Гоночный автомобиль с открытыми колесами

From Wikipedia, the free encyclopedia

Open-wheel car
2023 Formula One car, McLaren MCL60, driven by Lando Norris
Classification	Vehicle
Application	Recreation, sports
Fuel source	Gasoline, electric, hydrogen
Powered	Yes
Self-propelled	Yes
Wheels	4–6
Aerofoils	Optional
Axles	2–4
Inventor	Ray Harroun

An open-wheel car is a car with the wheels outside the car’s main body, and usually having only one seat. Open-wheel cars contrast with street cars, sports cars, stock cars, and touring cars, which have their wheels below the body or inside fenders. Open-wheel cars are built both for road racing and oval track racing. Street-legal open-wheel cars, such as the Ariel Atom, are scarce as they are often impractical for everyday use.^[1]

History[edit]

American racecar driver and constructor Ray Harroun was an early pioneer of the concept of a lightweight single-seater, open-wheel «monoposto» racecar.^[2] After working as a mechanic in the automotive industry, Harroun began competitive professional racing in 1906, winning the AAA National Championship in 1910. He was then hired by the Marmon Motor Car Company as chief engineer, charged with building a racecar intended to race at the first Indianapolis 500, which he went on to win. He developed a revolutionary concept which would become the originator and forefather of the single-seater (i.e. monoposto) racecar design.^[3][4] Harroun has also been credited by some as pioneering the rear-view mirror which appeared on his 1911 Indianapolis 500 winning car, though he himself claimed he got the idea from seeing a mirror used for a similar purpose on a horse-drawn vehicle in 1904.^[5]

Prior to World War II, street automobiles generally had wheels that protruded beyond the vehicle’s main body, though they were typically covered with mudguards to protect the car body (and following traffic) from water and mud spray. With the advent of unibody vehicle construction, the desire to maximise interior space, to improve aerodynamics , and aircraft-inspired styling trends of the era, by the end of the 1950s the majority of new road-registerable vehicles had wheels that were under the main body of the car, and thus the open-wheel design became almost exclusively associated with racing vehicles.

Formula One cars have almost exclusively used the open-wheel design throughout the history of the championship. The only notable exception was the «Monza body» variation of the Mercedes-Benz W196 racer of 1954–55, which covered the wheels with bodywork for aerodynamic reasons. Modern Formula One regulations mandate the open-wheel configuration.

Design[edit]

A typical open-wheeler has a minimal cockpit, sufficient only to enclose the driver’s body, with the head exposed to the air. In the Whelen Modified Tour and other short track modified series, the driver’s head is contained in the car. In modern cars, the engine is often located directly behind the driver and drives the rear wheels; except in asphalt modified cars, such as the Whelen Modified Tour, where the engine is in front of the driver. Depending on the rules of the class, many types of open-wheelers have wings at the front and rear of the vehicle, as well as a very low and virtually flat undertray that helps achieve additional aerodynamic downforce pushing the car onto the road. While many other categories of racing cars produce downforce, the top categories of open-wheel racing cars (particularly Formula One and IndyCar) produce far more downforce relative to their mass than any other racing category, allowing much higher corner speeds on comparable tracks.

Some major races, such as the Singapore Grand Prix, Monaco Grand Prix (sanctioned by Formula One) and the Long Beach Grand Prix (sanctioned by IndyCar), are held on temporary street circuits. However, most open-wheel races are on dedicated road courses, such as Watkins Glen in the US, Nürburgring in Germany, Spa-Francorchamps in Belgium and Silverstone in Great Britain. In the United States, some top-level open-wheel events are held on ovals, of both short track and superspeedway variety, with an emphasis being placed more on speed and endurance than the maneuverability inherently required by road and street course events. The Whelen Modified Tour is the only opened wheeled race car series endorsed by NASCAR. This series races on most of NASCAR’s most famous tracks in the United States. Other asphalt modified series race on short tracks in the United States and Canada, such as Wyoming County International Speedway in New York. The best-attended oval race in the world is the annual Indianapolis 500 (Indy 500) in Speedway, Indiana, sanctioned by IndyCar; in the United States, it is quite common to refer to open-wheel cars as IndyCars, because of their recognizable appearance and widespread popularity across America at the Indy 500.

Compared to covered-wheel race cars, open-wheeled cars allow more precise placement of the front wheels on the race course, as the tires are clearly visible to the driver. This allows the maximum potential of the cars to be wrung out during cornering and passing maneuvers. Furthermore, open-wheeled cars are less tolerant of vehicle-to-vehicle contact, which usually results in vehicle damage and retiring, whereas some level of contact is expected in covered-wheel racing, as for example in NASCAR. Open-wheeled drivers must be extremely precise to avoid contact.

Minimum weight requirements tend to be much lower than in categories that more closely resemble street-legal vehicles, such as sports cars, touring cars, and stock cars. For instance, a Formula One must weigh 798 kilograms (1,759 lb);^[6] the minimum weight for NASCAR is 1,500 kilograms (3,200 lb).^[7]

Driving[edit]

Open-wheeled racing is among the fastest in the world. Formula One cars can reach speeds in excess of 360 kilometres per hour (220 mph). At Autodromo Nazionale Monza, Antônio Pizzonia of BMW Williams F1 team recorded a top speed of 369.9 kilometres per hour (229.8 mph) (over 102 m/s) in the 2004 Italian Grand Prix. Since the end of the V10 era in 2006, speeds like this have not been reached, with contemporary machinery reaching around 360 kilometres per hour (220 mph).^[8] It is difficult to give precise figures for the absolute top speeds of Formula One cars, as the cars do not have speedometers as such and the data are not generally released by teams. The ‘speed traps’ on fast circuits such as Monza give a good indication, but are not necessarily located at the point on the track where the car is travelling at its fastest. BAR Honda team recorded an average top speed of 400 kilometres per hour (250 mph) in 2006 at Bonneville Salt Flats with unofficial top speed reaching 413 kilometres per hour (257 mph) using their modified BAR 007 Formula One car. Speeds on ovals can range in constant excess of 210–220 miles per hour (340–350 km/h), and at Indianapolis in excess of 230 miles per hour (370 km/h). In 2000, Gil de Ferran set the one-lap qualifying record of 241.428 miles per hour (388.541 km/h) at California Speedway.^[9] Even on tight non-oval street circuits such as the Grand Prix of Toronto, open-wheel Indy Cars attain speeds of 190 miles per hour (310 km/h).

Regardless of top speeds, Formula One open-wheel race cars hold the outright lap record at the circuits which they race due to their combination of top speed, acceleration, and cornering abilities. For example, at the Monza Circuit the fastest lap in the 2021 Grand Prix (Daniel Ricciardo 1:24.812) is more than six seconds per lap faster than the fastest closed-wheel racing car, an LMP1 sports car, and more than 20 seconds per lap faster than the DTM touring car lap record.

Driving an open-wheel car is substantially different from driving a car with fenders. Virtually all Formula One and IndyCar drivers spend some time in various open-wheel categories before joining either top series. Open-wheel vehicles, due to their light weight, aerodynamic capabilities, and powerful engines, are often considered the fastest racing vehicles available and among the most challenging to master. Wheel-to-wheel contact is dangerous, particularly when the forward edge of one tire contacts the rear of another tire: since the treads are moving in opposite directions (one upward, one downward) at the point of contact, both wheels rapidly decelerate, torquing the chassis of both cars and often causing one or both vehicles to be suddenly and powerfully flung upwards (the rear car tends to pitch forward, and the front car tends to pitch backward.) An example of this is the 2005 Chicagoland crash of Ryan Briscoe with Alex Barron.

Advantages[edit]

The lower weight of an open-wheel racecar allows for better performance. While the exposure of the wheels to the airstream causes a very high aerodynamic drag at high speeds, it allows improved cooling of the brakes, which is important on road courses with their frequent changes of pace.^[10]

Gallery[edit]

• 

  Caterham open wheeled sports car, derived from Lotus 7

• 

  Electric Formula E racing car (Spark SRT05e) racing for HWA Racelab

• 

• 

  1994 Penske Indy Car

• 

  Ariel Atom sports car from UK

• 

  KTM X-Bow, road legal open wheeled sportscar

• 

  Asphalt Modified Short Track Race Car

• 

• 

  A Barlotti go-kart: a low-end open-wheel car

• 

  Nigel Mansell in a CART car at Mid-Ohio Sports Car Course, 1993

Safety[edit]

In 2018, several single seater series such as Formula One, Formula 2 (with their new Dallara F2 2018 chassis), and Formula E (with their new Spark SRT05e chassis) introduced a protection system to the cockpit called the «halo», a wishbone-shaped frame aimed to deflect debris away from a driver’s head. Despite initial criticism, including for the reason of obstructing the driver’s vision, it gained some praise in the Formula 2 sprint race in Catalunya when Nirei Fukuzumi spun and had the back of his car land on fellow countryman Tadasuke Makino’s halo. In the 2018 Formula 1 Belgian Grand Prix, McLaren driver Fernando Alonso was sent airborne after being hit from behind by the Renault of Nico Hülkenberg and struck the halo of Sauber driver Charles Leclerc, thereby saving the Monegasque driver from a visor strike.^[11]

In 2019, the newly-formed FIA Formula 3 Championship introduced a halo to their new chassis which was unveiled at the 2018 Abu Dhabi Grand Prix.

In 2020, the IndyCar Series adopted a halo combined with an aeroscreen, built by Red Bull Advanced Technologies.

At the start of the 2020 Bahrain Grand Prix, Romain Grosjean collided with Daniil Kvyat in which his car broke in two and burst into flames as it split the barrier. The halo helped prevent Grosjean from possible decapitation while it allowed him to escape from the fire.

References[edit]

Самые интересные прототипы с открытыми колесами

Вы когда-нибудь задумывались, почему машину класса Формула 1 называют болидом? И вообще, откуда пошли эти странные машины с открытыми колесами и плавником над мотором? Почему именно Формула 1 – Королева автоспорта?

Выше только звезды…

Одной хорошей стороной спорта является его влияние на развитие других отраслей человеческой жизни. Самым ярким примером тут может стать автоспорт, ведь именно он стал главным катализатором развития автомобилестроения. Каждая из команд, в отличии от других видов автогонок, должна собственноручно сконструировать болид с нуля и обслуживать его. Так что это неукоснительно ведет к развитию технологии. Многое из того, что было придумано на трассах Формулы 1 перешло и на «гражданские» машины.

Михаэль Шумахер на Ferrari F2004 — самый успешный болид за всю историю Ф1

Машину класса Формулы 1 болидом прозвали журналисты, по аналогии со значением этого слова в астрономии. Болид – это небесное тело, что попало в атмосферу земли и, оставляя за собой сверкающий, яркий след, стремительно уноситься за горизонт. Поскольку большинство команд довольно ярко раскрашивают свои машины, это определение так и прижилось. Впрочем, болидами отныне называют все быстрые машины и не только с открытыми колесами.

Сущность наружу

Кстати, вот и первый вопрос – почему открытые колеса? Ведь они являются главным элементом в машине, который портит аэродинамику. А в мире автоспорта каждая десятая доля времени на счету. Но так уж повелось, что на этих машинах регламентом запрещено закрывать колеса аэродинамическими элементами.

Louis Chevrolet 1910 года — одна из первых машин с открытыми колесами

Вообще-то машины с открытыми колесами родились в США, но и в Европе они получили большую популярность. В Европе гонки на автомобилях с открытыми колёсами стали проводиться в 20-х гг. Новые машины получили название монопостов и они начали участвовать в престижных гонках Гран-При. С 1930 г. результаты некоторых Гран-При стали заноситься AIACR в отдельный зачет, создав личный чемпионат Европы, а в 1946 г. была создана FIA, которая определила основные классы монопостов – Формула 1, 2 и 3. В 1950 г. был организован чемпионат мира, проводимый на машинах Ф1.

Кстати, не думайте, что чемпионат мира и Формула 1 всегда были единым целым. На заре своего становления, в автоспорте было очень много крупных гонок и, хоть в них обычно принимали участие все пилоты Формулы 1, в зачет они не шли, являясь отдельными гонками. После FIA привела в порядок дела и регламенты Формулы 1 в порядок и тем самым установила «Золотой век». А открыв дорогу спонсорству и продажей прав на телетрансляцию, Формула 1 окончательно утвердилась во главе мира автогонок, став самой престижной и богатой серией, используя самые передовые технические возможности.

Чудо техники

Болид Формулы 1 – это сплав технических достижений в сфере высоких технологии в самых разных отраслях науки. И не только автомобилестроения, но и электроники, кибернетики, химии, физики и многого другого.

Прежде всего болид выглядит традиционно, его схема неизменна с того времени, как он появилась в мире – узкий кокпит, мотор расположен сзади, колеса (обычно из 4, но история знала случаи, когда их было больше), передние ведомые, привод на задние колеса (полный привод запрещен). Поскольку открытые колеса создают большое лобовое сопротивление, мощные аэродинамические элементы спереди и сзади должны компенсировать потерю в мощности. Еще одна отличительная черта болида Формулы 1 – это большой «хребет» над моторным отсеком, хотя в последнее время этот элемент становится частью заднего антикрыла.

Lotus Эмерсона Фиттипальди 1962 года

Прародителем этой схемы в Формуле 1 стал Фердинанд Порше (да, тот самый, что создал фирму, которая до сиз пор известна во всем мире с индексом 911). Именно его болиды в 50-х приобрели такой вид. Правда не раз предпринимались попытки изменить эту схему. Например, еще в 1954 году команда Mercedes пользуясь неточностями в регламенте на некоторых конках выставляла машины с закрытыми колесами, но FIA быстро пересекла это. Еще более комичным выглядит попытка команды Lotus обуздать мощный мотор с помощью 6-колесной схемы. Но и эта попытка была признана незаконной и с тех пор машины в Формуле 1 только четырехколесные.

Шестиколесный Tyrell 1976 года

Отдельно хочется сказать и про моторы с шасси. Если силовой агрегат можно приобретать на стороне, то шасси каждая команда обязана разрабатывать сама. Элементы подвески, как и тормоза – элементы находящиеся вне корпуса, а потому к ним особенные требования. Эти элементы сделаны из самых прочных материалов и призваны выдерживать большие нагрузки. Карбоно-керамические тормоза могут выдерживать температуру до 2000 градусов по Цельсию и не терять при этом своей эффективности.

Мотор – это сердце любой машины. И от его производительности напрямую зависит и скорость машины. Ошибочно думать, что в Формуле 1 самые мощные и быстрые машины. Например, в американской серии ChampCar моторы достигали мощности в 1500 л. с., а максимальная скорость достигала до 400 км/ч. Но в том и дело, что гонки проводятся не на прямой, а по кольцу, где важны многие факторы помимо мощности: стабильность машины, ее надежность и управляемость, аэродинамика и крутящий момент. А в этом Формуле 1 точно нет равных. Потому-то именно она Королева автоспорта.

Боевой и гражданский

Многое из того, что появилось на трассах Формулы 1, после «боевого» крещения на трассах Формулы 1 в экстремальных условиях, идет в «народ». Самой ярким примером тут может служить антипробуксовочная система или АБС. Именно в Ф1 она была опробована, а свою настоящую пользу она принесла уже после на обычных дорогах. Не будем забывать о том, что и привычная теперь многим автоматическая коробка переключения передач тоже обязана своим рождением Формуле 1. Перечислять можно долго, но главная заслуга Формулы 1 – это безопасность на дорогах.

Хребет над моторным отсеком постепенно становиться часть заднего антикрыла

Мало кто это знает, но такие привычные нам элементы как подушки безопасности и ремни безопасности так же родом из Королевы автоспорта. А после гибели в 1994 году Айртона Сены и череды трагических событий, названных «черным уик-эндом», FIA предприняла меры, чтобы та смерть стала последней. И до сих пор в Формуле 1 не было зафиксировано ни одной гибели пилота. И это несмотря на неуклонный рост скоростей и мощности моторов.

Вместо эпилога

Трудно представить, но такой далекий от демократий вид спорта как Формула 1, сделал немало полезного для всего человечества в целом. Формула 1, как и многие другие вещи со временем претерпела изменения и, словно индикатор, отображающий технические достижения нашего мира.

Это интересно:

Суммарная стоимость болида Формулы 1 примерно равна миллиону долларов (точная цифра неизвестна – коммерческая тайна). Примерно в эту же сумму обходится и его содержание, поскольку эта машина сравни космическому кораблю. Прежде чем она выйдет на трассу с ней нужно провести множество манипуляций.

Изначально АБС была испробована в Формуле 1 в 1990 году командой Ferrari. Но в 1994 году была запрещена, как система нивелирующая многие недостатки пилотирования гонщиками. Зато с тех пор она активно стала внедрятся на дорожных автомобилях.

После гибели Айртона Сенны в 1994 году FIAвзяла курс на ужесточение правил безопасности и до сих пор пытается сдержать неуклонный рост мощности моторов и предельной скорости. Например, постепенно снижалось количество цилиндров у моторов и их диаметр. Сначала отказались от моторов V12, перейдя на V10, затем все стали использовать восьмицилиндровые двигатели, объемом не боле 3.5 литра без турбонаддува. Несмотря на это мощность моторов осталась высокой – около 900 л. с. на 600 кг боевого веса машины вместе с пилотом. С 2014 года Ф1 переходит на новые моторы – V6 с турбонаддувом объемом 1.6 литра.

Максимальная скорость, достигнутая болидом Формулы 1 – 415 км/ч. Ее развил американец Пол Трейси на трассе в Мичигане во время одной из практик.

Рис. 107. Малолитражный гоночный автомобиль «Салют» с открытыми колесами

На рис. 107 приведен малолитражный гоночный автомобиль «Салют», также имеющий кузов с открытыми колесами. Широко расставленные колеса увеличивают габариты этого автомобиля по ширине. Для некоторого улучшения обтекаемости выходящие наружу части подвески и полуоси задних колес закрыты отдельными обтекателями. Однако такое решение не могло обеспечить этому автомобилю благоприятной внешней; формы.

Рис. 108. Гоночный автомобиль «Шахтер» с частично закрытыми передними и полностью закрытыми задними колесами

Кузовы с полузакрытыми или полностью закрытыми колесами отдельными обтекателями применяют в последнее время на многих гоночных автомобилях. На рис. 108 представлен гоночный автомобиль «Шахтер», передние колеса которого частично, а задние полностью закрыты отдельными обетекателями. Неполное закрытие передних, колес дает возможность получить большие углы поворотов в правую и левую стороны.

Кузовы с полностью закрытыми колесами посредством обтекателей, объединенных в одно целое с самим кузовом, применяются главным образом на рекордно-гоночных автомобилях. Для этих автомобилей, развивающие наиболее высокие максимальные скорости, снижение потерь на сопротивление воздуха имеет большое значение.

Рис. 109. Внешний вид автомобиля «Звезда 3М» во время движения

Кузовам некоторых рекордно-гоночных автомобилей придают наивыгоднейшую форму. Как уже указывалось, выше, наиболее рациональной формой является форма, напоминающая каплеобразное тело. Чтобы максимально приблизить к ней форму кузова автомобиля, необходимо, сделать автомобиль более широким спереди и узким сзади. Поэтому на многих автомобилях значительно уменьшают колею задних колес по сравнению с колеей передних колес. На рекордно-гоночных автомобилях типа «Дзержинец» разница в ширине передней и задней колеи составляет 170 мм. Вследствие этого кузов автомобиля «Дзержинец» имеет очень выгодную аэродинамическую форму.

Рис. 110. Вид автомобиля «Звезда 3М» спереди

На рис. 109 представлен внешний вид рекордно-гоночного автомобиля «Звезда 3М» во время движения, а на рис. 110 — вид автомобиля спереди. Этот автомобиль имеет обтекатели колес, незначительно выступающие над поверхностью кузова.

Кузовы, выполненные заодно целое с обтекателями колес, применяют на автомобилях «Харьков-6» (рис. 111) и «Харьков-Л250» (см. рис. 5).

В табл. 3 приведены средние данные по F и Cx для рекордно-гоночных автомобилей различных классов.

Закрытие колес обтекателями, входящими в состав кузова, снижает коэффициент сопротивления воздуха на 35—40% по сравнению с открытыми колесами и на 25% по сравнению с установкой отдельных обтекателей.

Недостатком отдельных обтекателей, помимо увеличения площади лобового сопротивления, является то, что поток воздуха, отбрасываемый нижней частью обтекателя, взаимодействует с потоком воздуха, обтекающим кузов. При этом могут образовываться завихривания, увеличивающие сопротивление воздуха, чему может способствовать наличие зазора между отдельным обтекателем и кузовом.

Рис. 111. Автомобиль «Харьков-6»

Рис. 112. Рекордно-гоночный автомобиль со снятыми обтекателями колес

Рис. 113. Рекордно-гоночный автомобиль класса до 250 см³ с открытыми колесами

Колеса автомобиля, помимо сопротивления поступательному движению, испытывают также сопротивление воздуха при вращении. В связи с этим вопрос о закрытии колес сбоку принимает более сложный характер. Необходимо, чтобы потоки воздуха, отбрасываемые при вращении колес, не создавали большого трения о внутреннюю поверхность обтекателя. Поэтому наилучшие результаты дают обтекатели, боковая стенка которых достаточно удалена от колеса. На рис. 112 представлен рекордно-гоночный автомобиль со снятыми с кузова обтекателями колес.

Некоторые рекордно-гоночные автомобили «младших» классов имеют кузовы с открытыми колесами. На рис. 113 показан рекордно-гоночный автомобиль класса до 250 см³ с открытыми колесами; дисковые колеса дают меньшее сопротивление при вращении.

Для повышения обтекаемости все агрегаты автомобиля снизу закрывают гладким днищем; это дает улучшение обтекаемости автомобиля на 5—7%.