. Также в Остенде, только скорость была повыше – 167 км/ч, или если быть точнее 166.66 км/ч. В успехе ему помог 15-литровый уникальный двигатель с системой встречного движения поршней.

Смотрите также: Что будет если электрокары будут развиваться как компьютеры

Автомобили все еще находились на примитивных стадиях развития, но скоростная эпоха действительно наступила.

1913: Fiat S76 – 213 км/ч

Этот автомобиль, известный во всем мире как «Туринский зверь», по большому счету не должен быть в списке. Да, машина была построена основателем компании Fiat Джованни Аньелли, специально чтобы побить рекорд скорости на земле. Красного монстра оснастили 28-литровым 4-цилиндровым двигателем мощностью порядка 300 л. с.

Американский гонщик Артур Дюрей, в заезде в Остенде в декабре 1913 года, смог развить максимальную скорость в 213 км / ч, однако заезд в противоположенную сторону в течение отведенного регламентом часа так и не был проведен.

1914: Blitzen Benz – 200 км/ч

А вот Blitzen Benz годом позже откатал забег как положено. Дело было в Великобритании, где в июне 1914 года. За рулем монстра, построенного Бенцом с 21.5-литровым двигателем был сын посла Великобритании в России Лидстон Хорнстед. Мотор производил порядка 200 л. с. Заезд проводился на автодроме Брукленда, недалеко от Лондона.

Начавшаяся вскоре после этого Первая мировая война положила конец мирным заездам на несколько лет.

1922: Sunbeam 350 л. с. – 218 км/ч

После войны инженеры и гонщики поняли, что ключом к большей скорости является использование авиационной техники, в которой начинают появляться двигатели огромной мощности (для того времени). Рассуждения на тему привели к появлению болида Sunbeam с 350 л. с. в 1920 году. Под длинным капотом стоял 18,3-литровый V12.

Смотрите также: 11 лучших моментов с 2015 Goodwood Festival of Speed

Ирландский наследник пивоварни Кенельм ли Гиннесс привел автомобиль к рекорду в 218 км в час в мае 1922 года в Бруклендсе. Это был последний раз, когда рекорд скорости был установлен на трассе, а не на пляже или солончаке.

1925: Sunbeam Blue Bird – 243 км/ч

Малкольм Кэмпбелл купил 350-сильный Sunbeam через три года и дав ему имя собственное – «Синяя Птица», принялся за установление нового рекорда скорости.

Мощные автомобили стали требовать более длинные прямые, чтобы отработать весь потенциал. Пляж Пендина в Уэльсе стал популярным выбором для многих британских потенциальных рекордных попыток, благодаря длинному ровному песчаному пляжу.

В сентябре 1924 года Sunbeam «Blue Bird» разогналась до 234 км/ч, но в июле следующего года рекорд был улучшен – 243 км/ч.

1927: Sunbeam 1000 л. с. – 328 км/ч

Преодолеть 300 км/ч, вот какую цель поставили перед собой отважные гонщики. Но чтобы это сделать, требовались были моторы гигантской мощности. Удивительно, но уже в конце 20-х годов таковые были. 1.000 лошадей! Это вам не чахлый моторчик автомобиля Адама Козлевича из незабвенного романа Ильфа и Петрова «Золотой теленок», скорее это уже ближе к современному Бугатти Вейрон. Одной лошади не хватило машине 1927 года.

Первым кому удалось достичь неимоверной по тем временам скорости стал болид Sunbeam – «Солнечный луч» и это название как нельзя лучше раскрывало всю сего суть. Использование автомобиля было сопряжено с проблемой – прямых пляжей Британии было недостаточно. Поэтому для рекорда скорости машину отправили через Атлантику в Дайтону, штат Флорида, где пляжи могли предоставить достаточно места для достижения максимальной скорости.

Рекорд в 327.97 км/ч был установлен! За рулем находился британец Генри Сеграйв.

Неудивительно, что трагедия шла со скоростными заездами бок о бок. Всего год спустя победитель Indy 500 Фрэнк Локхарт во время рекордной попытки 1928 года разбился насмерть на трассе в Дайтона, когда взорвавшееся колесо на большой скорости опрокинуло автомобиль, гонщик вылетел из своей машины, до того, как рекорд скорости был зачтен.

1935: Campbell-Railton Blue Bird – 484 км/ч

Несмотря на опасность, улучшения в производительности автомобиля пошли быстрее в 1930-х годах. На этот раз скоростные лимиты возросли до фантастических. Оказалось, что можно летать по пляжам со скоростями самолетов.

Сэр Малкольм Кэмпбелл доказал это за рулем болида «Campbell-Railton Rolls-Royce BlueBird», разогнавшись до 301.13 миль в час (484.62 км/ч) на пляже в Дайтона-Бич.

Этот автомобиль использовал по-настоящему тепловозный 36,7-литровый двигатель Rolls-Royce R V12 с наддувом, способный выдать на-гора 2.269 лошадей. Куда там Вейронам и Чиронам!

Обычные двигатели внутреннего сгорания достигали фантастических для того времени скоростей, но вскоре их должны были заменить новыми технологиями. Однако война вновь вторглась в охоту за наземный рекорд скорости.

1964: Bluebird-Proteus CN7 – 648 км/ч

Июль 1964 года, наконец, увидел еще более безумные скоростные забеги по прямой. Почти 650 км/ч, это вам не шутки!

Рекорд официально вписан в историю золотыми буквами сыном сэра Малкольма Кэмпбелла, Дональдом, достигнувшим скорости 403.14 миль в час (648,79 км/ч) на газотурбинном двигателе Bluebird-Proteus CN7. Заезда состоялся на большом озере Эйр в Южной Австралии, которое большую часть времени представляет собой сухую соляную равнину.

Смотрите также: Самые интересные концепткары на 2017 Geneva Motor Show [96 фото с автовыставки]

Попытка открыла дверь для реактивных моторов.

1970: The Blue Flame – 1001 км/ч

1000 км/ч пройдено!

Американские гонщики, ясное дело, были раздражены длительным британским доминированием в скоростных заездах. Рекорды скорости сыпались словно из рога изобилия, но янки в них не было место. Чтобы изменить расстановку сил, компания Reaction Dynamics из Милуоки начала разработку своего ракетного автомобиля в 1965 году. В автомобиле использовалась комбинация топлива на основе перекиси высокой очистки и сжиженного природного газа, сжатого в газообразный гелий.

Забег в Солончаках Бонневилля в штате Юта с Гэри Габеличом за рулем, показал, что разработчики «Голубого пламени» пошли абсолютно верным путем. 1001 км/ч в октябре 1970 года стали тому доказательством.

1983: Thrust 2 – 1019 км/ч

Рекорд продержался 13 лет. Затем появилась «British Thrust 2» — этот автомобиль был оснащен одним реактивным двигателем Rolls-Royce Avon от английского реактивного истребителя Electric Lightning.

К рекорду его вел Ричард Ноубл в пустыне Блэк-рок, Невада, и в октябре 1983 года совместными усилиями они достигли 633.468 миль в час (1019,47 км/ч).

1997: Thrust SSC – 1227,93 км/ч

Ричард Ноубл решил побить свой собственный рекорд, возглавив проект, перед которым наконец встала задача никем ранее не решенная – проход через звуковой барьер.

На этот раз автомобиль был оснащен не одним, а двумя реактивными двигателями — турбинами Rolls-Royce Spey, заимствованными у британской версии истребителя McDonnell Douglas F-4 Phantom II.

Этого было достаточно, чтобы зарядить автомобиль мощностью порядка 110 000 лошадиных сил. Запуск реактивного самолета на колесах состоялся в октябре 1997 года в пустыне Блэк рок, штат Невада. Неудивительно, что за руль посадили пилота королевских ВВС Энди Грина.

1997: Thrust SSC – 1227,93 км/ч

«Это самый громкий, самый высокий звук, который я когда-либо слышал», — рассказал Грин о приближении к звуковому барьеру, «автомобиль тянуло в сторону (видео как происходил заезд) — из-за конструкции колес, которые были расставлены сзади в шахматном порядке. Он имел тенденцию смещаться влево на скорости более 965 км/ч. Чтобы удерживать его на прямой траектории приходилось поворачивать руль аж на 90 градусов». 90 градусов, на скорости 1000 км/ч! Просто невероятно.

2020: Bloodhound SSC – 1600 км/ч?

После триумфа 1997 года, благородный брит возвращается. Цель великая – перейти отметку в 1600 км/ч. Bloodhound SSC работает на турбине Rolls-Royce Eurojet EJ200, на этот раз позаимствованном у самолета Eurofighter Typhoon.

Смотрите также: Топ-5 самых крутых скоростных автомобилей, которые когда-либо выпускались

После испытаний на 300 км/ч в местечке Ньюкей в Западной Англии в 2017 году, нынешняя цель заключается в том, чтобы взломать 800 км/ч в 2019 году, а затем установить рекорд в 1.600 км/ч в 2020 году. Заезд пройдет на трассе в Северной пустыне Капской провинции ЮАР. Однако у Bloodhound есть соперники, которые хотят сделать то же самое – кто победит? Становится жарко…

Есть команды гонщиков поскромнее, но от этого не менее колоритные:

Самая быстрая 2.0-литровая машина: Skoda Octavia VRS – 365 км/ч

 

Самый быстрый дизельный болид: JCB Dieselmax – 563 км/ч

 

Рекордный гибридный автомобиль: Hyundai Ioniq Hybrid – 254 км/ч

 

Рекорд скорости болида Формула 1: Honda Formula 1 – 397 км/ч

 

Самый быстрый в мире электрокар: Venturi Buckeye Bullet 3 (VBB-3) – 550 км/ч

 

Быстрейший мотоцикл: Ack Attack – 634 км/ч

 

Самый быстрый автомобиль на паровой тяге: Inspiration – 238 км/ч

 

Ветромобиль установил рекорд скорости: Ecotricity Greenbird – 202 км/ч

 

Самый быстрый автомобиль на солнечных батареях: Sky Ace Tiga – 91 км/ч

 

Самый быстрый танк: FV101 Scorpion – 82 км/ч

Время на прочтение
16 мин

Количество просмотров 14K

Пилоты Формула-1 испытывают перегрузки, равные тем, что испытывали астронавты «Аполлона» во время приземления. Давайте рассмотрим как проектируются и создаются их болиды.

Вот уже более 60 лет команды Формулы-1 разрабатывают, тестируют и создают самые быстрые и технологически впечатляющие автомобили, которые когда-либо видел мир. Список удивительных характеристик и свойств этих болидов почти бесконечен: они могут разгоняться с 0 до 300 км/ч примерно за 10 секунд, проходить повороты с такой скоростью, что пилоты испытывают перегрузку подобно астронавтам «Аполлона» во время приземления, а затем сбрасывать скорость до 100 км/ч за 0.7 секунды благодаря мощным тормозам и значительной прижимной силе (именно эта прижимная сила позволяет болиду не разворачиваться в каждом повороте)

Но что действительно впечатляет, так это то, что эти машины проектируются и строятся с нуля каждый год. Именно это делает чемпионат мира Формула-1 таким конкурентным и именно поэтому темпы развития столь велики. Команды-участники (их всего около 10, и большинство из них базируются в Англии) каждый год на протяжении 60 лет бросают друг другу вызов, чтобы создать новый лучший болид в мире. Единственный способ занять поул-позицию – попытаться найти сильную сторону, о которой еще никто не думал, а затем продолжать находить новые грани, пока все остальные вас догоняют.

Как вы, вероятно, догадались, материаловедение, инжиниринг, новейшее программное обеспечение, а в последнее время и облачные технологии – команды Formula-1 пользуются инновациями во всех этих сферах, и конечно мы о них поговорим.

Для написания этого текста я присоединился к команде Renault Sport Formula One Team в ходе финальной части подготовки к сезону 2017 года. Пока я пишу это, я слышу, как автомобили этого года тестируются на трассе Барселона-Каталуния. Болид от Mercedes только что установил самое быстрое время круга, и мы все беззвучно задаемся вопросом: «Будут ли они снова доминировать?».

После трудного 2016 года, в 2017 году у команды Renault Sport Formula One Team дела идут на подъем. Они создали новое шасси и внедрили абсолютно новую силовую установку от Renault. Инженерные команды были усилены за счет привлечения новых сотрудников и приобретения современного инструментария и аппаратуры. Планирование, проектирование, а также международное сотрудничество и коммуникации были подкреплены за счет продления партнерства с Microsoft Cloud. Также в команде работает легенда Формулы-1 Ален Прост – он консультирует пилотов, Нико Хюлькенберга и Джолиона Палмера.

Как они поедут? Не знаю, я технический журналист, а не автоспортивный корреспондент. Зато я могу рассказать вам, как они построили этот автомобиль. Точнее, как они разработали и выбросили тысячи прототипов в поисках того единственного проекта, который может позволить выиграть чемпионат.

Различные болиды F1 от Ferrari с 1950 по 2002 годы

Болид Brabham BT46, который был оснащен гигантским вентилятором для создания разрежения воздуха под днищем с целью увеличения прижимной силы.

После смерти Айртона Сенны в автомобили F1 было внесено множество изменений, в том числе обязательная деревянная планка (заносной блок), которая показывает, не опускается ли автомобиль слишком низко до земли (и, таким образом, нарушает правила).

Открытие прижимной силы

В течение первых тридцати лет истории Формулы-1 автомобили были в основном тупыми механическими зверями. Основными факторами успеха были навыки водителя, шины и мощность силовой установки. Затем, в 1977 году, команда Lotus (не та Lotus F1, которая стала командой Renault Sport Formula One) стала уделять больше внимания аэродинамике – в частности, граунд-эффекту, который в мире автоспорта обычно называют прижимной силой. Нижняя часть автомобиля Lotus 79 F1 была изогнута, как перевернутое крыло самолета, за счет чего создавался карман низкого давления, который, по сути, притягивал автомобиль к земле.

Lotus 79 был очень успешен, и в то время, когда остальные команды пытались побороть черную магию команды Lotus, все машины создавались с прицелом на максимальную прижимную силу. Один из болидов, Brabham BT46 (на фотографии выше), даже имел большой старомодный вентилятор, который вытягивал воздух из-под машины.

В течение следующих нескольких лет болиды класса Формула-1 становились все быстрее и быстрее, особенно в поворотах. В конце концов, после нескольких несчастных случаев и смерти Жиля Вильнева в 1982 году, FIA предписала вернуться к машинам с плоским дном. Впрочем, аэродинамического кота больше нельзя было положить обратно в мешок.

Красивый снимок аэротуннеля команды F1

Уменьшенная на 40% модель болида в аэродинамической трубе

Также команды F1 используют реалистичные симуляторы для дополнения ограниченных тестов на треках

Контрольная комната для работы с симулятором

Схема аэродинамики в болиде F1

Аэродинамический инженер, специализирующийся на вычислительной аэродинамике

Суперкомпьютер, на котором выполняются аэродинамические симуляции команды Formula-1. Команда сотрудничает с Boeing, отсюда и лейбл.

Еще один милый снимок суперкомпьютера

25 терафлопс и ни на йоту больше

Практически в любой области технологического и инженерного развития в Формула-1 прослеживается путь, похожий на тот, что прошла аэродинамика. Команда находит область, которая еще не была регламентирована FIA или область, в которой можно творчески интерпретировать существующие правила. Затем инженеры пробуют действовать в пределах нескольких миллиметров от правил, иногда слегка переступая черту. Другие команды следуют этому примеру; затем FIA пересматривает свои правила, и цикл начинается заново.

Как вы можете себе представить, после 60 лет борьбы с нормативными актами, сейчас Формула-1 регулируется объемными документами с правилам – они содержат сотни страниц.

Например, каждой команде Формулы-1 разрешено использовать для моделирования аэродинамики автомобиля только 25 терафлопс (триллионы операций с плавающей точкой в секунду) вычислительной мощности с двойной точностью (64 бита). В грандиозном мире суперкомпьютеров 25 терафлопс – это не так уж и много: можно сравнить с 25 оригинальными видеокартами Nvidia Titan (новые карты на базе Pascal не очень хорошо справляются с математикой двойной точности)

Как ни странно, правила Формула-1 также предусматривают, что можно использовать только CPU, а не GPU, и что команды должны четко указывать, используют они AVX инструкции или нет. Без AVX FIA оценивает одно ядро процессора на архитектуре Sandy Bridge или Ivy Bridge в 4 флопса; с AVX каждое ядро оценивается в 8 флопсов. Каждая команда должна предоставить точные спецификации своего вычислительного кластера в FIA в начале сезона, а затем составлять лог-файл после каждых восьми недель непрерывного тестирования.

Команда Renault Sport Formula One Team недавно развернула новый локальный вычислительный кластер с 18 000 ядрами, он содержит около 2000 процессоров Intel Xeon. Несмотря на то, что общее количество терафлопс строго ограничено, другие аспекты архитектуры системы могут быть оптимизированы. Например, кластер команды оснащен высокопараллельным хранилищем. «Каждый вычислительный узел имеет специальное подключение к хранилищу, чтобы мы не тратили флопсы на чтение и запись данных», — говорит Марк Эверест, один из менеджеров по инфраструктуре команды. «Мы значительно улучшили производительность, когда перешли со старого кластера на новый, без необходимости изменения программного обеспечения», работая с тем же ограничением в 25 терафлопс, добавляет Эверест.

Эверест говорит, что у каждой команды есть своя собственная локальная настройка аппаратного обеспечения, и что никто еще не перешел в облако. Технических причин, по которым облако не может быть использовано для моделирования аэродинамики автомобиля нет – команды Формула-1 изучают такую возможность — но вышеупомянутые жесткие требования к процессорам в настоящее время делают это невозможным. В результате большинство команд Формулы-1 используют гибридную схему с локальным Linux-кластером, выводящим данные об аэродинамике. На основе этих данных производится изготовление физических компонентов, детали которых хранятся в облаке.

Использование аэродинамической трубы также ограничено: Командам Формула-1 разрешено «проводить на ветру» всего 25 часов в неделю для тестирования новых конструкций шасси. 10 лет назад, в 2007 году, все было совсем по-другому, говорит Эверест: «Не было никаких ограничений на терафлопсы, не было никаких ограничений на часы работы в аэродинамической трубе. У нас было три смены в аэродинамической трубе 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Все дошло до того, что многие команды говорили о строительстве второй аэродинамической трубы, и Williams построили себе еще одну.»

«Мы решили пойти по пути вычислений, углубились в вычислительную аэродинамику вместо постройки еще одной аэродинамической трубы. Когда мы строили наш новый вычислительный кластер в 2007 году, мы планировали удваивать объем вычислений каждый год. Очень быстро выяснилось, что команды с огромным бюджетом (команды, поддерживаемые производителем) получат несправедливое преимущество над небольшими командами, потому что у них не было денег на строительство этих огромных кластеров».

Вскоре, чтобы не позволить большим командам тратить все больше и больше денег на аэродинамику, FIA начала ограничивать как использование аэродинамической трубы, так и вычислительные мощности для симуляций.

Как сделать Формула-1 еще более интересной

Расходы на аэродинамику и несчастные случаи со смертельным исходом являются наиболее распространенными причинами вмешательства регуляторов, но третий сценарий, пожалуй, самый интересный. В последние несколько лет, по мере того, как количество зрителей уменьшается, основное внимание уделяется «улучшению шоу». В сезоне 2017 года, например, после многих лет и лет замедления движения автомобилей… FIA ускоряет их!

В этом году автомобили будут иметь более широкие шины, обеспечивающие большее сцепление с дорогой, и более широкие крылья, создающие большую прижимную силу. Время прохождения круга будет значительно сокращено, так как водители будут мчаться по поворотам на скоростях, невиданных с начала века. Трудно сказать, будут ли гонки на самом деле более захватывающими; в целом, дополнительная прижимная сила — это не очень хорошо, а увеличенная ширина автомобилей может затруднить их обгон.

Создание новой машины каждые две недели

Производственные помещения Renault. Здесь представлены высококлассные инструменты с ЧПУ и электроэрозионной обработки (EDM).

Инструменты для аддитивного производства (3D-печать) на производстве команды Формулы-1

Отдел сборки композитных компонентов

Снимки шасси из углеродного волокна, изготовленного из слоев (листов углеродного волокна), устанавливаемых на пресс-форму.

Ламинатор углеродного волокна за работой

Производство деталей из углеродного волокна — медленный процесс.

Несмотря на то, что существуют жесткие ограничения на тестирование шасси, в других аспектах, на удивление, нет никаких ограничений.

Программное обеспечение, используемое для проектирования автомобильных деталей (CAD), производства этих деталей (CAM) и моделирования их эффективности – все это не регулируется. Команды могут свободно использовать любое программное обеспечение, которое им нравится, и оно может быть запущено локально или в облаке. Для CFD на заводе по производству шасси команды Формула-1 в Энстоуне и во французском подразделении силовых агрегатов в Вири-Шатийоне используется комплекс STAR-CCM+, изготовленный компанией CD-adapco (недавно приобретенной компанией Siemens). Команда тесно сотрудничает с CD-adapco для оптимизации программного обеспечения для своих нужд. Оба подразделения используют пакет CATIA от Dassault Systèmes для CAD и CAM.

Каждая команда Формулы-1 имеет свое собственное программное обеспечение, которое затем настраивается для интеграции с множеством других систем: вышеупомянутыми системами CFD и аэродинамической трубой, системами быстрого прототипирования и производства, а затем, в конце концов, с системой слежения за складом. Последняя особенно важна, ведь именно она гарантирует, что вы приедете на гонку с работающим автомобилем и достаточным количеством запчастей.

Несмотря на то, что Формула-1 является воплощением инженерной мысли, команды все еще страдают от легаси в программном обеспечении. Например, до недавнего времени Renault Sport Formula One Team использовала электронную таблицу Excel на 77 000 строк для отслеживания дизайна и сборки нового автомобиля. «Это была смесь экспорта данных из старой ERP-системы [планирования ресурсов предприятия], некоторых преобразований и ручной работы. Она устарела практически в тот же момент, когда была создана», — говорит Эверест.

«Power BI приносит намного больше пользы и обеспечивает отличную визуализацию», – говорит Эверест. Power BI – это инструмент визуализации и анализа, который собирает данные в реальном времени из Dynamics 365. «Мы можем создавать отчеты с наглядным представлением для исполнителей, а затем более детально разбивать функциональность для сотрудников, работающих над определенной областью автомобиля».

«Power BI пользуется очень высоким спросом во всей компании», — говорит Эверест с усмешкой. «Как только мы разворачиваем что-то в Power BI в одном отделе, другой отдел видит это и говорит: ‘Мы тоже так хотим!’».

Логистика

Даже помимо проектирования, тестирования автомобилей и других важных областей, таких как логистика и сотрудничество, команда Renault Sport Formula One Team является «большим магазином Microsoft», — говорит Эверест. «Некоторые из кластеров работают на Linux, потому что там очень специфическое программное обеспечение. Но в основном мы используем Windows, для серверов и клиентов. Мы используем Office 365 для совместной работы и облачной электронной почты, Sharepoint Online, также мы разворачиваем OneDrive для некоторых пользователей в качестве замены сетевых дисков. Это значительно упрощает обмен данными между Энстоуном, Вири-Шатийоном и гоночным треком – даже когда люди находятся дома».

Инструменты взаимодействия и общения являются, пожалуй, самой важной частью программного пазла для гоночной команды, которая в 2017 году проведет 230 дней вдали от дома. Начиная с Мельбурна в марте и заканчивая Абу-Даби в ноябре, каждая команда Формулы-1 должна установить и снести свою мобильную штаб-квартиру 20 раз. Между большинством гонок существует двухнедельный перерыв, но в пяти случаях в этом году команды должны собрать перевезти вещи менее чем за неделю.

В выходные дни команды Формулы-1 имеют около 36 часов на разборку всего, включая автомобили. Затем они перевозят на следующее место около 50 тонн оборудования – запасных частей, топлива, инструментов, компьютеров и продуктов питания. В Европе, например, между Гран-при Бельгии 27 августа и Гран-при Италии 3 сентября, команды будут использовать парк грузовиков – иначе придется грузить все на несколько «Джамбо-джетов».

Впрочем, поскольку календарь гонок известен заранее, массовая транспортировка вещей на самом деле является простой частью логистики Формулы-1. Сложность возникает из-за незапланированного перемещения деталей и людей. «Все гонки и автомобили для них отличаются», — говорит Джефф Симмондс, координатор гоночной команды. Нужно чтобы и люди и оборудование приехали вовремя к 20 гонкам сезона, даже если до гонки осталось всего несколько часов, а из штаб-квартиры еще нужно доставить новое углепластиковое крыло».

Каждая трасса имеет свои требования – Монако, с его узкими поворотами, требует как можно больше прижимной силы и цепких шин; Монца, с ее длинными прямыми, требует минимального сопротивления и износостойкой резины. Таким образом, автомобили почти полностью перенастраиваются и реконструируются в промежутках между гонками. (Если вам интересно, то конфигурация для каждого из треков основана на тысячах симуляций, проведенных еще в штаб-квартире).

Затем, по мере развития сезона, выявления недостатков и обработки терабайтов данных, в болид будут вноситься фундаментальные изменения. Эти изменения должны быть проверены в аэродинамической трубе или пройти через CFD перед их изготовлением. Физически изготовить новую металлическую деталь довольно просто. Как и у большинства команд Формулы-1, у команды Renault Sport Formula One Team есть завод с фрезерными и агломерационными станками с ЧПУ, причем конструкторы и инженеры работают в этом же здании. Тем не менее, на изготовление нового крыла из углеродного волокна может уйти 10 дней и более.

Эти новые детали затем должны быть доставлены из штаб-квартиры туда, где гоночная команда находится в настоящее время. С логистической точки зрения, это самая сложная задача. Симмондс приводит мне особенно экстремальный пример: «Я мог бы послать кого-нибудь из Барселоны сегодня вечером. Я знаю, что последний рейс вылетает в 9:30 вечера. Они вернутся в Энстоун к полуночи. Они могут работать ночью, а утром улететь обратно с новой частью в чемодане. Есть самолет, который прилетает в 9:25 утра.»

Симмондс извлекает выгоду из данных о путешествиях который теперь доступны широкой публике в реальном времени, но удивительно, что он не использует никаких специальных или созданных командой инструментов. Он проверяет время полета и бронирует билеты через мобильное приложение авиакомпании, а при планировании маршрута для грузовиков загружает приложение satnav для проверки движения. Это намного удобнее, чем в старые добрые времена, когда рейсы бронировали через турагентство (которое закрывалось в 18:00), а информации о дорожной обстановке не хватало. Симмондс говорит, что раньше он допускал 20 часов езды на фургоне между Энстоуном в Оксфордшире и Барселоной. Теперь поездки длятся по 17-18 часов, благодаря лучшим транспортным средствам, дорогам и информации.

Еще один удивительный аспект логистики Формулы-1 заключается в товариществе между командами. В то время как дизайн автомобилей и гоночная тактика являются совершенно секретными, «Если мне понадобится куда-то пролететь, я попрошу другую команду посмотреть, есть ли у них уже кто-то на этом рейсе», — говорит Симмондс. Формула-1 – довольно тесно переплетенный вид спорта: координаторов гоночных команд очень много, объясняет Симмондс, и большинство из них либо друзья, либо давние коллеги, так что протянуть руку помощи вполне естественно.

Поскольку между командами так много болтовни и передвижения талантов, в Формуле-1 ничто не остается по-настоящему секретным на протяжении долгого времени. Симмондс говорит, что для того, чтобы оставаться впереди, вы просто должны продолжать совершенствоваться в том, что вы делаете. Благодаря мощным компьютерам и собственному производству, теперь можно спроектировать и построить совершенно новый автомобиль Формулы-1 за несколько месяцев – но это не значит, что у команд внезапно появилась тонна свободного времени. Наоборот, команды заняты еще больше, так как они пытаются провести как можно больше рабочих итераций до начала сезона.

«Все критично по времени», – говорит Симмондс. «Все параллельно работают для достижения одной и той же цели. У каждого есть своя временная шкала, в которую нужно уложиться. А потом вы просто начинаете привлекать больше людей и работать дольше».

Капитанский мостик Renault, инженеры следят за телеметрией

… а вот и пилот, указывающий на какие-то данные

Несколько грузовиков Renault Sport Formula One Team и временный моторхоум на территории автодрома

Осмысление данных

В более крупных командах Формулы-1 работает около 1000 человек. Однако, по указу FIA, каждая команда может иметь только 60 инженеров и техников на каждой гонке. Чтобы обойти это ограничение, каждая команда имеет высокоскоростное подключение к Интернету и связь с капитанским мостиком.

Скорость соединения в боксах в этом году составляет около 80 Мбит/с, сеть соединяет вычислительный кластер на треке с подобием насавского ЦУПа («Mission Control»). Некоторые решения принимаются инженерами на трассе, другие передаются тем, кто работает удаленно. (Мне нравится представлять, как они бегут к доске, делают расчеты, а затем передают результаты обратно в боксы).

Впрочем, работа с телеметрией в реальном времени строго регламентирована FIA. На каждом автомобиле Формулы-1 имеется около 200 высокочастотных датчиков, а скорость беспроводной связи обратно в боксы не превышает 2 Мбит/сек. Данные с более высоким разрешением (10 Мбит/с) сохраняются на бортовом компьютере автомобиля (ECU), но до конца гонки к ним прикасаться нельзя. На короткое время в начале 2000-х годов FIA разрешила двунаправленную связь между автомобилем и боксами, но она была быстро объявлена вне закона. Сейчас инженеры могут лишь поговорить с пилотом.

После мастерства водителя и производительности автомобиля, интерпретация данных о автомобиле в реальном времени, вероятно, является наиболее важной частью работы — и, возможно, фактором победы в гонке Формулы-1. Антониу Феликс да Кошта, когда он был запасным гонщиком Infiniti Red Bull, известен заявлением, что без поддержки в реальном времени «вы бы проехали два круга, а затем сломались и остановились».

Один инцидент несколько лет назад с участием Льюиса Хэмилтона прекрасно иллюстрирует потенциал работы с телеметрией в реальном времени. Инженеры сказали Хэмилтону по радио, что у него прокол. «Нет, нет, машина в порядке», — ответил Хэмилтон. «Нет, заезжай [на пит-стоп], у тебя прокол», — настояли инженеры. И, конечно, у него действительно был прокол, просто Хэмилтон его еще не почувствовал.

Выхлопная система V6 turbo

Выхлопная система старого двигателя V8 без наддува.

То же самое — безнаддувный выхлоп V8 в сборе.

Это автоклав, в котором слои углеродного волокна запекаются в формы, чтобы сделать их твердыми.

Автоклавы вулканизируют углеродное волокно при давлении почти 7 атмосфер.

Как вы можете себе представить, разбор данных с 200 сенсоров в реальном времени похож на поиск иголки в стоге сена, и после окончания гонки легче не становится. «Просматривать эти данные и находить то, что имеет отношение к делу, — это сложная проблема Data Science», — говорит Эверест. По его словам, за весь уик-энд две машины команды выдали 35 миллиардов единиц данных. «Из-за того, что данных так много, трудно понять, как их лучше всего использовать».

Важно то, что эта территория еще не регулируется FIA. Для решения своих задач вы можете задействовать неограниченные вычислительные мощности, нанимать столько экспертов в Data Science, сколько можете себе позволить, и использовать экзотические алгоритмы. Команда Renault Sport Formula One Team экспериментирует с Azure Machine Learning – Эверест говорит, что они использовали AML для создания точной модели деградации шин, которая затем используется автомобильным симулятором. Другие команды также строят свои модели, пользуясь услугами различных поставщиков облачных вычислений.

Другие команды Формулы-1 отказались сказать мне, какие области они надеются улучшить с помощью машинного обучения; на данный момент это чувствительная область, которая может привести к значительному повышению производительности или надежности в течение следующих нескольких лет. «Чем больше мы узнаем о больших объемах данных и возможностях машинного обучения, — говорит Эверест, — тем больше возможных приложений мы придумаем».

Он предупреждает, что большие данные – это не единоразовое решение: «Нельзя просто загрузить все данные и нажать кнопку ‘Запуск’. СМИ пытаются всех убедить, что большие данные и машинное обучение могут решить все ваши проблемы путем поиска закономерностей и ответов на вопросы, о которых вы не знали. Но все не так просто.»

«Вы должны обладать огромными знаниями об этих данных. Вы должны иметь специалистов в области Data Science, и они должны сотрудничать с экспертами в предметной области, чтобы получить лучшее понимание данных».

Погоня за горизонтом

Все было определенно проще до внедрения вездесущего высокоскоростного доступа в Интернет и высокопроизводительных вычислений. Симмондс говорит, что в 1999 году доступ в Интернет на треке состоял из ноутбука с модемом PCMCIA. «Тогда это был ISDN. Одна линия ISDN, состоящая из двух соединенных телефонных кабелей, обычно работала со скоростью около 128 Кбит/с. У некоторых команд было шесть линий ISDN», — говорит он, погружаясь в воспоминания.

На рубеже веков пропускной способности хватало лишь на то, чтобы Симмондс мог проверить счет субботних футбольных матчей. Теперь пропускной способности достаточно, чтобы одновременно загружать последние критические данные о гонках из Dynamics или SharePoint, осуществлять видеосвязь с детьми дома, предоставлять доступ к Wi-Fi любым VIP-персонам, которые могут прийти на гонку, и, конечно же, смотреть основные хайлайты Премьер-Лиги.

---

• Первая в России серийная система управления двухтопливным двигателем с функциональным разделением контроллеров
• В современном автомобиле строк кода больше чем…
• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive

Серия фильмов «Форсаж», игры вроде Need For Speed, различные автосоревнования — всё это подстёгивает многих парней тюнинговать свои машины, улучшая их внешний вид и, конечно же, повышая мощность. И это особенно интересная тема для нашей страны, ведь есть даже фраза «какой русский не любит быстрой езды», которая ещё про те времена, когда лошадь была единственным быстрым способом передвижения. Мы за крутой тюнинг кузова и салона, за увеличение мощности двигателя, но только в рамках закона. Хочешь быстро ездить — иди на специально построенные автодромы. Минутка чтения морали закончилась, а теперь рассмотрим варианты улучшения автомобиля, которые сделают его мощнее.

Уменьшение массы

Задача двигателя — тянуть автомобиль вперёд или назад, передавая движение на ходовую часть через коробку переключения передач. И чем тяжелее автомобиль, тем мощнее должен быть двигатель, чтобы двигать с места всю массу снаряжённого транспортного средства. Поэтому чем легче автомобиль, тем проще двигателю его тянуть. При тех же оборотах скорость будет на несколько процентов выше. Чаще всего для облегчения массы автомобиля убирают запасное колесо, меняют крышку капота, багажника, крылья и пороги на облегчённые из карбона или демонтируют задние сидения. Таким образом удаётся выиграть 100+ килограммов веса, которые дают небольшую прибавку скорости.

Кроме облегчения деталей кузова и салона практикуется и снижение массы некоторых частей двигателя. Так, например, устанавливают облегчённый маховик, который быстрее раскручивается и раньше достигает максимальных оборотов. Также для повышения мощности меняют стандартные поршни на кованые. Они не только имеют более лёгкий ход из-за меньшего веса, но и надёжнее стандартных, а также выдерживают более высокие температуры. Это важный параметр, если ты собираешься устанавливать турбину.

Увеличение объёма двигателя

Распространённый и недорогой способ сделать двигатель мощнее — это расточить цилиндры. После расточки повышается рабочий объём двигателя, что усиливает и мощность. Отметим, что после этого нужно будет модифицировать системы впуска и выпуска, так как они рассчитаны на меньшую мощность. Кроме того, придётся заменить коленвал на более длинный, чтобы сделать ход поршней больше. Также придётся уменьшить длину поршней и шатунного вала. После расточки двигатель станет лучше «тянуть» на низких оборотах, что будет особенно ощущаться на первой передаче: автомобиль станет быстрее стартовать с места, повысится тяга, которая поможет легче преодолевать бездорожье.

Повышение степени сжатия

Это увеличивает крутящий момент двигателя во всём диапазоне работы. Чаще всего для повышения степени сжатия устанавливают поршни большего диаметра с предварительной расточкой цилиндров. Этот пункт связан с предыдущим. Также устанавливают более тонкую прокладку головки блока цилиндров. С этим сложнее, так как придётся регулировать многие элементы двигателя. Повышение степени сжатия может увеличить мощность на 10 % и более. У такого способа есть один недостаток — необходимость перехода на топливо с более высоким октановым числом.

Чип-тюнинг

В настоящее время является самым популярным способом повысить мощность двигателя. И об этом лучше расскажут специалисты из компании Reborn Technologies, которые делают чип-тюнинг и знают всё об этом улучшении. Большинство современных автомобилей имеют ЭБУ (электронный блок управления), в котором хранится информация об основных технических данных автомобиля. Прошивка в ЭБУ следит за временем подачи топлива, изменением длины впускного коллектора, углом опережения зажигания, наддувом и так далее. На заводе устанавливают стандартные значения, которые подходят для всех условий примерно одинаково. Упор делается больше на стабильность работы и подгонку мощности под налоги, чем на мощность. Отсюда и заниженные значения.

Так вот, чтобы сделать автомобиль более мощным, специалисты Reborn Technologies проводят диагностику автомобиля, считывают заводскую прошивку и корректируют её именно под твой автомобиль. Все решения обкатаны и протестированы на стенде и дороге лично ребятами из компании и не выходят за рамки стандартов безопасности, предписанных производителем. После доработки прошивки её записывают в ЭБУ и тестируют автомобиль. Таким образом увеличивается мощность, тяга, улучшается динамика разгона и повышается отзывчивость педали.

Как отметили в Reborn Technologies, особенно эффективно показывает себя чип-тюнинг на современных дизельных BMW, которые выдают отличные результаты как по приросту мощности, так и по разгонным характеристикам. Кроме BMW ребята работают со многими марками автомобилей, такими как Mercedes-Benz, Toyota, Porsche, Volvo и так далее. С работами компании можешь ознакомиться на их страничке в «Инстаграме».

Кстати, с помощью чип-тюнинга не только повышается мощность, но и немного снижается расход топлива. А ещё при повышении мощности автомобиля с помощью чип-тюнинга налог остаётся прежним. К примеру, современная BMW 530d G30 с завода имеет 249 лошадиных сил и 629 Нм крутящего момента. После чип-тюнинга мощность машины возрастает до 340 лошадиных сил, крутящий момент — до 770 Нм. При этом налог остаётся таким же, как и при 249 лошадиных силах.

Подробнее о чип-тюнинге →

Замена выхлопной трубы

Тут есть два варианта: уменьшенная и увеличенная выхлопная труба. Установка уменьшенной выхлопной трубы даст прирост мощности в несколько лошадиных сил. У турбированных двигателей этот прирост будет существеннее. Прирост мощности в данном случае связан с повышением давления в выхлопной системе. Лучше всего приобрести спортивную выхлопную систему, диаметр труб в которой будет разным. В таком случае выхлопные газы будут двигаться с разной скоростью, в зависимости от оборотов двигателя.

Теперь что касается расширения. Ты мог видеть огромные выхлопные трубы на спортивных машинах. Так вот, та широкая труба — это лишь малая часть всей конструкции выхлопной трубы, которая располагается после катализатора. Какой диаметр подходит для твоей машины — знают только специалисты в тюнинг-центрах, так как для этого нужен точный расчёт. Слишком большой диаметр трубы может привести к нестабильной работе двигателя, а также к выбросу вредных веществ, с задержкой которых не будет справляться катализатор.

Установка турбины

Один из самых дорогостоящих и сложных способов прибавить двигателю мощности. Зато турбина даст значительный прирост. Чаще всего устанавливаются турбины, направляющие поток воздуха во впускной коллектор. Это даёт значительный прирост мощности при работе газом. Но если ты хочешь максимальный прирост мощности, то стоит выбрать центробежные турбонагнетатели.

Суть такого устройства в том, что центробежные силы вращают крыльчатку с очень высокой скоростью. Большие потоки кислорода всасываются в двигатель, что повышает его мощность. Учти, что такие мощные турбины ставятся на надёжные двигатели, чаще всего на дизельные, у которых чугунные цилиндры, выдерживающие высокие температуры и сильную нагрузку.

Замена фильтров

Существуют так называемые фильтры нулевого сопротивления. Эти фильтры, в отличие от стандартных, дают потоку воздуха практически беспрепятственно поступать во впускную систему, что даёт прибавку к мощности в несколько лошадиных сил. Увы, но у этого способа модификации есть недостаток — большее, по сравнению со стандартными фильтрами, загрязнение масляных фильтров и двигателя. Также повышается расход топлива за счёт увеличенного притока кислорода. Это один из самых простых видов тюнинга, так как для него нужно просто снять стандартные фильтры и заменить их на новые.

История развития паровых двигателей насчитывает много веков. Многие изобретения так и не нашли достойного применения, а некоторые модели оставили большой след в истории и дали толчок развитию технического прогресса.

Таким устройством стала паровая машина Джеймса Уатта. В статье рассказано об истории изобретения, принципе работы и основных технических характеристиках данного устройства.

Главные факты об изобретателе

Дж. Уатт был шотландским изобретателем и механиком (1736-1819). За годы своей инженерной деятельности, прославился многими новаторскими изобретениями и открытиями:

1. Первым ввел понятие измерения механической мощности, приравняв ее к лошадиной силе.

   Впоследствии, единица мощности стала носить имя самого изобретателя «Ватт».

2. Открыл самый точный состав воды. В 1781 год им была выведена зависимость нагрева и охлаждения, от количества примесей в воде.
3. Изобрел, ввел в использование паровой манометр для контроля давления пара.
4. Изобрел первые копировальные чернила, машину для создания копий текста, названную впоследствии копировальным прессом. Открытие сделано в 1780 году.
5. Внес в технический прогресс того времени вклад по переходу от живой тяговой силы к механической.

Уатту удалось усовершенствовать свой паровой двигатель до полностью универсального устройства. Теперь двигатель мог использоваться в любых сферах промышленности, а не только в качестве насоса для откачивания воды из шахт.

Когда изобрел, год создания

Паровая машина Д.Ватта увидела свет только в 1781 году. Но патент на изобретение ученый получил намного раньше: в 1769 году.

Причиной такой разницы стали многочисленные доработки и усовершенствования с целью отойти от принципа паровой машины как насоса. Уатт смог сделать универсальное устройство, которое прославило его.

Кратко об истории изобретения

Интересоваться вопросом работы паровых машин Уатт стал с 1759 года. Именно в это время он начинает задумываться о явлении влияния пара и его давления. В качестве опытных образцов были взяты машины Севери и Папена. По причине множества технологических изъянов этих устройств, изобретатель прекратил изыскания в этой сфере.

В 1763 году, уже имея репутацию инженера-механика, изобретатель получает заказ на ремонт действующего образца двигателя Ньюкомена. На тот момент это была единственная паровая машина, которую использовали в промышленности (в качестве насоса).

Именно с этой машины Уатт начал исследования в области парового давления, конденсации, повышения КПД двигателя, его широкого использования в промышленности.

До создания первой паровой машины Уатт смог воплотить в жизнь ряд следующих технических дополнений:

1. Открыл необходимость постоянного подогрева гильзы цилиндра для снижения расхода горючего (пара) и повышения КПД двигателя.
2. Применил принцип изолированной конденсации за счет установки отдельной камеры сбора отработанного пара.
3. Помог рассчитать и произвести металлический поршень с гильзой больших диаметров.
4. Изобрел кривошип и балансир вала двигателя.
5. Рассчитал и использовал в конструкции машины явление планетного движения, что позволило значительно увеличить КПД и управляемость устройства.

Все эти разработки позволили Уатту изобрести двигатель, кардинально отличавшийся от предшественников и создать задел на дальнейшее развитие этой сферы.

Фото

Принцип работы и действия, схема

Благодаря совершенно новым техническим элементам, машина Уатта считалась универсальной. Она состояла из следующих элементов:

• отдельного котла;
• двух цилиндров с поршнями, причем первый, по принципу работы, можно считать золотниковым клапаном, а второй — рабочим цилиндром;
• двух штоков;
• центральной передаточной тяги;
• кривошипа;
• центробежного регулятора;
• махового колеса.

Как работала первая универсальная машина? Принцип работы заключался в следующем:

1. При нагреве воды в котле образовывался пар.
2. По трубке пар попадал в первый поршень, сдвигая его до упора.
3. Вместе с поршнем смещался его шток, толкая передаточную тягу.
4. Тяга толкала шток второго поршня. При этом в момент толчка поршня в верхнее положение, в первом перекрывался верхний газовый канал и открывался задний. Таким образом толчок тяги дополнялся энергией парового давления.
5. Из верхнего положения поршень толкал пар через открывшийся канал. При этом задний канал перекрывался.
6. Таким образом создавалось поступательное движение поршней. Оно передавалось на маховое колесо через шток и кривошип.

В конструкции также использовался регулятор давления. Он позволял управлять числом оборотов двигателя. При этом температура пара в общей системе не уменьшалась.

Изобретатель смог значительно увеличить КПД своего двигателя. Сделал он это за счет следующих элементов:

1. 2 поршня работали взаимосвязано.
2. Основной рабочий поршень был всегда нагрет. Температура не опускалась ниже температуры пара.
3. Система каналов и двойной впрыск пара позволяли использовать один объем газа для двух тактов поршня.
4. В первом поршне создавался конденсат, который выводился в отдельную систему и возвращался в котел.
5. Система планетарного движения делала машину универсальной. Она подходила для стационарного и подвижного оборудования.

КПД первых паровых машин не превышал 10 %. Уатт смог поднять эту характеристику до 25 %.

Чем отличался от аппарата Ньюкомена?

Машины двух изобретателей кардинально отличались. К основным отличиям машины Уатта от машины Ньюкомена можно отнести:

• увеличенный диаметр гильзы и поршня;
• наличие отдельного конденсатора отработанных газов;
• двойной впрыск пара;
• систему регулировки давления;
• увеличенный КПД;
• увеличенную длину хода поршня.

Также отличительной особенностью являлась универсальность машины. Ее можно было использовать во многих сферах промышленности и транспорта.

Особенности

У машины Уатта было ряд конструктивных особенностей, которые заложили базу дальнейшего развития паровых двигателей:

1. Применение дополнительного поршня в качестве распределителя пара. Поршневая камера использовалась как конденсатор и распределитель, а также позволяла осуществлять обратный ход основного поршня.
2. Использование регулятора оборотов. Теперь работу вспомогательной машины можно было регулировать или останавливать без вреда для давления и температуры пара.
3. Наличие махового колеса и кривошипа позволяло передать поступательное движение и извлечь из него максимальный КПД.
4. Уатт смог увеличить КПД двигателей с 8-10 % до 25-30%. Что сказалось на экономии топлива и эффективности использования машины.

Новые разработки инженера дали скачок развития промышленности. Паровая машина, из разряда насосного оборудования, перешла в разряд универсальной и стала использоваться повсеместно.

Где использовалась?

Паровая машина Уатта нашла применение в следующих сферах:

• в качестве насоса для откачки воды и ее подачи;
• в качестве привода для различных механизмов (станки, прокатные валы, прессы);
• в сельском хозяйстве, как привод дробилок и мельниц.

Уатт занимался усовершенствованием двигателя и смог применить его в качестве паровой машины на паровозе и пароходе.

Значение

С этим изобретением мир получил:

1. Новые технические устройства для паровых машин: планетарный механизм, золотниковый клапан, регулятор давления и оборотов, манометр контроля давления.
2. Промышленность получила более мощное оборудование, увеличение скорости производства и доставки.
3. Стал развиваться более быстроходный транспорт.
4. Сталелитейная промышленность стала производить гильзы и поршни для паровых машин. Для этого специально разрабатывались новый сплав и технология производства.

Универсальность машины двойного действия позволила миру получить более скоростное и производительное оборудование, открыть новые сферы хозяйства и начать отказ от использования живой силы.

Видео по теме статьи

О паровой машине Дж.Уатта расскажет видео:

Заключение

Двигатель Уатта стал по-настоящему ведущей разработкой того времени. Многие технологии, внедренные изобретателем, используются до сих пор, при разработках современных двигателей внутреннего сгорания и в иных сферах промышленности.