ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΜΑΞΩΜΑΤΟΣ, ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Κ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΑΓΩNΙΣΤIΚΟΥ ΜΟΝΟΘΕΣΙΟΥ FORMULA 1

Transcript

1 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΜΑΞΩΜΑΤΟΣ, ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Κ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΑΓΩNΙΣΤIΚΟΥ ΜΟΝΟΘΕΣΙΟΥ FORMULA 1 ΜΑΡΓΙΩΛΗΣ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΩΣΤΗΣ I. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ ΜΑΡΤΙΟΣ 2009

2 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΜΑΞΩΜΑΤΟΣ, ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Κ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΑΓΩNΙΣΤIΚΟΥ ΜΟΝΟΘΕΣΙΟΥ FORMULA 1 ΜΑΡΓΙΩΛΗΣ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΩΣΤΗΣ Ι. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ ΜΑΡΤΙΟΣ

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Σελίδα ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 Εξέλιξη. Ε.2 Ο έλεγχος του επιχειρήματος. Ε.3 Στρατηγικός Σχεδιασμός. Ε.4 Εκτέλεση επιχειρήματος. Ε.5. Παρουσίαση μονοθεσίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ 1.1 Αεροδυναμιστής Αεροτομή 1.2 Αεροσύραγγα Τεχνική Μοντελοποίησης σε Η/Υ (cfd) 1.3 Αεροδυναμικά στοιχεία Εμπρός πτερύγιο Εμπρός ακροπτερύγια (endplates) Ρύγχος Ανάρτηση Οδηγικά φτερά Πλαϊνό κέλυφος Κάτω μέρος Πιλοτήρια ασφαλείας Κουτιά αέρα Μικρά πτερύγια Scallops (πτερύγια) πίσω τροχών Διαχύτης Πίσω πτέρυγα Gurney flaps Τροχοί

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΣΑΣΙ 2.1 Γενικά. 2.2 Ανθρακονημάτινο σασί Παραγωγή ανθρακονημάτινου σασί κατασκευαστική διαδικασία σασί στη Renault. 2.3 Σασί Υλικά Κλίβανοι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 3.1 Στοιχεία Λειτουργία του κινητήρα. 3.2 Υλικά κατασκευής του κινητήρα. 3.3 Χωρητικότητα Αριθμός Τοποθέτηση κυλίνδρων στους κινητήρες. 3.4 Διαδρομή εμβόλου και διάμετρος κυλίνδρων του κινητήρα. 3.5 Ισχύς κινητήρων. 3.6 Έλεγχος του κινητήρα. 3.7 Ο V8 κινητήρας Χαρακτηριστικά κατασκευής του V V8 και νέοι κανονισμοί ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΜΕΤΑΔΟΣΗ 4.1 Περιγραφή και Τεχνικά Χαρακτηριστικά Μετάδοσης. 4.2 Διαφορικό. 4.3 Συμπλέκτης. 4.4 Εξέλιξη Κιβωτίου Ταχυτήτων Υλικά Κιβωτίου Ταχυτήτων Ομαλή αλλαγή ταχυτήτων

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 5.1 Χρησιμότητα των ηλεκτρονικών Σύστημα ελέγχου πρόσφυσης Σύστημα ελέγχου εκκίνησης Αισθητήρες. 5.2 Έλεγχοι της FIA ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο ΑΝΑΡΤΗΣΗ ΚΑΙ ΚΑΘΟΔΗΓΗΣΗ 6.1 Ακραξόνιο Υλικά και κατασκευή ακραξονίων Μη συγκρατούμενο βάρος και αντιμετώπιση του. 6.2 Μπράτσα ανάρτησης Ελατήρια Αποσβεστήρες. 6.3 Χαρακτηριστικά Αναρτήσεων Υπερστροφή Υποστροφή Βαθμός σκληρότητας ανάρτησης Περιστροφικός αποσβεστήρας Συνδετήρες τροχοί Καθοδήγηση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο ΦΡΕΝΑ 7.1 Ταμπούρα Δισκόφρενα Υλικά δίσκων. 7.2 Χαρακτηριστικά Παράγοντες Λειτουργίας των Φρένων

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ο ΕΛΑΣΤΙΚΑ 8.1 Εξέλιξη Τεχνολογίας Ελαστικών. 8.2 Κατασκευαστικά Στοιχεία Υλικά Κατασκευών. 8.3 Κρίσιμοι Παράγοντες Επιλογής Ελαστικού Σύσταση Ελαστικού Θερμοκρασίες Λειτουργίας. 8.4 Πρόσφυση ή Ισχύς του μονοθεσίου για βελτίωση των χρόνων; - Επιπτώσεις. 8.5 Σπουδαιότητα Καταλληλότητας των Ελαστικών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ο ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΗΣ ΓΕΝΙΑΣ 9.1 Τεχνογνωσία Φόρμουλα Υλικά Κατασκευής Μονοθεσίου Φορμουλα ΕΠΙΛΟΓΟΣ 155 6

7 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ Σελίδα ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα Ε.1 Το μονοθέσιο της McLaren για την χρονιά 2003 Εικόνα Ε.2 Άνω όψη κυρίων τμημάτων μονοθεσίου. Εικόνα Ε.3 Το μονοθέσιο της Ferrari για το 2003 κατά τη διάρκεια δοκιμών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Εικόνα 1.1 Μοντέλο υπό κλίμακα σε διάδρομο αεροσύραγγας Εικόνα 1.2 Ο τρόπος που λειτουργεί η ροή του αέρα στην αεροτομή. Εικόνα 1.3 Η αεροσύραγγα της Sauber στο Hinwil με τον ιδιοκτήτη της ομάδας και τον τεχνικό διευθυντή μπροστά στο καινούργιο απόκτημά τους που κόστισε πάνω από 50 εκ. δολ. Εικόνα 1.4 Πραγματικό μονοθέσιο κατά την διάρκεια αεροδυναμικών μετρήσεων. Εικόνα 1.5 Ένα μονοθέσιο πάνω στον διάδρομο που μπορεί να καμφθεί μέχρι 10 Εικόνα 1.6 Ο διάδρομος μπορεί να δεχθεί δυο μοντέλα το ένα πίσω από το άλλο για τη μελέτη της αεροδυναμικής συμπεριφοράς στην τυρβώδη ροή του αέρα του μπροστά μονοθέσιου, έτσι ώστε να μη χάσει την αρνητική άντωση. Εικόνα 1.7 Η υπολογιστική ρευστοδυναμική είναι ένα ζωτικό κομμάτι της αεροδυναμικής μελέτης. Η εικόνα δείχνει τις περιοχές υψηλής πίεσης (κόκκινο) και χαμηλότερης πίεσης (μπλε και πράσινο) καθώς ο αέρας ρέει σε ένα τυπικό μονοθέσιο Φόρμουλα

8 Εικόνα1.8 Τσαλακωμένα πτερύγια το 2003 στην FW25 της Williams. Εικόνα1.9 Παρόλο που ποτέ δεν αγωνίστηκε το 2003 με το ΜΡ4/18 άνοιξε το δρόμο για το ΜΡ4/19 το Τα σημερινά κρατούν την πολυπλοκότητα του. Εικόνα 1.10 Το 2003 η Williams δοκίμασε μία ποικιλία από ανανεώσεις στα πτερύγια και στα endplates. 1. το πλάτος των endplates. 2. προσθήκη ακροπτερυγίου. 3. το υποστύλωμα της μπροστινής πτέρυγας. 4. προσθήκη στο δεύτερο στοιχείο. Εικόνα 1.11 Το ανεστραμμένο πτερύγιο της Ferrari του 2006 θεωρήθηκε από αντίπαλους ως κατοχή στοιχείου ευκαμπτότητας που άλλαζε την απόδοση του. Εικόνα 1.12 Εμπρός πτερύγια στη Renault R26, τον απόγονο του νικηφόρου R25. Εικόνα 1.13 Δείγμα της πολυπλοκότητας των εμπρός πτερυγίων. Εικόνα 1.14 Το 2006 η Toyota στο TF106 στην εμπρός αεροτομή τοποθέτησε έξτρα πτερύγια. Εικόνα 1.15 Τα ακροπτερύγια εξυπηρετούν δύο σκοπούς. Από την εσωτερική πλευρά τους βοηθούν στη μη διαφυγή του αέρα από τα πτερύγια, ενώ από την εξωτερική στο να διαχύσουν τον αέρα γύρω από το λάστιχο. Εικόνα 1.16 Λεπτομέρεια στο ακροπτερύγιο του μπροστινού τμήματος της Williams FW24. Εικόνα 1.17 Πολύπλοκα ακροπτερύγια της Renault για το Εικόνα 1.18 Ακροπτερύγια της Ferrari για το Εικόνα 1.19 Μπροστινό ακροπτερύγιο της Renault R26. Εικόνα 1.20 Μπροστινό ακροπτερύγιο της Toro Rosso του Εικόνα 1.21 Το 2006 στη ΜΡ4/21 με το ρύγχος του «κροκόδειλου». Εικόνα 1.22 Η ξεχωριστή μύτη με σχήμα θαλάσσιου ελέφαντα έφερε νέες προοπτικές στον αεροδυναμικό σχεδιασμό, αλλά εγκαταλείφτηκε για ένα πιο συμβιβαστικό σχέδιο

9 Εικόνα 1.23 Το 2002 η Jaguar προτίμησε το σασί με δύο νεύρα, ενώ το 2003 ξαναγύρισε στο σασί με ένα νεύρο. Εικόνα 1.24 Ολόκληρη η κατασκευή των οδηγικών φτερών από την Ferrari του Εικόνα 1.25 Το 2004 υπήρχε μία μικρή πιο διακριτική αλλαγή. Εικόνα 1.26 Οδηγικά φτερά της Sauber το Εικόνα 1.27 Οδηγικά φτερά της Ferrari το Εικόνα 1.28 Οδηγικά φτερά της Minardi το Εικόνα 1.29 Οδηγικά φτερά της Renault το Εικόνα 1.30 Η Ferrari τείνει να έχει πιο καμπυλωτά πλαϊνά από τους υπόλοιπους κατασκευαστές F2003. Εικόνα 1.31 Καμινάδα Renault Εικόνα 1.32 Η McLaren του 2006 με τη ΜΡ4/21 σε ένα ακόμα παράδειγμα της χρησιμοποίησης καμινάδων εξαγωγής ζεστού αέρα και πτερυγίων ψύξης. Εικόνα Για τη βελτίωση των πλαϊνών το 2004 από τη Renault χρησιμοποίησαν γωνιακό ψυγείο. 1 και 2 δείχνουν διαφορετικούς τύπους καμινάδων εξαγωγής ζεστού αέρα, 3 και 4 διαφορετικά πτερύγια ψύξης. Εικόνα 1.34 Η ροή του αέρα κάτω από ένα μονοθέσιο. Εικόνα 1.35 Η Ferrari του 1995 όταν η πλαϊνή προστασία ήταν ελλιπείς. Εικόνα 1.36 Η F2006. Εικόνα 1.37 Κουτί αέρα της BMW-Sauber στην F1.06. Εικόνα Κουτί αέρα στην Renault R26. Εικόνα 1.39 Μικρά πτερύγια στην Toyota TF106 του Εικόνα 1.40 Μικρά πτερύγια από την BMW-Sauber του Εικόνα 1.41 Η Williams υιοθέτησε μία σειρά από πτερύγια το Το χαμηλότερο πτερύγιο προστέθηκε για να αυξήσει την ταχύτητα του αέρα μπροστά από τα πίσω λάστιχα. Εικόνα 1.42 Η Renault με το R26 κάνει πλήρη χρήση των πλαϊνών κελυφών και των πτερυγίων για να καθαρίσει τη ροή του αέρα γύρω από το πίσω λάστιχο

10 Εικόνα 1.43 Ο διαχύτης της Ferrari F248 Εικόνα 1.44 Οι τονισμένες περιοχές δείχνουν μικρή κλίση προς το έξω μέρος του διαχύτη, σχεδιασμένη να καθοδηγήσει την ροή του αέρα. Εικόνα 1.45 Η McLaren εισήγαγε το περίεργο κυματιστό σχήμα της πίσω πτέρυγας στην Αυστρία το Στον κύκλο είναι η λεπτομέρεια της μπροστινής πτέρυγας. Εικόνα 1.46 Για να βοηθηθεί η ροή του αέρα, η Toyota ξεκίνησε το 2004 με αυτές τις εγκοπές στα ακροπτερύγια της πίσω πτέρυγας. Εικόνα 1.47 Η Renault ήταν ακόμα μία ομάδα που υιοθέτησε το κυματιστό σχήμα των στοιχείων της πίσω πτέρυγας. Εικόνα 1.48 Η πίσω πτέρυγα της Renault R26 ήταν ένα προσεγμένο σύμπλεγμα από καμπύλες και ευθείες για μέγιστη αεροδυναμική λειτουργικότητα. Εικόνα 1.49 Η BMW-Sauber ήταν μία ομάδα που κατηγορήθηκε στις αρχές του 2006, ότι χρησιμοποιούσε εύκαμπτα πτερύγια. Εικόνα 1.50 Εξαιτίας του σάλου για τα εύκαμπτα πτερύγια οι ομάδες αναγκάστηκαν να γεφυρώσουν το κενό ανάμεσα στα δύο στοιχεία της πίσω πτέρυγας. Εικόνα 1.51 Το Gurney flap και το σημείο που τοποθετείται. Εικόνα 1.52 Το μονοθέσιο της McLaren του 2006 κατά τη διάρκεια του αγώνα του Μονακό ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΣΑΣΙ Εικόνα 2.1 Το σασί της Williams FW22. Εικόνα 2.2 Το σωληνωτό σασί ήταν αρκετά διαδεδομένο το Εικόνα 2.3 Οι ομάδες εμπιστευόντουσαν το αλουμινένιο μονοκόμματο σασί. Εικόνα 2.4 Μέσω καθοδηγούμενης από υπολογιστή διαδικασίας συγκεκριμένος αριθμός κάθετων κομματιών κόβονται και τοποθετούνται από άκρη ως άκρη για να σχηματίσουν το βασικό σχήμα του μονοκόμματου σασί

11 Εικόνα 2.5 Σε σχεδιαστική μορφή, το πως τα κομμένα από υπολογιστή κάθετα τμήματα κολλούνται μεταξύ τους για τη δημιουργία του αρχικού σασί. Εικόνα 2.6 Αφού τα τμήματα ενωθούν μεταξύ τους δουλεύονται για την λείανση τους και καθρεφτίζεται η λεκάνη από την οποία το καινούργιο σασί θα δημιουργηθεί. Εικόνα 2.7 Αφού έχει ετοιμαστεί η αυθεντική λεκάνη, θηλυκά καλούπια παίρνονται από αυτό και έτσι θα δημιουργηθεί το πραγματικό σασί. Εικόνα 2.8 Προετοιμασία των καλουπιών. Εικόνα 2.9 Τα περισσότερα από τα σύγχρονα μονοκόμματα σασί φτιάχνονται από δύο θηλυκά καλούπια στα οποία τα δύο μισά εφαρμόζονται πρώτα για να συνδεθούν. Εικόνα 2.10 Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας της επίστρωσης των αθρακονημάτων, το σασί ψήνεται κάτω από πίεση σε ένα τεράστιο κλίβανο. Εικόνα 2.11 Το σασί της Jordan με ακόμα μαύρο το κεντρικό μέρος έτοιμο για τον έλεγχο σύγκρουσης. Εικόνα 2.12 Η FIA εισήγαγε ένα βασικό σχεδιασμό για το άνοιγμα του πιλοτηρίου σε όλα τα σασί για να εξασφαλιστεί ότι οι οδηγοί θα εγκλωβιστούν τόσο, ώστε να μπορέσουν να εγκαταλείψουν το μονοθέσιο σε λιγότερο από πέντε δευτερόλεπτα σε περίπτωση ατυχήματος. Εικόνα 2.13 Η αποσπώμενη θέση είναι τώρα βασική, καθότι διευκολύνει τους ιατρούς να μετακινήσουν τον οδηγό χωρίς την ανάγκη της διατάραξης της θέσης του σε περίπτωση ατυχήματος. Αυτό είναι κρίσιμο, αν ο οδηγός έχει υποστεί τραυματισμό στην πλάτη του ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ Εικόνα 3.1 Σχέδιο του κινητήρα της BMW 77 10

12 Εικόνα 3.2 Τυπικό έμβολο της φόρμουλα 1 με πολύ ρηχά πλαϊνά και εγκοπές στην κεφαλή για τη δημιουργία κενού ασφαλείας για τις βαλβίδες. Εικόνα 3.3 Η μηχανική ακρίβεια είναι τα πάντα. Η κύλινδροκεφαλή της BMW είναι ολόκληρη χυτή και βλέπουμε το τελικό προϊόν. Εικόνα 3.4 Τέσσερις γωνίες V έχουν δοκιμαστεί τα τελευταία χρόνια: 72 ο, 80 ο,90 ο,111 ο. Στενότερη γωνία ήταν πιο εύκολο για τους σχεδιαστές να τοποθετηθεί στο σασί αλλά με ψηλότερο το κέντρο βάρους. Μεγαλύτερη γωνία χαμηλώνει το κέντρο βάρους, αλλά αυξάνονται οι κραδασμοί και γίνεται δυσκολότερη η τοποθέτηση στο σασί. Εικόνα 3.5 Οι πνευματικές βαλβίδες του 80 χρησιμοποιούνται μέχρι και σήμερα. 1) ο πνευματικός συνθέτης 2) η πνευματική αποθήκη 3)το κοκοράκι 4) ο εκκεντροφόρος. Εικόνα 3.6 1και 2) οι πνευματικές αποθήκες 3) οι συνδεδεμένες πνευματικές γραμμές 4) η κατασκευή της βαλβίδας. Εικόνα 3.7 Εκπληκτικός στην απόδοση και μικρός στο μέγεθος ο κινητήρας είναι ένα έργο τέχνης. Αυτός είναι ο V10 της Ferrari του Εικόνα 3.8 Ένας κινητήρας δεν μπορεί να αποχωριστεί τα περιφερειακά του. Εδώ βλέπουμε τα ψυγεία και τη δεξαμενή λαδιού. Εικόνα 3.9 Οι εξατμίσεις από μία BMW V10 γίνονται κόκκινες. Εικόνα 3.10 Οι μηχανικοί στο δυναμόμετρο πάνε τον κινητήρα στα όρια του στις 19000σαλ. Εικόνα 3.11 Τοποθέτηση κινητήρα σε Ferrari. Εικόνα 3.12 Η τοποθέτηση του κινητήρα σε Toyota. Εικόνα 3.13 Η τοποθέτηση του κινητήρα σε Bar Honda. Εικόνα 3.14 Η τοποθέτηση του κινητήρα σε Jaguar. Εικόνα 3.15 Η ψύξη του κινητήρα είναι σημαντικό κομμάτι της απόδοσης. Εδώ βλέπουμε τα ψυγεία νερού και λαδιού

13 Εικόνα 3.16 Η προσοχή στη λεπτομέρεια είναι σημαντική στην αποτροπή υπερθέρμανσης. Η BMW χρησιμοποιεί μεταλλικές χούφτες για να προστατέψει τον κινητήρα από τη θερμότητα των εξατμίσεων. Εικόνα 3.17 O V8 κινητήρας της Honda. Εικόνα 3.18 O κινητήρας της Renault στον οποίο φαίνεται η γωνία των 90. Εικόνα 3.19 Ο V8 κινητήρας της BMW. Εικόνα 3.20 Ο V8 κινητήρας της Toyota ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΜΕΤΑΔΟΣΗ Εικόνα 4.1 Δύο κιβώτια ταχυτήτων της Minardi. Το πάνω απλό και συμβατικό ενώ το κάτω από τιτάνιο και αντικαταστάτης του προηγουμένου. Εικόνα 4.2 Το τμήμα της Ferrari για τα κιβώτια μετάδοσης μοιάζει περισσότερο με ακριβό ιδιωτικό νοσοκομείο. Εικόνα 4.3 Εγκάρσιο κιβώτιο. Εικόνα 4.4 Διαμηκές κιβώτιο. Εικόνα 4.5 Διαμηκές ανεστραμμένο. Εικόνα 4.6 Συμπλέκτης της Sachs F1. Παρόλο που είναι μικροσκοπικός με μόλις 111 χιλιοστά διάμετρο μπορεί να μεταδώσει πάνω από 900 άλογα ιπποδύναμη. Εικόνα 4.7 Το 1988 η McLaren πήρε μεγάλο προβάδισμα μέσω του χαμηλού κέντρου άξονα του στρόφαλου. Εικόνα 4.8 Το 1989 το κιβώτιο της Ferrari έφερε την επανάσταση δημιουργώντας την ήλεκτρο- υδραυλική αλλαγή ταχυτήτων από τα ακροδάχτυλα. Αυτή η τεχνολογία είναι βασική σήμερα. Εικόνα 4.9 Το σύστημα της Ferrari του 1989 εισήγαγε τις αλλαγές ταχυτήτων μέσω ακροδαχτύλων, που σήμερα είναι βασικό αντικείμενο του μονοθεσίου

14 Εικόνα 4.10 Η Ferrari ήταν πάντα πρωτοπόρα ως προς τη μετάδοση. Αυτό είναι το σχέδιο του 1998 όπου 1) το μεταλλικό πλαίσιο του κιβωτίου, 2) το καπάκι με τις βάσεις των αναρτήσεων και το προστατευτικό για ατύχημα. Εικόνα 4.11 Μικρό και ελαφρύ το κιβώτιο μετάδοσης της Ferrari του 2003 τοποθετημένο όσο γίνεται πιο μέσα από τη βάση των τροχών για καλύτερη ισορροπία χειρισμού. Εικόνα 4.12 Ο Nico Rosberg έκανε το γρηγορότερο γύρο στο ντεμπούτο του στο Μπαχρέιν οδηγώντας την Williams με το κιβώτιο ομαλής αλλαγής. Εικόνα 4.13 Η κατασκευή του κιβωτίου της Renault R26 του 2006 ολοκληρωμένη με την πίσω ανάρτηση αποκαλύπτει το μικρό της μέγεθος. Εικόνα 4.14 Στη γυμνή του μορφή ένα κιβώτιο της Φόρμουλα 1 μοιάζει αδύναμο στο να χειριστεί 900 άλογα μαζί με τα φορτία της ανάρτησης. Εικόνα 4.15 Όταν είναι αναγκαίο να αλλαχθούν οι σχέσεις μετάδοσης, η μετάδοση χωρίζεται από τον κινητήρα ολόκληρη μαζί με τις κατασκευές της πίσω αναρτήσεως και πίσω αεροτομής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Εικόνα 5.1 Τηλεμετρία και υπολογιστές κυριαρχούν στο γκαράζ της Ferrari. Εικόνα 5.2 Η μονάδα ελέγχου του κινητήρα της Magneti Marelli μπορεί να είναι μικρή σε μέγεθος αλλά πολύ σημαντική για τα μονοθέσια της F1. Εικόνα 5.3 Κατά τη διάρκεια του αγώνα οι αρχή-μηχανικοί παρακολουθούν τα δεδομένα και κρατούν τους οδηγούς ενήμερους. Εικόνα 5.4 Κάτω από τις πλαϊνές ποδιές του μονοθεσίου είναι το ιδανικό μέρος για την τοποθέτηση των ηλεκτρονικών όχι μόνο γιατί αυτός ο χώρος είναι κενός αλλά και γιατί βοηθά στην ψύξη τους

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΑΝΑΡΤΗΣΗ ΚΑΙ ΚΑΘΟΔΗΓΗΣΗ Εικόνα 6.1 Η πίσω ανάρτηση της Williams για το Εικόνα 6.2 Η Ferrari συνέχεια πειραματίζεται με νέα σχέδια στα ακραξόνια προσπαθώντας να μειώσει το βάρος τους και να αυξήσει την αντοχή. Εικόνα 6.3 Το σχήμα των στοιχείων της ανάρτησης παρέχουν την καλύτερη αεροδυναμική αποτελεσματικότητα. Εικόνα 6.4 Κάποιες εταιρίες τοποθετούν τους μπροστά αποσβεστήρες πάνω στο σασί ενώ η Williams προτίμησε να τους τοποθετήσει μέσα στο σασί. Εικόνα 6.5 Η πίσω ανάρτηση της Williams FW24 είναι σημείο αναφοράς για το μικρό τους μέγεθος και τα πάντα χωράνε κάτω από τον κινητήρα μειώνοντας το πίσω προφίλ του μονοθεσίου. Ορατοί είναι οι ράβδοι ώθησης, οι μονάδες αποσβεστήρα/ελατηρίου, το ζύγωθρο (κοκοράκι) και το roll-bar που τα ενώνει. Εικόνα 6.6 Η πίσω ανάρτηση της Ferrari F2003 βασιζόταν σε ελατήρια στρεπτικής δοκού τα οποία είναι μικρά και ελαφριά. Εικόνα 6.7 Αυτή η οπτική γωνία δείχνει ολόκληρη την κατασκευή της πίσω ανάρτησης στην McLaren MP4/17D. Εικόνα 6.8 Το τιμόνι της Toyota TF106 είναι ένα από τα πιο πολύπλοκα καθώς χειρίζεται την ισορροπία φρένων, ασύρματο, μίγμα αέρα/καυσίμου, διαφορικό, ανάρτηση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο ΦΡΕΝΑ Εικόνα 7.1 Τα μονοθέσια της Φόρμουλα 1 χρησιμοποιούν σύστημα διπλού κυκλώματος

16 Εικόνα 7.2 Ο έλεγχος γίνεται με δύο πεντάλ. Το γκάζι είναι στα αριστερά της φωτογραφίας, το φρένο δεξιά. Όλο κατασκευασμένο από ανθρακονήματα για περιορισμό του βάρους και δύο κύρια έμβολα τα οποία χειρίζονται από το πεντάλ του φρένου. Εικόνα 7.3 Η κατασκευή του μπροστά φρένου της Ferrari του Εικόνα 7.4 H κατασκευή για το 2006 της BMW Sauber. Εικόνα 7.5 Με τόσους πολλούς αγωγούς για να διατηρηθούν τα φρένα στη σωστή θερμοκρασία λειτουργίας, τα ακραξόνια γίνονται όλο και πιο δύσκολα στο να εντοπιστούν. Εικόνα 7.6 Η κατασκευή των πεντάλ που χρησιμοποιείται από τη Ferrari με πλαϊνά για να αποτρέψουν τα πόδια του οδηγού να γλιστρήσουν. Εικόνα 7.7 Η δαγκάνα της AP racing είναι ένα εξαιρετικό δείγμα της τεχνολογίας φρένων με τα έξι έμβολα να φαίνονται ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ο ΕΛΑΣΤΙΚΑ Εικόνα 8.1 Στοίβες από λάστιχα περιμένουν στα πίτς. Εικόνα 8.2 Τα σύγχρονα μονοθέσια της φόρμουλα 1 χρησιμοποιούν ελαστικά με υψηλότερο προφίλ από αυτά του εμπορίου. Τα ελαστικά χαμηλού προφίλ δοκιμάστηκαν το 1971 αλλά οδήγησαν σε σοβαρά προβλήματα κραδασμών. Εικόνα 8.3 Οι κατασκευαστές ελαστικών τοποθετούν άριστα εξοπλισμένα εργαστήρια στην πίστα όπου οι εφαρμοστές ελαστικών δουλεύουνε στα κόκκινα κατά τη διάρκεια αγωνιστικού διημέρου κάτω από οποιοσδήποτε συνθήκες για σιγουρέψουν ότι η κάθε ομάδα θα έχει τον απαιτούμενο αριθμό ελαστικών. Εικόνα 8.4 Tο πέλμα τείνει να διαλύεται κατά μήκος του ελαστικού όταν αυτό θερμαίνεται. Εικόνα 8.5 Tα περισσότερα ελαστικά έχουν γίνει σχεδόν λεία τη στιγμή που ο οδηγός έρχεται στα πιτ στο τέλος του αγώνα

17 Εικόνα 8.6 Όπως φαίνεται και εδώ μία μικρή διαφορά στο πλάτος του πέλματος και στο σχήμα του οδήγησε σε διαμάχη τη Michelin με τη Bridgestone και ένας λόγος που ειπώθηκε ότι εξαιτίας αυτού κέρδισε ο Schumacher με τα Bridgestone το 2003 στη Μόνζα. Εικόνα 8.7 Η Toyota καθοδηγεί τις άλλες ομάδες που φορούσαν τα γαλλικά ελαστικά στα πιτ ενώ οι Ferrari κατευθύνεται προς την γραμμή εκκίνησης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 Ο ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Εικόνα 9.1 Δοκιμές του μονοθεσίου έτσι ώστε να γίνει πιο αξιόπιστο. Εικόνα 9.2 Το ανθρακόνημα είναι το καταλληλότερο υλικό για πράγματα πέρα από το σασί, όπως τα δισκόφρενα, στοιχεία της ανάρτησης και τους αυλούς ψύξης των φρένων. Εικόνα 9.3 Ο δοκιμαστικός διάδρομος περνά το μονοθέσιο από μια εξομοιωμένη πίστα για να ελεγχθεί η αξιοπιστία τους

18 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι να μπορέσουμε να πάρουμε μία γεύση απο εσωτερικό του κόσμου της Φόρμουλα 1. Πέρα από το θέαμα, να ρίξουμε μία ματιά πίσω από τη σκηνή. Πώς 500 άνθρωποι γίνονται μία γροθιά σε απόλυτη οργάνωση ώστε να πραγματοποιήσουν το σκοπό της νίκης και μόνο. Μία ανάλυση πάνω στους παράγοντες που παίζουν σημαντικό ρόλο στην απόδοση και τον τρόπο που το μονοθέσιο συμπεριφέρεται. Γιατί η αεροδυναμική μπορεί να κάνει τόσο μεγάλες βελτιώσεις στην απόδοση του μονοθεσίου. Το πώς ο κινητήρας καταφέρνει να αποδίδει τόσο τρομερά ποσά ιπποδύναμης και πως όλη αυτή η ισχύς καταφέρνει να μεταδίδεται μέσα από το κιβώτιο ταχυτήτων και από εκεί στους τροχούς. Ποιος ο τρόπος με τον οποίο μπορεί να ελεγχθεί αυτό το ποσό ισχύος μέσα από τα φρένα. Ποιά η αλληλεπίδραση της πίστας με τα λάστιχα και από εκεί η μεταφορά δυνάμεων από την ανάρτηση στο σασί. Γιατί τα ηλεκτρικά επηρεάζουν και σε ποια σημεία. Βρισκόμαστε σε μία εποχή οικονομικής κρίσης και οικολογικής συνείδησης οι οποίες είναι σαν αντιλήψεις αντίθετες ως προς τον τρόπο σκέψης του αγωνίσματος. Αντίθετα όμως τίποτε από αυτά δεν επηρεάζει σοβαρά τον κόσμο της Φόρμουλα 1, η οποία χάρη στο θέαμα και τον ενθουσιασμό που προσφέρει καταφέρνει να φέρει τον τίτλο του βασιλιά του μηχανοκίνητου αθλητισμού. 2

19 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 Εξέλιξη. Τι είναι ένα μονοθέσιο Formula 1; Σύμφωνα με τους ορισμούς της εποχής μας μπορεί να περιγραφεί σαν ένας συνδυασμός των πιο προηγμένων τεχνολογιών. Ένα μίγμα από τις πιο τέλειες τεχνικές και έρευνες, που δημιουργούνται μέσα σε ένα αναπόφευκτα πολύ μικρό χρονοδιάγραμμα. Εικόνα Ε.1 Το μονοθέσιο της McLaren για την χρονιά

20 Παλαιότερα οι ομάδες μπορεί να έφτιαχναν ένα μοντέλο και να το έτρεχαν και την επόμενη σεζόν ή για άλλες 3 η 4 χρονιές. Όπως η Lotus με το 49, που δημιουργήθηκε το 1967, αλλά κέρδισε αγώνα το Κάπως έτσι και η Mclaren με το Μ23 είχε μια επιτυχή καριέρα από το 1973 έως το Οι σημερινοί ρυθμοί της τεχνολογικής εξέλιξης όμως, αποτρέπουν το να έχουμε το ίδιο μονοθέσιο για ακόμα μια σεζόν. Σήμερα η ζωή ενός μονοθέσιου κυμαίνεται από 17 έως 18 αγώνες. Αυτό συμβαίνει όχι μόνο εξαιτίας του ρυθμού εξέλιξης, αλλά και του συνεχούς επαναπροσδιορισμού του μονοθέσιου για τη βελτίωση της απόδοσής του. Παλαιότερα ένας σχεδιαστής μπορούσε να ολοκληρώσει τη δουλειά του το χειμώνα (νεκρή περίοδος) για να ανταμειφθεί κατά τους πρώτους ευρωπαϊκούς αγώνες και δε θα ξεκινούσε το σχεδιασμό ενός αντικαταστάτη, παρά μόνο το χειμώνα. Όχι όμως πια. Σήμερα η εξέλιξη ενός μονοθέσιου Φόρμουλα 1 είναι μια διαρκής διαδικασία. Υπάρχουν κανόνες από τη FIA (Federation Internationale de l Automobile) οι οποίοι όχι απλά καθορίζουν πολύ αυστηρά το τι είναι επιτρεπτό και τι όχι, αλλά και το τι συνιστά ένα νέο μονοθέσιο. Ακόμα, πριν την έγκριση του μονοθέσιου και την ομάδα να περιμένει την κατασκευή και συναρμολόγησή του, η σχεδιαστική ομάδα ήδη δουλεύει σε νέες ιδέες για να τις ενσωματώσει στο μονοθέσιο, πριν καν αυτό αγωνιστεί. Το να ελέγχεις ένα σχέδιο υπό κατασκευή είναι ένας κύριος ρόλος, που απαιτεί από τον υπεύθυνο να βάζει σε σειρά ένα αρκετά πολύπλοκο πρόγραμμα. Ακόμα ένας παράγοντας που κάνει το συγκεκριμένο άθλημα να καθρεπτίζει τη διαστημική αεροναυπηγική. Φυσικά, όλα τα στοιχεία θα πρέπει να γίνουν αντιληπτά και να σχεδιαστούν τη σωστή στιγμή και μετά να συναρμολογηθούν, για να δημιουργήσουν ένα μοναδικό προϊόν. Το αποτέλεσμα πρέπει όχι μόνο να είναι ένα μονοθέσιο με την καλύτερη απόδοση, αλλά και πολύ αξιόπιστο. Για να επιτευχθεί αυτό, οι παρακάτω τομείς πρέπει να συνεργάζονται με αρμονία και αποτελεσματικότητα. - Έρευνα και ανάπτυξη - Αεροδυναμική - Ηλεκτρονικά - Σχεδιαστικό γραφείο - Δομική ανάλυση - Δυναμική οχήματος - Μεταλλουργεία 18

21 - Τμήματα παραγωγής - Προμηθευτές - Ποιοτικός έλεγχος - Συναρμολόγηση μονοθέσιου Κάθε ομάδα έχει σε μεγαλύτερη ή μικρότερη έκταση, ανάλογα με τον προϋπολογισμό της, μια στρατηγική οργανωτική ομάδα, της οποίας ο σκοπός είναι να οργανώσει τις δραστηριότητες όλων των τμημάτων, να ενημερώνει όλους για την πρόοδο και να τους κρατάει στο πρόγραμμα. Είναι μία ομάδα που δε φαίνεται αρκετά στο ευρύ κοινό, αλλά της οποίας η συνεισφορά στην επιτυχία ενός επιχειρήματος μπορεί να είναι αρκετά σημαντική. Ε.2 Ο έλεγχος του επιχειρήματος. Ο έλεγχος του επιχειρήματος στοχεύει στο να επικεντρώνεται στις πηγές του επιχειρήματος, να εντοπίζει προβλήματα και κρίσιμα σημεία και να βρίσκει λύσεις. Αυτό διευκολύνει τον Τεχνικό Διευθυντή να πάρει τις στρατηγικές αποφάσεις. Οι τρείς μεταβλητές που πρέπει όλοι να ισορροπήσουν είναι: - Χρόνος - Ποιότητα - Κόστος Ο χρόνος είναι ίσως ο μεγαλύτερος περιορισμός (ειδικά για τις μεγάλες ομάδες), αλλά το επιχείρημα πρέπει να έχει ολοκληρωθεί μέσα στους στόχους της ποιότητας (απόδοση/αξιοπιστία) και μέσα στο προκαθορισμένο κόστος (προϋπολογισμός). Ο έλεγχος του επιχειρήματος πρώτα καθορίζει τα περιεχόμενά του. Τι θα ενσωματώνει το καινούργιο μονοθέσιο; Υπάρχουν αλλαγές στους κανόνες; Αυτά αναπόφευκτα έχουν μεγάλο αντίκτυπο, γιατί κάθε περιοχή του μονοθεσίου είναι τόσο συγκεκριμένη σε μία λειτουργία και σε ένα προδιαγραμμένο πλαίσιο, κάτι που επιδρά και σε όλα τα άλλα. Για παράδειγμα, το 2004, οι ομάδες έπρεπε να χρησιμοποιούν ένα κινητήρα ανά αγωνιστικό σαββατοκύριακο και η πίσω αεροτομή έπρεπε να έχει μόνο δύο στοιχεία και όχι πολλαπλά, όπως επιτρεπόταν προηγουμένως. 19

22 Μετά είναι το ερώτημα των νέων τεχνικών και αεροδυναμικών λύσεων που πρέπει να εφαρμοστούν αφού έχουν πρώτα εγκριθεί από το τμήμα R&D (Έρευνας και Ανάπτυξης). Οι αλλαγές της απόδοσης συνήθως εκφράζονται με όρους της πιθανής βελτίωσης του χρόνου του ενός γύρου. Ε.3 Στρατηγικός Σχεδιασμός. Με το που ξεκινάνε οι συναντήσεις μεταξύ του Τεχνικού Διευθυντή, του Υπεύθυνου Σχεδίασης, του Επικεφαλής των Αεροδυναμικών και του Σχεδιαστικού Γραφείου R&D του Μάνατζερ της Δομικής Ανάλυσης και της Δυναμικής Οχήματος, ο στρατηγικός σχεδιασμός ξεκινά. Το γκρουπ των υπευθύνων ορίζει το επιχείρημα στους όρους του χρόνου, ποιότητας και κόστους, καθώς αυτό εξελίσσεται μέσα από τρείς ξεχωριστούς τομείς: - Εξέλιξη ιδέας - Σχεδιασμός - Παραγωγή Καθένας από αυτούς μπορεί να δώσει διαφορετικά αποτελέσματα ανάλογα με το χρονοδιάγραμμα που έχει δοθεί. Για παράδειγμα, όσο πιο πολύ κρατήσει η εξέλιξη της ιδέας, τόσο πιο μεγάλο είναι το βήμα που γίνεται για τη βελτίωση της απόδοσης, αλλά αυτό όμως θα αφήσει λιγότερο χρόνο για το σχεδιασμό και την παραγωγή (ειδικά αν πρόκειται για χρονοβόρα σχέδια, όπως ο στροφαλοφόρος άξονας ή το κιβώτιο ταχυτήτων). Έτσι, μπορεί η ποιότητα να μειωθεί, γεγονός που θα έχει αντίκτυπο στην αξιοπιστία, με αποτέλεσμα να μειωθεί η απόδοση και να χαθεί το προβάδισμα που είχε κερδηθεί στον τομέα της εξέλιξης της ιδέας. Γι αυτό ο στρατηγικός σχεδιασμός πρέπει να εμπεριέχει τον όρο συμβιβασμό. Στην υπερβολή των ανθρώπων των σπορ η λέξη συμβιβασμός δεν υπάρχει, αλλά όλοι οι τεχνικοί τομείς ορίζονται από αυτόν. Πολλές από τις διαδικασίες της κατασκευής ενός μονοθεσίου Φόρμουλα 1 γίνονται παράλληλα και όχι διαδοχικά, κάτι το οποίο, φυσικά, εξοικονομεί χρόνο. Γι αυτό σημαντικές αποφάσεις, όπως η λειτουργία του κινητήρα και το πακετάρισμα, πρέπει να παίρνονται νωρίτερα, ώστε να μην καθυστερήσουν το όλο σχέδιο αργότερα. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που η αλλαγή του κατασκευαστή κινητήρων μπορεί να προκαλέσει 20

23 σε μερικούς τομείς εφιάλτες. Ισότιμα και ο βασικός αεροδυναμικός προσδιορισμός κατατίθεται στην αρχή, παρόλο που η βελτίωσή του δε σταματά κυριολεκτικά ποτέ. Με το που αυτοί οι τομείς έχουν διευθετηθεί, αρχίζει η οργάνωση για τις ομάδες των ανεξάρτητων στοιχείων: - Κινητήρας - Ηλεκτρονικά - Σασί - Αεροδυναμική (σχήμα μύτης και αεροτομές) - Μετάδοση - Συστήματα (καυσίμων, υδραυλικών, ψύξης) - Ανάρτηση, καθοδήγηση και τροχοί - Φρένα - Άνεση οδηγού Παράλληλα με όλα αυτά είναι επίσης σημαντικό να προετοιμαστούν για τους νόμους της FIA και τα απαιτητικά crash tests. Αν κάποιο μονοθέσιο αποτύχει να περάσει τα τεστς, τότε δεν παίρνει την έγκριση της FIA για να αγωνιστεί. Με το που έχουν ετοιμαστεί τα κύρια τμήματα, όπως ο αεροδυναμικός προσδιορισμός και η γενική οργάνωση, τότε ο κύριος αεροδυναμικός προσδιορισμός επέρχεται: - Αεροδυναμικός προσδιορισμός σασί - Αεροδυναμικός προσδιορισμός ενισχύσεων ατυχήματος - Αεροδυναμικός προσδιορισμός αναρτήσεων - Αεροδυναμικός προσδιορισμός αεροτομών - Αεροδυναμικός προσδιορισμός σώματος Μετά ακολουθεί ο προγραμματισμός για τα κύρια στοιχεία όπως σασί, σώμα, ανάρτηση και μετάδοση. Το τρίτο τμήμα είναι ο χρονικός προσδιορισμός για όλα αυτά τα στοιχεία με τους ελέγχους ποιότητας. Το τελευταίο στάδιο του σχεδιασμού είναι η συναρμολόγηση. 21

24 Εικόνα Ε.2 Άνω όψη κυρίων τμημάτων μονοθεσίου. 1) κάτω ψαλίδι μπροστινής ανάρτησης 2),3) αεροδυναμικά πάνω μπροστινού ψαλιδιού 4) ενισχυτική κατασκευή για ατύχημα 5) ψυγεία νερού 6) ελαιολεκάνη 7) κινητήρας 8) κιβώτιο μετάδοσης 22

25 Ε.4 Εκτέλεση επιχειρήματος. Τώρα που το σχέδιο έχει καθοριστεί και ο δρόμος για το τελικό προϊόν έχει σχεδιαστεί, μοιράζεται σε συγκεκριμένες ενέργειες, που θα ακολουθηθούν και θα τηρηθούν κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης του επιχειρήματος. Προγράμματα του σχεδίου επιτρέπουν στην ομάδα να ακολουθεί τα κρίσιμα βήματα και τις κρίσιμες ενέργειες και επίσης να προβλέψει πιθανά προβλήματα που μπορεί να προκύψουν και να βρει αρκετά νωρίς τη λύση. Με τη δημιουργία αυτού του πλάνου οι μηχανικοί μπορούν να δημιουργήσουν την κατάλληλη οπτική για την εξέλιξη του όλου προγράμματος και να βλέπουν την παραμικρή λεπτομέρεια όποτε χρειάζεται. Ταυτόχρονα θα υπάρχει μία αναφορά του σχεδίου, όπου η πρόοδος θα αναλύεται από κοντά. Αν χρειαστεί, γίνονται αλλαγές, για να κρατηθούν τα πάντα στο στόχο. Οι σχεδιαστές της στρατηγικής τους ενημερώνουν σχετικά, έτσι ώστε να γνωρίζουν την κατάσταση που επικρατεί. Αυτό δημιουργεί αρμονία στη συνεργασία και ομαδικό πνεύμα, ζωτικής σημασίας σε κάθε αγωνιστική ομάδα και ακόμα περισσότερο σε μία ομάδα που αποτελείται από 400 ή 500 άτομα, όπου ο αρχηγός της ομάδας ή και ο Τεχνικός Διευθυντής πρέπει να τους γνωρίζουν όλους προσωπικά. Σε ότι αφορά το χρονοδιάγραμμα, το κιβώτιο ταχυτήτων ορίζεται το Μάιο, επιτρέποντας το σχέδιο του κύριου σκελετού να είναι έτοιμο το συντομότερο δυνατό. Για παράδειγμα θα απαιτήσει ο σχεδιαστής ένα διαμήκες ή εγκάρσιο κιβώτιο ταχυτήτων; Το κέλυφός του θα είναι από αλουμίνιο, τιτάνιο ή μίγμα; Αυτές οι επιλογές επηρεάζουν την κατανομή βάρους, τη γενική οργάνωση και δομή, από τη στιγμή που το κέλυφος βρίσκεται στον έλεγχο σύγκρουσης για το πίσω μέρος από τη FIA. Επίσης έχει μεγάλη επιρροή στον αεροδυναμικό σχεδιασμό του πίσω τμήματος. Οι υπόλοιποι κύριοι αεροδυναμικοί προσδιορισμοί γίνονται τον Ιούλιο και τον Αύγουστο, όσο η βελτίωση του μονοθεσίου ακόμα προχωρά. Η ανάρτηση ορίζεται αεροδυναμικά το Σεπτέμβριο και κατά τη διάρκεια του Οκτωβρίου και Νοεμβρίου γίνονται οι τελικοί ορισμοί των συστημάτων. Οι έλεγχοι ατυχημάτων αρχίζουν από τον Αύγουστο, αλλά συνήθως δεν τελειώνουν πριν το Φεβρουάριο. Η McLaren είναι η μόνη εταιρία που κατάφερε να έχει τελειώσει όλα τα τεστ πριν τις πρώτες δοκιμές του Δεκεμβρίου του 2003, αλλά αυτό είναι ασυνήθιστο. Όσο αυτά συμβαίνουν, το τμήμα των κινητήρων δουλεύει σκληρά για πολλούς μήνες στη βελτίωση της δυναμικής μονάδας, που θα τοποθετηθεί στο επόμενο μονοθέσιο. Γενικά, η βελτίωση ενός μονοθέσιου διαρκεί περίπου εννέα μήνες, αλλά η εξέλιξη ενός 23

26 ολοκληρωτικά νέου κινητήρα χρειάζεται το διπλάσιο και οι κατασκευαστές συνήθως διοικούν δύο διαφορετικές ομάδες, οι οποίες αλληλοσυμπληρώνονται. Ο σχεδιασμός των ηλεκτρονικών και των συστημάτων συμβαίνει ταυτόχρονα με την προαναφερθείσα διαδικασία, ενώ η παραγωγή του σασί ξεκινάει στις αρχές του Σεπτεμβρίου. Η παραγωγή των άλλων στοιχείων αρχίζει περίπου την ίδια περίοδο και συνεχίζει μέχρι το τέλος Μαρτίου. Αυτή είναι μία χρονοβόρα διαδικασία, γιατί οι κορυφαίες ομάδες, όχι απλά φτιάχνουν μέχρι δέκα σασί τη σεζόν, αλλά θέλουν όλα τα σχετικά ανταλλακτικά να τους εξυπηρετούν. Τα κατασκευαστικά τμήματα για αναρτήσεις και αεροτομές απασχολούνται πιο πολύ, αφού αυτά είναι τα τμήματα που καταστρέφονται πιο εύκολα, όταν ξεκινήσουν οι δοκιμές και οι αγώνες. Ε.5 Παρουσίαση μονοθεσίου. Τον Ιανουάριο όλα τα στοιχεία έχουν παραδοθεί για τον τελικό ποιοτικό έλεγχο, πριν να ξεκινήσει η συναρμολόγηση. Το μονοθέσιο μετά ελέγχεται στιγμιαία αλλά όχι ασήμαντα για να διαπιστωθεί αν συμφωνεί με τους αυστηρούς κανονισμούς της FIA. Το τελευταίο στάδιο είναι η πρώτη λειτουργία και η παρουσίαση. Τα πρώτα αυτοκίνητα παρουσιάζονται συνήθως στο κοινό τον Ιανουάριο ή αρχές Φεβρουαρίου. Στα πλαίσια του οικονομικού κλίματος των αρχών του 21 ου αιώνα λίγες ομάδες παρουσιάζουν τα μονοθέσια μετά βαΐων και κλάδων, όπως στα μέσα του 90, αλλά προτιμούν να γίνει η παρουσίαση με δοκιμαστικούς γύρους σε κάποια πίστα. Τη συγκεκριμένη χρονική περίοδο οι στρατηγικοί σχεδιαστές έχουν ρίξει την προσοχή τους στο καινούργιο μονοθέσιο της επόμενης σεζόν. Οι ομάδες δεν αποφασίζουν πάντα να κάνουν το ντεμπούτο τους στο ξεκίνημα της νέας σεζόν. Η McLaren αποφάσισε να τρέξει το MP4/18 το Μάιο του Το 2002 και 2003 η Ferrari προτίμησε να τρέξει με τα μονοθέσια της προηγούμενης χρονιάς τους πρώτους αγώνες και να φέρει στην πίστα το καινούργιο μονοθέσιο λίγο πριν το ξεκίνημα των ευρωπαϊκών αγώνων τον Απρίλιο. Αυτή είναι η αρχή της Ferrari: Η ομάδα έκανε μια ανάλυση των θετικών και αρνητικών απόψεων του να παρουσιάσει το νέο μονοθέσιο αργότερα. Βλέποντας τα θετικά στοιχεία, η μη αλλαγή των κανόνων επέτρεψε να τρέξουν το παλιό μονοθέσιο, χωρίς να κάνουν σημαντικές αλλαγές. Αφού το μονοθέσιο ήταν ανταγωνιστικό την προηγούμενη χρονιά και είχε βελτιωθεί κατά τη διάρκεια του χειμώνα, θα κρατούσε το πλεονέκτημα απέναντι σε καινούργια μονοθέσια από μικρότερες εταιρίες. Το παλιό 24

27 μονοθέσιο ήταν αρκετά αξιόπιστο, ενώ το καινούργιο ήταν έτοιμο για έλεγχο, αλλά δεν είχε τελειοποιηθεί. Επίσης το καινούργιο μονοθέσιο ήταν στα πρώτα στάδια της βελτίωσής του και οι μηχανικοί και οι οδηγοί δεν ήταν αρκετά εξοικειωμένοι με τις εσωτερικές λειτουργίες του όσο ήταν με το παλιό μονοθέσιο, που μπορεί να μείωνε το στήσιμο του. Τέλος, θα υπήρχε περισσότερος χρόνος για να εξελίξουν το καινούργιο μονοθέσιο και να κάνει το ντεμπούτο του, όταν οι δοκιμές θα έδειχναν ότι είχε επιτύχει τα επίπεδα σε αξιοπιστία και απόδοση, τα οποία στόχευαν από την αρχή. Εικόνα Ε.3 Το μονοθέσιο της Ferrari για το 2003 κατά τη διάρκεια δοκιμών. Από την αρνητική πλευρά, το παλιό μονοθέσιο θα αντιμετώπιζε μεγαλύτερο ανταγωνισμό από τα καινούργια, που θα ήταν πιο εξελιγμένο τεχνολογικά ως προς την απόδοση. Η ομάδα θα έπρεπε να διπλασιάσει τις υποχρεώσεις της για να δουλέψει σε δύο διαφορετικά μονοθέσια. Επίσης, θα είχε μεγάλο αντίκτυπο και στον προϋπολογισμό της ομάδας, ειδικά στο ξεκίνημα της σεζόν. Υπήρχε και ο κίνδυνος λαθών εξαιτίας του διχασμού στις ομάδες της οργάνωσης και των προμηθευτών. Οι δοσμένες πληροφορίες από την ομάδα του στρατηγικού σχεδιασμού της Ferrari για τις ενέργειες, τους χρόνους και τα έξοδα, έδωσαν στο τεχνικό τμήμα τις πληροφορίες για να αποφασίσουν. Το 2002 το σχέδιο δούλεψε τέλεια με την F2001 να κρατάει τα τείχη μέχρι η F2002 να έρθει και να καθαρίσει τον ανταγωνισμό. Ένα κακό ξεκίνημα το 2003 με την F2002 παραλίγο να διακινδυνεύσει την επιτυχία. 25

28 Τα προηγούμενα ίσως δίνουν κάποια στοιχεία, γιατί η φόρμουλα είναι ένα καζάνι με πίεση και άγχος και γιατί άνθρωποι και ομάδες πρέπει να αντέξουν τόση πίεση για τόσο καιρό. Αυτό επίσης τοποθετεί σε ξεχωριστή θέση αυτούς που πετυχαίνουν χρονιά με τη χρονιά και γιατί χειροκροτούνται ομάδες για την επιμονή τους να μην αποδεχτούν την ήττα και την αμείωτη θέληση να νικήσουν. 26

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ 1.1 Αεροδυναμιστής Αεροτομή. Στον κόσμο της Φόρμουλα 1 ο αεροδυναμιστής είναι ο βασιλιάς. Και ο άνθρωπος που μπορεί υπολογίσει πώς η ομάδα του μπορεί να παράγει περισσότερη αρνητική άντωση και λιγότερη οπισθέλκουσα από τον υπόλοιπο ανταγωνισμό, κάτι που μπορεί να αξίζει περισσότερα από 30 εκατομμύρια δολάρια Εικόνα 1.1 Μοντέλο υπό κλίμακα σε διάδρομο αεροσύραγγας. 27

30 Κάποτε η αεροδυναμική ήταν μία μαύρη τέχνη. Οι ομάδες κατασκεύαζαν πολύ λεπτά μονοθέσια και έκοβαν από εδώ και από εκεί για να αποκτήσουν αρνητική άντωση. Μέχρι το 1968, όπου οι σχεδιαστές πραγματικά ασχολήθηκαν τοποθετώντας ανεστραμμένα φτερά για τη δημιουργία αρνητικής άντωσης. Οι πρώτες αεροτομές ήταν τοποθετημένες σε κολόνες που βασίζονταν κάθετα πάνω στις αναρτήσεις. Σύντομα αποδείχθηκαν υπερβολικά εύθραυστες και απορρίφθηκαν για χάρη των αεροτομών, που ήταν ενσωματωμένες στο αμάξωμα του μονοθέσιου. Παρόλα αυτά συνέχισαν να ασκούν δύναμη στα λάστιχα κατά την επαφή με την άσφαλτο και να δημιουργούν αρνητική άντωση, που βοηθούσε στο να στρίβουν γρηγορότερα. Οπότε πώς δουλεύει η αεροτομή; Στα αεροπλάνα δουλεύει μέσω ενός αεροδυναμικού σχήματος δακρύου. Όπως ρέει ο αέρας από τις δύο πλευρές, στο κάτω μέρος έχει λιγότερη απόσταση να διανύσει, γιατί η κάτω επιφάνεια του φτερού είναι επίπεδη. Στο μεταξύ ο αέρας από την καμπυλωτή επάνω επιφάνεια έχει μεγαλύτερη απόσταση να διανύσει. Εδώ είναι που η θεωρία του επιστήμονα Daniel Bernoulli βρίσκει πράξη. Απέδειξε, ότι όταν η ροή περιορίζεται, ο αέρας θα επιταχύνει και η πίεση του θα πέσει. Ο αέρας που ρέει από την κάτω πλευρά του φτερού ενός αεροπλάνου ρέει με την κανονική του κατάσταση ενώ ο αέρας από την επάνω καμπυλωτή επιφάνεια επιταχύνει και η πίεσή του πέφτει. Αυτό σημαίνει ότι έχουμε μεγαλύτερη πίεση να ενεργεί στο κάτω μέρος του φτερού και λιγότερη στο πάνω μέρος με αποτέλεσμα το φτερό να ανυψώνεται. Αυτή σε συντομία είναι η θεωρία της πτήσης. Εφαρμόζοντας το φτερό σε ένα μονοθέσιο τι συμβαίνει; Αρχικά το φτερό είναι ανεστραμμένο. Τώρα η πιο ευθεία πλευρά είναι η πάνω και η καμπυλωτή η κάτω. Η περιοχή χαμηλής πίεσης βρίσκεται από κάτω και η μεγαλύτερη πίεση εφαρμόζει δύναμη προς τα κάτω. Σήμερα η αρνητική άντωση είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες στο σχεδιασμό ενός μονοθέσιου. Μία επιπρόσθετη επιπλοκή παρουσιάστηκε το 70, όταν η Lotus με αρχηγό τον Colin Chapman και τους σχεδιαστές δούλεψαν για να χαλιναγωγήσουν τον αέρα που έρρεε κάτω από το μονοθέσιο χρησιμοποιώντας τις ίδιες αρχές. 28

31 Εικόνα 1.2 Ο τρόπος που λειτουργεί η ροή του αέρα στην αεροτομή. Εδώ εφαρμόστηκε η θεωρία του Venturi σε συνδυασμό με του Bernouli. Ο αέρας περιορίζεται καθώς περνάει από ένα στενό σημείο, και το φαινόμενο Venturi παρατηρείται ανάμεσα στην κοιλιά του μονοθέσιου και το έδαφος. Η ταχύτητα του αέρα αυξάνεται και όλη η κάτω πλευρά του μονοθέσιου αποκτά χαμηλή πίεση, με αποτέλεσμα το όχημα να πιέζεται στο έδαφος. Σήμερα τα μονοθέσια της Φόρμουλα 1 χρησιμοποιούν ένα σασί με επίπεδο το κάτω μέρος του, αλλά έχουν διαφορετικό διαχύτη στο πίσω μέρος του μονοθέσιου, που καμπυλώνεται προς τα επάνω και βοηθά στη δημιουργία κάθετης δύναμης. Η αρνητική άντωση, που δημιουργείται εδώ, συμπληρώνεται από τις αεροτομές και το προσεκτικά σχεδιασμένο εξωτερικό περίβλημα (σώμα). Γενικά ο αεροδυναμιστής ψάχνει για ένα σταθερό μονοθέσιο με ένα αρκετά μεγαλύτερο ποσοστό αρνητικής αντωτικής δύναμης έναντι της οπισθέλκουσας. Επίσης πρέπει η ευαισθητοποίηση σε ταλάντωση να είναι η μικρότερη δυνατή. Αυτό είναι το κλειδί για έναν καλό χειρισμό. Ένα μονοθέσιο, που έχει χαμηλή ευαισθησία στην ταλάντωση ή αεροδυναμική σταθερότητα, δεν κινείται όπως ένα μονοθέσιο, το οποίο ταλαντεύεται σε διάφορες ανωμαλίες και μετατοπίζει το βάρος μπρος και πίσω κατά τη διάρκεια της επιτάχυνσης και επιβράδυνσης. Η ευαισθησία σε ταλάντωση τείνει να επηρεάζει την όλη συμπεριφορά του μονοθέσιου και όχι μόνο στην κάθετη ή παράλληλη σταθερότητα του. 29

32 Το σύγχρονο μονοθέσιο Φόρμουλα 1 είναι πολύ πιο εξελιγμένο αεροδυναμικά και μπορεί να παράγει περίπου στα 2000 κιλά κάθετης δύναμης στις ταχύτητες των 300 χαω. Αν τοποθετηθεί σε ένα καμπυλωτό δρόμο, θεωρητικά θα μπορούσε να δημιουργήσει αρκετή δύναμη για να κολλήσει στο ταβάνι. Όταν ένας σχεδιαστής ξεκινά να δημιουργήσει ένα μονοθέσιο, πρώτα καθορίζει το προφίλ της αεροδυναμικής απόδοσης που αποζητά. Για να το κάνει αυτό, διάφορα μοντέλα πρέπει να ελεγχθούν, έτσι ώστε διάφορα σχήματα και λειτουργίες να συγκριθούν. Ο σχεδιαστής χρησιμοποιεί δύο κύρια εργαλεία: την αεροσύραγγα και μία τεχνική μοντελοποίησης σε ηλεκτρονικό υπολογιστή που λέγεται υπολογιστική ρευστοδυναμική. 1.2 Αεροσύραγγα Τεχνική Μοντελοποίησης σε Η/Υ (cfd). Η αεροσύραγγα είναι ένα σημαντικό εργαλείο και όλες οι κορυφαίες ομάδες έχουν αυξήσει τις επενδύσεις τους σ αυτό τον τομέα. Το 2003, για παράδειγμα, η Williams F1 επένδυσε σε μια δεύτερη αεροσύραγγα, που τέθηκε σε λειτουργία το Προς το παρόν, η καλύτερη που υπάρχει ανήκει στην ομάδα του Peter Sauber στο Hinwil. Ο ιδιοκτήτης της ελβετικής ομάδας ξόδεψε 50 εκατ. δολάρια το 2000 και η αεροσύραγγα μπόρεσε να λειτουργήσει το Ο ίδιος είπε: Δεδομένης της σημαντικότητας της αεροδυναμικής ήταν μία λογική απόφαση για μένα να φτιάξω μία αεροσύραγγα που ανεβάζει ψηλότερα τον πήχη. Εικόνα 1.3 Η αεροσύραγγα της Sauber στο Hinwil με τον ιδιοκτήτη της ομάδας και τον τεχνικό διευθυντή μπροστά στο καινούργιο απόκτημά τους που κόστισε πάνω από 50 εκ. δολ. 30

33 Η σήραγγα ήταν τόσο μοντέρνα, που τράβηξε το ενδιαφέρον της τότε συνεργάτιδας ομάδας της Ferrari. Τώρα ανήκει στην BMW μετά την εξαγορά της εταιρίας το Η κύρια μονάδα συνθέτει δύο κτήρια κάτω από μία σκεπή, με προσοχή στην αισθητική και λειτουργικότητα. Συνήθως οι σήραγγες τοποθετούνται στο έδαφος, αλλά μία από τις αιτίες που το σχεδιαστικό γραφείο WW στην Ζυρίχη κέρδισε το συμβόλαιο, ήταν το σχέδιο για μία κατασκευή σε ύψος οκτώ μέτρων από το έδαφος, που επέτρεπε στους επισκέπτες να περπατήσουν από κάτω, ακόμα και όταν αυτή λειτουργεί. Τα πάντα ήταν ορατά εκτός από το τμήμα περισυλλογής πληροφοριών, που βρίσκοταν σε μία τσιμεντένια κατασκευή. Συνολικά το κτίριο είναι 65 μέτρα μακρύ, 50 μέτρα φαρδύ, 17 μέτρα ψηλό με έναν όγκο κυβικών μέτρων. Το γυάλινο διαχωριστικό καταφέρνει να συνδυάσει το λειτουργικό σκοπό του και τη λειτουργία του σαν μουσείο. Αυτά τα δύο διαφορετικά τμήματα χωρίζονται με το παραπάνω διαχωριστικό, που απορροφά και τους θορύβους. Υπάρχει επίσης ένα κτίριο που επέτρεπε στην ομάδα της Sauber να δουλεύει σε δυο διαφορετικά επιχειρήματα, για δύο διαφορετικούς πελάτες, με απόλυτη μυστικότητα και εχεμύθεια. Η σήραγγα χρησιμοποιεί την πιο προηγμένη τεχνολογία που η Sauber μπορούσε να βρει και εξελίχθηκε σε συνεργασία με τις ειδικές εταιρίες Turbo Lufttechnik GmbH (TLT) και MTS εταιρίες συστημάτων από τη Γερμανία και Αμερική αντίστοιχα και τους αεροδυναμιστές της Sauber. Η MTS προμήθευσε τον κυλιόμενο διάδρομο, που προσομοιάζει την επαφή ανάμεσα στο μονοθέσιο και στην άσφαλτο και φέρει έναν ατσάλινο ιμάντα, που προτιμήθηκε από τον ιμάντα από πολυεστέρα. Ο ατσάλινος ιμάντας είναι ο μεγαλύτερος που έχει φτιαχτεί ποτέ για αεροδυναμική σήραγγα. Έχει πάχος λιγότερο από ένα χιλιοστό και κινείται πάνω σε αερόστρωμα. Κινείται γρηγορότερα και με λιγότερες παραμορφώσεις από έναν ιμάντα από πολυεστέρα, επειδή δημιουργείται λιγότερη τριβή. Όχι μόνο αντέχει περισσότερο, αλλά είναι και περισσότερο ακριβής, επειδή παράγεται λιγότερη θερμότητα. Όπως και οι άλλες αεροσήραγγες, έτσι και αυτή, είναι σχέδιο ενός κλειστού κυκλώματος. Η ατσάλινη σωληνωτή διαδρομή του αέρα έχει 62 μέτρα μήκος, 28 μέτρα πλάτος και μέγιστη διάμετρο 9,4 μέτρα. Η ισχύς έρχεται από έναν οριζόντιο ανεμιστήρα με πτερύγια φτιαγμένα από ανθρακονήματα, που δίνει 3000 KW, που απαιτούνται όποτε το σύστημα δουλεύει με πλήρες φορτίο. Σε μέγιστη λειτουργία μπορεί να παράγει ταχύτητες αέρα μέχρι 80 μέτρα το δευτερόλεπτο ή κοντά στα 300 χαω στον τομέα δοκιμών. Αυτό είναι πολύ κοντά στην πραγματική τιμή της ταχύτητας του αέρα σε κανονικό μονοθέσιο και βοηθά στην απόκτηση ακριβών δεδομένων. 31

34 Το τμήμα ελέγχων είναι η καρδιά της κάθε σήραγγας και στα συγκεκριμένα 15 τετραγωνικά μέτρα της Sauber είναι ασυνήθιστα μεγάλο και έχει μεγαλύτερη επιφάνεια κύλισης από άλλες κατασκευές της Φόρμουλα 1. Υπάρχει άμεση σχέση ανάμεσα στο μέγεθος της κινούμενης επιφάνειας και του βαθμού ρεαλισμού των αποτελεσμάτων των ελέγχων. Παρόλο που η Sauber συνέχισε να χρησιμοποιεί μοντέλα του 60% του πραγματικού μεγέθους, η σήραγγα μπορεί να δεχθεί πραγματικά μονοθέσια και η BMW ίσως αποφασίσει να το πραγματοποιήσει στο μέλλον. Ο κύριος στόχος ήταν το 2006 να τριπλασιάσουν τις ώρες λειτουργίας ξεκινώντας 24ωρη χρήση με τρείς οκτάωρες βάρδιες, κάτι το οποίο η Sauber δεν μπορούσε να επιτύχει. Εξαιτίας του ασυνήθιστου μεγέθους μπορεί να συνδυάσει δύο διαφορετικά μοντέλα το ένα πίσω από το άλλο και να βοηθήσει τους αεροδυναμιστές στη βελτίωση των εμπρός πτερυγίων και των διαχυτών. Εικόνα 1.4 Πραγματικό μονοθέσιο κατά την διάρκεια αεροδυναμικών μετρήσεων. 32

35 Εικόνα 1.5 Ένα μονοθέσιο πάνω στο διάδρομο που μπορεί να καμφθεί μέχρι 10. Εικόνα 1.6 Ο διάδρομος μπορεί να δεχθεί δυο μοντέλα το ένα πίσω από το άλλο για τη μελέτη της αεροδυναμικής συμπεριφοράς στην τυρβώδη ροή του αέρα του μπροστά μονοθέσιου, έτσι ώστε να μη χάσει την αρνητική άντωση. 33

36 Εικόνα 1.7 Η υπολογιστική ρευστοδυναμική είναι ένα ζωτικό κομμάτι της αεροδυναμικής μελέτης. Η εικόνα δείχνει τις περιοχές υψηλής πίεσης (κόκκινο) και χαμηλότερης πίεσης (μπλε και πράσινο) καθώς ο αέρας ρέει σε ένα τυπικό μονοθέσιο Φόρμουλα 1. Όταν πολύ μεγάλα αντικείμενα τοποθετούνται, το τμήμα ελέγχου μπορεί να μεταβληθεί από τη λειτουργία κλειστού τοίχου σε λειτουργία τετμημένου τοίχου για την αποφυγή του στραγγαλισμού της ροής του αέρα, που είναι δυνατό να αλλοιώσει τα αποτελέσματα. Το πάνω επίπεδο από την αίθουσα ελέγχου της αεροσήραγγας στεγάζει όλα τα συστήματα υπολογισμού, που περιλαμβάνουν ένα υπολογιστή υψηλών αποδόσεων για το τμήμα (cfd). Η δυνατότητα να δοκιμάσουν μοντέλα υπό κλίμακα αλλά και πραγματικά μονοθέσια επέτρεπε στη Sauber να διασταυρώσει τα δεδομένα και το cfd παρείχε μία ακόμα οδό για περαιτέρω διασταύρωση στοιχείων. Αλλά προς το παρόν για το cfd υπάρχει ακόμα αρκετός δρόμος να διανυθεί, ώστε να πλησιάσει την αεροσύραγγα σαν εργαλείο εξέλιξης. 1.3 Αεροδυναμικά στοιχεία. Οι αεροδυναμιστές καθορίζουν το σχήμα ενός μονοθεσίου και επίσης τον τύπο του κινητήρα που θα χρησιμοποιηθεί. Όταν όλοι οι κινητήρες της Φόρμουλα 1 ήταν V10, η 34

37 γωνία κλίσης μπορούσε να αλλαχθεί, αν ο αεροδυναμιστής ήθελε ένα στενό πίσω μέρος. Αυτός ήταν ένας λόγος που η κλασική γωνία των 90 μοιρών σταδιακά έπεφτε μέχρι και τις 72 μοίρες σε συγκεκριμένες περιπτώσεις. Το γεγονός ότι οι αεροδυναμιστές έχουνε τόση μεγάλη επιρροή, δίνει μία καθαρή ιδέα για το πόσο σημαντικός είναι ο συγκεκριμένος τομέας σχεδιασμού. Στο παρελθόν μία ομάδα θα δημιουργούσε πρώτα τον κινητήρα, μετά το σασί για να ταιριάζει και στο τέλος το εξωτερικό περίβλημα. Για λίγο η διαδικασία αναστράφηκε. Ο αεροδυναμιστής δημιουργούσε το σώμα του μονοθεσίου για να είναι όσο το δυνατό πιο γρήγορο και τα υπόλοιπα μηχανικά τμήματα να προσαρμοστούν σε αυτό το σχέδιο. Μετά όμως το 2006, όπου η FIA επέβαλε τους κινητήρες 2,4 λίτρων V8, δυσκόλεψε ακόμα περισσότερο τους αεροδυναμιστές, καθότι επέμενε ότι η γωνία θα έπρεπε να είναι 90 μοιρών. Αρκετές διαστάσεις στο σασί είναι καθορισμένες από τη FIA, αλλά πέρα από αυτό οι αεροδυναμιστές καθορίζουν το σχέδιο του σασί. Συνήθως όσο λεπτότερο τόσο το καλύτερο, αλλά οι αεροδυναμιστές αποφασίζουν αν το μονοθέσιο θα φέρει κοντό η μακρύ μεταξόνιο. Οι αεροδυναμικές μπορούν να τροποποιούνται κατά τη διάρκεια δοκιμών και αγώνων καθώς τα πτερύγια είναι ρυθμιζόμενα. Το μπροστά πτερύγιο παράγει περίπου το 25% της αρνητικής άντωσης του μονοθέσιου, αλλά αυτό συμβαίνει μόνο όταν ο αέρας είναι μη διαταραγμένος. Όταν βρίσκεται πίσω από ένα άλλο μονοθέσιο, επειδή το μπροστά του κλέβει τον αέρα, το ποσοστό αυτό πέφτει στο 10%. Η τηλεμετρία δείχνει ένα καθαρό ίχνος, όποτε το μονοθέσιο απέχει περίπου στα 200 μέτρα από το μπροστά μονοθέσιο. Το κέντρο βάρους του μονοθεσίου βρίσκεται προς τα πίσω και το μπροστά πτερύγιο πρέπει να παράγει αρκετή αρνητική άντωση για να το εξισορροπήσει το μονοθέσιο, που τότε τείνει να υποστρέφει. Αυτός είναι ο λόγος που συνήθως βλέπουμε κάποιος οδηγός να πιάνει ένα άλλο για να κολλήσει από πίσω του. Η επακόλουθη υποστροφή τον βρίσκει, όταν προσπαθεί να βγει από τη στροφή αρκετά γρήγορα, ώστε να κάνει μια προσπάθεια για προσπέραση. Τα μεταβλητά πτερύγια θα μπορούσαν να αποτρέψουν αυτό το πρόβλημα, αλλά έχουν απαγορευτεί από τα τέλη του 60. Με αποτέλεσμα οι σχεδιαστές να πρέπει να συμβιβαστούν στις επιλογές των ρυθμίσεων των πτερυγίων και οι οδηγοί να ανεχτούν την απώλεια της αρνητικής άντωσης, όποτε πλησιάζουν κοντά σε ένα μονοθέσιο. Γενικά οι ρυθμίσεις των πτερυγίων πρέπει να είναι πιο απότομες, όποτε είναι μία κλειστή πίστα όπως το Monte Carlo και απαιτείται πιο μεγάλη αρνητική άντωση εξαιτίας των πολλών στροφών. Σε μέρη όπως η Barcelona και η Monza χρησιμοποιούνται πιο ομαλές κλίσεις 35

38 των πτερυγίων, για να μειώσουν την οπισθέλκουσα και να αυξήσουν την ταχύτητα των ευθειών. Όπως είπε και ο πρώην σχεδιαστής της BMW Gavin Fischer: Το σωστό ρύθμισμα των πτερυγίων είναι πάντα ανάλογο με την πίστα. Αν αυτή είναι πολύ απότομη, η μέγιστη ταχύτητα στις ευθείες θα είναι μικρότερη. Αν είναι πολύ επίπεδη θα έχουμε πολύ μικρή αρνητική άντωση που μας χρειάζεται στις στροφές. Μία διαμάχη ξέσπασε στις αρχές της σεζόν του 2006, όταν κάποιες εταιρίες παραπονέθηκαν στη FIA, ότι πίστευαν πως κάποιες άλλες χρησιμοποιούσαν εύκαμπτα πτερύγια. Τώρα όλες αυτές οι κατασκευές, μπρος και πίσω, πρέπει να έχουν συγκεκριμένο συντελεστή ευκαμπτότητας. Άν τοποθετηθεί σφιχτά, τότε οι επακόλουθες δονήσεις του μονοθεσίου μπορούν εύκολα να τις σπάσουν, οπότε ένας βαθμός ευκαμπτότητας είναι απαραίτητος. Το συγκεκριμένο φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί με μία από τις κάμερες του μονοθεσίου, όταν αυτό εισέρχεται σε μία στροφή. Αλλά αυτό που οι παραπονούμενοι έλεγαν ήταν ότι η γεωμετρία των πτερυγίων άλλαζε στις μεγάλες ταχύτητες. Όπως είναι η Φόρμουλα 1 σήμερα τέτοια πράγματα είναι δύσκολο να μετρηθούν. Η FIA ερεύνησε τα πτερύγια, αλλά δεν μπορούσαν να βρουν κάτι λάθος. Για να αποδειχτούν οι κατηγορίες, έλεγξαν τις μετρήσεις της ταχύτητας στην ευθεία για να καταγράψουν τον ήχο του κινητήρα και να τον συγκρίνουν με αυτές ως προς ένα βασικό μοντέλο. Μία διάσημη σύγκριση ήταν ανάμεσα στη Ferrari και τη Red Bull Racing καθότι και οι δύο χρησιμοποιούσαν τον ίδιο κινητήρα. Από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν η Ferrari έμοιαζε να είναι ικανή να λυγίσει τους νόμους της φύσης με το να κερδίζει τελική ταχύτητα εκεί, που οι δυνάμεις της οπισθέλκουσας κρατούσαν το μονοθέσιο της Red Bull Racing. Οι εύκαμπτες επιφάνειες δεν είναι κάτι καινούργιο στους αγώνες. Παλαιότερα, το 1986 στο Μεξικό η Lotus με οδηγό τον Ayrton Senna στο 86Τ μπήκε σε πολλές φασαρίες, όταν την κατηγόρησαν ότι το δάπεδο ήταν ιδιαίτερα εύκαμπτο, ώστε να πλησιάζει περισσότερο το έδαφος σε μεγάλες ταχύτητες, με αποτέλεσμα να αποκτά μεγαλύτερη αρνητική αντωτική δύναμη. Τώρα, χάρη στην υπολογιστική ρευστοδυναμική μοντελοποίηση (cfd) και στην ειδική ανάλυση στοιχείων (fea) είναι δυνατό να το πραγματοποιήσουν αυτό με μεγάλη ακρίβεια και να παραμένουν με άνεση ανάμεσα στα περιθώρια ελαστικότητας των υλικών που χρησιμοποιούν. Ο τρόπος με τον οποίο ένα εύκαμπτο πτερύγιο δουλεύει, είναι με το να στρέφεται προς τα πίσω, αφού η ένωση είναι στο κέντρο σε υψηλές ταχύτητες (πάνω από 250 χαω) με αποτέλεσμα να μειώνει την προσπίπτουσα γωνία. Αυτό μειώνει την οπισθέλκουσα και 36

39 αυξάνει την τελική του ταχύτητα, αλλά όταν μειώνεται η ταχύτητα για την επόμενη στροφή, το πτερύγιο, εξαιτίας της ευκαμπτότητας, επαναφέρεται στην αρχική γωνία αποκτώντας αρνητική άντωση ξανά. Ένας άλλος τρόπος για την απόκτηση πλεονεκτήματος από την ευκαμπτότητα των δομικών στοιχείων είναι να υπάρχουν πίσω επάνω αεροτομές, που μπορούν να καμφθούν μαζί σε πολύ υψηλές ταχύτητες. Το 2006 επιτράπηκε στις ομάδες να έχουν μόνο δύο πίσω στοιχεία στις πάνω αεροτομές. Συνήθως αυτά τα στοιχεία έχουν μικρούς διαχωριστές στο κέντρο, για να εξασφαλίσουν ότι μένουν μακριά και ότι διατηρείται η ροή από το κενό. Οι αντίπαλοι είπαν ότι η Ferrari αρνιόταν να τοποθετήσει διαχωριστές, καθώς στις μεγάλες ταχύτητες αυτό το κενό μειωνόταν, με αποτέλεσμα να μειώνεται η οπισθέλκουσα και να αυξάνεται η τελική ταχύτητα. Στην Imola οι ομάδες απέδειξαν ότι η Ferrari ήταν κατά 7χαω ταχύτερη στην ευθεία από τους αντίπαλους. Τελικά η FIA ενέργησε σαν ανώτερος και επέβαλε τον Ιούνιο του 2006 στο Καναδικό Γκραν Πρι σε όλες τις ομάδες να έχουν διαχωριστές ανάμεσα στις πίσω αεροτομές, για να τα αποτραπεί η κάμψη τους σε μεγάλες ταχύτητες και να έχουν μείωση της οπισθέλκουσας. Τα αεροδυναμικά στοιχεία έχουν τις εξής επιρροές: Εμπρός πτερύγιο. Το εμπρός πτερύγιο παίζει σημαντικό ρόλο. Για παράδειγμα σε ταχύτητες πάνω από 300 χαω παράγει 560 κιλά αρνητικής άντωσης. Αυτό σημαίνει, ότι οκτώ άντρες θα μπορούσαν να σταθούν πάνω του, χωρίς να προκαλέσουν κάποια ορατή παραμόρφωση. Το εμπρός πτερύγιο είναι τοποθετημένο κάτω από το ρύγχος σε δύο κάθετους βραχίονες και παράγει το 25% της συνολικής αρνητικής άντωσης. Μία βελτίωση, που παρουσιάστηκε το 2003, ήταν το διακριτικό πτερύγιο σε σχήμα W στη McLaren με το ΜΡ4/18, που συνεχίστηκε το 2004 στο ΜΡ4/19 και είναι διάσημο μέχρι σήμερα. 37