Специальные автомобили (гоночные автомобили)

 

1. Исторический очерк

 

Первый период существования автомобилей (1885-1900 г.) характеризуется исключительным разнообразием принципов их устройства. Кроме ДВС на автомобилях применялись паровые машины, электродвигатели, пневмодвигатели.

В 1894 г. было организовано 1-е автомобильное состязание Париж-Руан-Париж. В них приняли участие 102 автомобиля: 38 бензиновых; 29 паровых; 5 электрических; 5 пневматических; 25 других. Это были не гонки. Устанавливалась средняя скорость 12,5 км/ч. 1-й приз: «Панар Левассар» и «Пежо».

1895 г. – первые гонки Париж–Бордо–Париж. 46 автомобилей: 29 бензиновых; 15 паровых; 2 электрических. Средняя скорость 24 км/ч. 1-е место «Панар Левассар». С этого момента количество гонок начало расти и сейчас их проводится тысячи. В 1895 г. был учрежден первый «Автомобильный клуб Франции (ACF)». Благодаря нему Франция до 1914 г. оставалась центром автоспорта. Автомобили делились по количеству пассажирских мест, технические данные не учитывались. Нередко гонщики проезжали через города, следуя за лидером – велосипедистом, который хронометрировал время проезда не принимавшееся в расчет в гонке.

Что из себя представляли автомобили того времени?

1886 г. – 29 января Карл Бенц получил в Германии патент на «экипаж с приводом от газового двигателя». Даймлер оснастил каждый экипаж ДВС.

1887 г. – датчанин Хаммел построил автомобиль с двухцилиндровым двигателем.

1889 г. – Париж. 1-я в мире автомобильная выставка.

1890 г. – Даймлер основал 1-ю в мире автомобильную фирму.

1891 г. – «Панар Левассар» выпустил автомобиль классической компоновки. Французский инженер Фернан де Форе построил 4-х цилиндровый бензиновый мотор. Осенью этого же года «Панар Левассар» впервые появился в России.

1892 г. – немецкий инженер Вильгельм Майбах создал 1-й распылительный карбюратор.

1894 г. – Рудольф Дизель продемонстрировал в работе двигатель с воспламенением от сжатия. На французских автомобилях «Вашерон» применено рулевое колесо. «Бенц» построил автобус на 8-мь мест. «Даймлер» – разработал КПП с надвижными шестернями и передачей заднего хода. Завод «Де Дион Бутон» (Франция) построил седельный тягач.

1895 г. – Эдуард Мишлен провел испытания пневматических шин на автомобиле «Молния».

За последующие 10 лет после начала автомобильных гонок мощность двигателей увеличилась в 28 раз, средняя скорость в 5 раз, снизилась удельная масса автомобилей в 35 раз (с 250 кг/л.с. до 7 кг/л.с. в 1906 г.). Это было «золотое» десятилетие автомобилей.

1896 г. – в России построен первый автомобиль Яковлева и Фрезе. В Америке Генри Форд испытал свой первый автомобиль.

1897 г. – немецкий инженер Роберт Бош разработал систему электрического зажигания с прерывателем. Завод «Греф-Шторт» (Австрия) выпустил переднеприводный автомобиль. Завод «Морс» (Франция) изготовил V-образный 4-х цилиндровый мотор.

1898 г. – француз Луи Рено применил прямую передачу в КПП и карданный вал. «Даймлер» построил первый грузовик. «Reno» и «Опель» начали выпуск автомобилей. В России под Петербургом проведены первые автомобильные соревнования.

1899 г. – инженер Романов демонстрировал в Петербурге свои электромобили. Начат выпуск автомобилей на заводе «FIAT» (Италия), «Лейтнер» (Россия).

1900 г. – Фердинанд Порше на электромобиле применил мотор-колесо. Во Франции состоялись автомобильные кольцевые гонки (г. Мелун). Начали строить специальные гоночные автомобили.

1901 г. – на автомобилях «Олдсмобил» (США) впервые применен спидометр.

1902 г. – В Петербурге стал выходить журнал «Автомобиль». Завод «Шарон-Жирардо-Вуа» (Франция) построил броневик и рядный 8-ми цилиндровый двигатель. Англичанин Фредерик Ланчестер построил автомобиль с дисковыми тормозами. Компания «Дайлон» (Англия) начала делать шины с протектором.

1903 г. – Завод «Снайпер» (Голландия) построил полноприводный автомобиль (4х4). Завод «Фуйярон» (Франция) предложил автоматическую ременную трансмиссию. Завод «Адлер» (Германия) запатентовал подвеску типа «качающиеся полуоси». Начали выпуск заводы «Форд» и «Бьюик». На гонках «Париж–Мадрид» средняя скорость превысила 100 км/ч.

1904 г. – на автомобиле «Делоне-Белльвиль» (Франция) применили двигатель со смазкой деталей под давлением. Заводы «Фатор» (США) приступили к выпуску автомобилей с пневматическим приводом тормозов. Проведено первое «Авторалли» (Германия) – трофей Геркомера. В Париже основана Международная автомобильная федерация (ФИА).

1905 г. – В Петербурге завод «Лесснер» изготовил партию автомобилей конструкции Луцкого.

1906 г. – Фредерик Мариотт (США) установил рекорд скорости 200 км/ч на паровом автомобиле «Стенли».

В это же время на гоночных автомобилях появляются дифференциал, амортизаторы, двухконтурные тормозные системы (гоночный автомобиль «Бродье»).

До 1908 г. во многих автомобильных гонках применялись ограничения массы автомобиля до 1000 кг. Французские автомобили были синими, английские – зелеными, германские – белыми, итальянские – красными, остальные из комбинаций цветов. Такая окраска сохранялась десятилетиями. Максимальная скорость достигала 150 км/ч.

В 1907 г. АКФ ввел гоночную формулу, основанную на ограничении расхода топлива. Норма была 30 л / 100 км. Это заставило уменьшить литраж двигателей с 12-15 литров. К этому времени относится начало применения 4-х клапанных головок высокого напряжения на свечи, 2 распределительного вала. Характерно, что 4-х клапанные головки и 2 распределительных вала сохранились до сих пор как атрибут гоночного автомобиля. В 1912 г. 14 литровый «FIAT» был автомобилем с цепной передачей, участвующим в гонках Большого приза; победил кардан. В 1913 г. ограничение расхода составил 20 л / 100 км. Гоночная формула 1914 г. имела основные факторы рабочий объем 4,5 л. и массу 1100 кг. Победил «Mercedes» с тормозами на всех колесах. После войны в 1921 г. гонки на Большой приз (Grand Prix) АКФ возобновились. Сейчас автомобили типа GP называют автомобилями формулы 1.

До 1925 г. действовало ограничение на литраж – 2 л и масса 650 кг. Еще в 1907 г. американец Ли Чэдвик построил гоночный двигатель с наддувом. Это позволило повысить литровую мощность с 25 по 100 л.с. и частоту вращения с 3000 до 7000 об/мин.

Мировой кризис 1929 г. подорвал финансовую базу автопромышленности что обусловило введение свободной формулы (formula libre). Однако с 1934 г. ввели опять ограничения массы (750 кг).

В этом периоде введена независимая подвеска колес, обтекаемый одноместный кузов, скорости возросли до 300 км/ч. К 1939 г. для двигателей с наддувом удельная мощность возросла до 160 л.с./л.

После 1945 г. продолжалась борьба наддувных и безнаддувных двигателей формулы 1. Мощность в 1951 г. возросла до 300 л.с./л, стали вводить двухступенчатый наддув, это оттолкнуло из-за чрезмерной сложности многие заводы и количество автомобилей в GP стало сокращаться.

Это заставило ФИА ввести формулу 2 для автомобилей с двигателем 0,5 л с наддувом и 2 л с наддувом.

С 1954 по 1960 г. действовали правила, по которым допускались автомобили с двигателями 2,5 л без наддува и 0,75 л с наддувом (F1). В это время двигатели стали устанавливаться перед задней осью.

В 1961-66 г. ФИА уменьшила допустимый объем двигателя до 1500 см³ без нагнетателей (масса 450 кг).

В 1966-79 г. опять ввели 3 л без наддува. Мощности подскочили до 500 л.с., появились сверхширокопрофильные шины, антикрыло. Быстроходность двигателей возросла до 9-12 тыс. об/мин., среднее эффективное давление в цилиндре возросло до 1,4 МПа (3,0 с наддувом).

С 1980 г. опять сокращение литража и мощности (без наддува).

 

 

Сейчас гоночные автомобили F1 GP строят небольшие специализированные фирмы Феррари, Лотос, Мак Ларен, которые входят в гигантские автомобильные концерны.

По формуле 1 допускаются автомобили до 3 л и массой 575 кг, с двигателем ГТД и числом цилиндров до 12.

F2 – до 2 л, 6 цилиндров, 500 кг.

F3 – использование блока и головки цилиндров от серийных двигателей, выпускаемых не менее 5000 шт. в год, масса ³ 440 кг.

 

2. Автомобильные гонки

 

Автомобильные гонки делятся на:

1) Дорожные гонки;

2) Трековые гонки;

3) Горные гонки;

4) Рекордные заезды.

 

1) Дорожные гонки типа Grand Prix длиной 300-320 км. Длина круга около 20 км или меньше. В Чемпионат мира входят 12-17 гонок утвержденных ФИА. Это GP Франции, Монако, Испании, Японии, США и т.д. Участвуют автомобили формул 1, 2, 3.

2) Трековые гонки. Длина трека 1,5-4 км. Дистанция от 160 до 800 км. Характерные большие виражи. Распространены в США, где есть соответствующие автодромы. В Европе лучший трек в Монца (Италия): виражи до 38°, скорость 300-350 км/ч.

3) Горные гонки проводят по незамкнутому маршруту 1-20 км, скорость до 150 км/ч.

4) Рекордные заезды. Регистрируются рекорды на дистанциях от 0,4 до 100000 км. Международной классификацией предусмотрено 11 классов автомобилей от А (³ 8 л) до К (0,25 л). Рекорды для дизелей и ГТД регистрируют отдельно.

С 1964 г. регистрируются рекорды для реактивных двигателей на соляных озерах (штат Юта).

В 1970 г. превышен рубеж 1014 км/ч

У нас строятся рекордные автомобили нескольких классов.

«Пионер» – автомобиль с 2-мя двухступенчатыми газовыми турбинами по 70 л.с. каждая. Масса 470 кг (для класса до 500 кг).

ХАДИ-9 –конструкция В. Никитина.

«Звезда» – НАМИ.

Эти автомобили относятся к рекордным и отличаются от дорожно-гоночных закрытыми колесами.

Особую группу составляют дрегстеры – автомобили для гонок на короткие дистанции (400 или 800 м). Для них характерна большая загрузка (³ 80%) задней оси. Ускорения до 20 м/с².

Гоночный автомобиль спроектирован специально для гонок и непригоден для обычной эксплуатации.

Спортивный автомобиль – автомобиль с повышенными динамическими качествами, позволяющими эксплуатировать его в обычных условиях.

 

3. Особенности конструкции

 

Двигатель:

Характеризуется высокой частотой вращения 10-12 тыс. об/мин, высокой степенью сжатия e» 12. Шатровая форма камер сгорания. Наддув осуществляется как механическими нагнетателями, так и турбонаддувом (Порше-918). Литровая мощность без наддува 150-180 л.с./л, с наддувом до 400 л.с./л (Форд). 4-х клапанные головки, 2 кулачковых вала, непосредственный впрыск топлива (Мазерати, Альфа-Ромео). Шатуны изготавливают из титановых сплавов. Подшипники часто заливают серебром.

Безконтактная транзисторная система зажигания. Для запуска двигателей дорожно-гоночные автомобили имеют стартер, для трековых применяют переносные стартеры.

 

Шасси:

Трансмиссия комплектуется вблизи центра тяжести для уменьшения момента инерции. Сцепления применяют одно- и многодисковые, сухие с диафрагменной пружиной. КПП – 5, 6 ступеней без синхронизаторов, с циркуляционной смазкой в блоке с главной передачей.

Трансмиссия механическая. Несущий элемент с усилителями в виде трубчатых элементов (масса 30-50 кг).

Колеса (F1) передние 11-13’’, задние 19-15’’ с одной центральной гайкой для смены колес. Рычажные домкраты позволяют сменить колеса за 30 с.

Шины – Н/В» 0,3. Тормоза – дисковые, часто внутри кузова. J = 12-17 м/с2, АБС. Подвеска – независимая. Рулевое управление с малым передаточным отношением.

 

 

Лекция №7