Avopyörillä varustettu auto ( monopost , single car ) on kilpa-autotyyppi , joka on yksi [1] auto, jonka pyörät on poistettu rungosta . Tämä 1900- luvun alussa ilmestynyt tyyppi on nykyään yksi yleisimmistä kilpa-autotyypeistä.
Tällä tyypillä on kaksi nimeä, jotka osoittavat sen suunnittelun piirteitä - Amerikassa nimi avopyöräinen auto on juurtunut - auto avoimilla pyörillä, kun taas Euroopassa ne osoittavat sen yksipaikkaista muotoilua - monopost ( englanniksi single seter , saksaksi monoposto , italia monoposto , tšekkiläinen monopost ). Amerikassa tällaisten autojen tekniset vaatimukset alettiin rajoittaa erityisiin asiakirjoihin, joita kutsutaan "kaavoiksi". Vähitellen sana "formula" alkoi esiintyä useimpien mestaruuskilpailujen ja monopostisarjojen nimissä, alkaen Formula 1 :stä , -2 :sta ja -3 :sta, mikä antoi aihetta kutsua tällaisia kilpailuja "formulatyyppisiksi kilpailuiksi". Venäjällä sanaa "kaava" käytetään yhä enemmän sellaisiin kilpailuihin osallistuviin koneisiin . Myös Länsi-Euroopassa termi "formula car" on yleistymässä.
Ensimmäiset tämän tyyppiset autot ilmestyivät Yhdysvalloissa 1900-luvun alussa, ja aluksi ne eivät olleet ollenkaan yksipaikkaisia, mekaanikko osallistui kilpailuun kuljettajan kanssa , koska välimatkat olivat pitkiä ja auton luotettavuus. autot olivat alhaalla. Pikkuhiljaa kisat siirtyivät suhteellisen lyhytpituisille suljetuille radoille ja autojen luotettavuus parani, minkä jälkeen mekaanikko siirtyi tien puolelle ja myöhemmin erikoishuoltoalueelle. "Isoilla autoilla" kilpailemisen tulokset alkoivat mennä erityiseen offsetiin, jonka suoritti American Automobile Association. Näin syntyi ensimmäinen mestaruus . Tekniset vaatimukset alettiin pelkistää erityisiin asiakirjoihin, joita kutsutaan "kaavoiksi".
Euroopassa kilpa-ajoa avopyöräisillä autoilla alettiin järjestää 20-luvulla. Uusia autoja kutsuttiin monoposteiksi ja ne alkoivat osallistua arvostettuihin Grand Prix -kisoihin . Vuodesta 1930 lähtien AIACR alkoi tallentaa joidenkin Grand Prix -kilpailujen tuloksia erillisellä siirrolla, mikä loi henkilökohtaisen Euroopan mestaruuden , ja vuonna 1946 perustettiin FIA , joka määritteli monopostien pääluokat - Formula 1, -2 ja -3. Vuonna 1950 järjestettiin maailmanmestaruuskilpailut , jotka pidettiin vuosittain F1-autoilla (poikkeuksena harvinainen vuosi 1952-53, jolloin se pidettiin F2-autoilla).
Nimen mukaan autojen pyörien tulee olla rungon ulkopuolella. Poikkeuksia kuitenkin oli - vuonna 1954 Mercedes F1 -tiimi sääntöjen porsaanreikiä hyödyntäen asetti joihinkin kilpailuihin, enimmäkseen nopeisiin, autoja, joiden pyörät oli peitetty kevyellä korilla. Tulevaisuudessa F1-sääntöjä tarkistettiin, jotta tällaiset tapaukset suljettiin pois.
Myös rungon ulkopuolella on joitain jousituselementtejä . Nyt se on kaksoistukivarsi, jossa on työntö- tai vetotanko (vastaavasti työntötanko ja vetotanko).
Pyörien lukumäärä ei pääsääntöisesti ylitä 4, vaikka 6-pyöräisiä autoja on käytetty - tämä ilmestyi ensimmäisen kerran vuonna 1948 AAA National Championship -sarjassa , vuonna 1976 Tyrrell F1 -tiimi esitteli myös auton kuudella pyörällä, mutta Williamsin F1-joukkueen yritys vuonna 1982 ottaa käyttöön kuusipyöräinen auto joutui kieltoon. Siitä lähtien kaikissa autoissa, joissa on avopyörät, on enintään neljä [2] .
Pyörien sijainti rungon ulkopuolella tekee jarrujärjestelmien jäähdytysilman syötön (sekä lämmitetyn ilman poiston) järjestämisen suhteellisen helpoksi, mikä lisää niiden tehokkuutta.
Moottori oli kuljettajan edessä pitkään ja ajoi taka -akselia potkurin akselin avulla , tavalla tai toisella ohjaamon läpi. Erilaista moottorijärjestelyä - ohjaamon takana, mutta akselivälin sisällä - ehdotettiin 1920-luvulla. Benz & Cie . silmällä Rumpler Tropfenwagen -automallia ja toteutettu metallina vuoden 1923 Benz-Tropfenwagen -mallissa. Myöhemmin tämä järjestelmä kehitettiin Auto Unionin kilpa-autoille , joissa johtajat ja suunnittelijat, jotka olivat aiemmin työskennelleet Benz & Ciellä, olivat johtavissa rooleissa. [3] [4] [5] [6] . Mutta toinen maailmansota keskeytti sen kehityksen, ja sodan jälkeen sitä ei käytetty vähään aikaan. Jälleen tätä järjestelmää sovellettiin jo 1950-luvulla. Ashley Cooper. Vuonna 1961 keskimoottoriset autot debytoivat Yhdysvalloissa, voittivat Indy 500 :n vuonna 1965 , ja siitä lähtien takamoottorista on tullut standardi avopyöräisissä autoissa, lukuun ottamatta , joita käytetään kilpa-ajoon. lika soikeat .
Itse moottorit ovat lähes yksinomaan nelitahtisia mäntä Otto sykliä , vapaasti hengittävä tai ahdettu . Kilpa-ajon ensimmäisinä vuosina moottorit olivat täysin tunnelmallisia, ja ne saavuttivat joskus valtavia iskutilavuuksia , jopa 20-30 litraa. Ensimmäisen maailmansodan jälkeen, kun testattiin mekaanisia kompressoreita , joita itse moottori ohjasi, sitten kisaradoille siirryttyään ne aiheuttivat merkittävän työtilavuuksien (ja siten massan) pudotuksen Euroopassa 1,5-2 litraan, ja 3 litraa Pohjois-Amerikassa. Toisen maailmansodan aikana moottorinrakentajat hallitsivat pakokaasuturbiinien käyttämien turboahtimien tuotantoa , mutta he eivät heti löytäneet tietään kilparadoille. Turboahtimissa oli turbolag - viive pyörähtämisessä, kun moottorin toimintatilat muuttuivat, mikä vaikeutti niiden hallintaa, heikensi niiden luotettavuutta. Pyöriviä vapaasti hengittäviä moottoreita käytetään jälleen laajalti. Moottorinrakentajat kuitenkin selviytyivät turbolagista ensin Yhdysvalloissa, jossa ovaalikilpailut eivät asettaneet suuria vaatimuksia moottorin vasteelle , ja sitten Euroopassa - vuodesta 1977 lähtien Renault - tiimi alkoi käyttää aktiivisesti turboahtimia, jotka olivat aluksi epäluotettavia. Mutta sitten muun muassa turbokompressorimoottoreiden ansiosta hän voitti tittelin ensin joukkueessa ( 1982 Ferrari - tiimillä) ja sitten henkilökohtaisessa kilpailussa ( 1983 Brabham - tiimillä BMW-moottoreilla). Formula 1:ssä alkoi niin sanottu "turboaikakausi", joka kesti vuosikymmenen loppuun asti, jolloin turboahtaminen kiellettiin osana taistelua turvallisuuden parantamiseksi ja joukkueiden osallistumiskustannusten alentamiseksi [7] . Pohjois-Amerikassa CART käytti turbomoottoreita olemassaolonsa loppuun asti vuoteen 2008. 2000 - luvun alussa tekniikan kehitys ja öljyn hinnan nousu johtivat turboahdettujen moottoreiden kysyntään, jotka olivat halvempia ja polttoainetehokkaampia kuin aikaisemmat mallit.
Amerikan mestaruuskilpailuissa tehtiin kokeita dieselmoottoreilla (pitkät soikeat kilpailut suosivat dieseleitä kapealla toiminta-alueella ja pienemmällä polttoaineenkulutuksella ), Fred Agabashian voitti jopa paalupaikan vuoden 1952 Indy 500 -sarjassa [8] . Myös Amerikassa ja Euroopassa on yritetty käyttää kaasuturbiineja. Samanaikaisesti, jos turbiini osoitti kaikki positiiviset ominaisuutensa amerikkalaisissa soikeissa - turbiiniauto melkein voitti vuoden 1967 Indy 500 -kilpailun, jonka jälkeen turbiini kiellettiin - niin Euroopan reiteillä toistuvalla kiihtyvyydellä ja hidastumisella turboviive osoittautui. olla korjaamaton haitta [9] .
Polttoainetta ei pitkään aikaan (Formula 1:ssä vuoteen 1958 asti [10] ) säädelty millään tavalla, mikä johti monimutkaisten alkoholiseosten käyttöön , jotka olivat joskus niin myrkyllisiä, että vaadittiin täydellinen tyhjennys karsinnan lopussa, muuten seuraavan kerran. päivänä moottori vaurioitui toivottomasti. Tällaiset seokset kiellettiin kuitenkin yleisesti ja väistyi "kaupalliselle" bensiinille (oletettiin, että 100 oktaanilukua olevaa bensiiniä löytyy kaupallisesta myynnistä), johon sallittiin tietty määrä lisäaineita (enintään 1 %). . Yhdysvalloissa bensiini 1960-luvulla väistyi vähemmän räjähtävälle metanolille ja 2000-luvulla se korvattiin vuorostaan etanolilla osana taistelua ympäristöystävällisyydestä ja turvallisuudesta (metanoli palaa lähes värittömällä liekillä ja siksi tulipalon sammutus voidaan aloittaa viive ).
Täydentävät energialähteet olivat asialistalla 90-luvun lopulla, kun F1-tiimi McLaren alkoi kehittää jarruenergian talteenottoa , mutta FIA kielsi sen nopeasti, mutta kymmenen vuotta myöhemmin tekniikan ja bensiinin hinnan nousun vuoksi tällaiset järjestelmät olivat jälleen sallittuja. vaikka niiden käyttö rajoittuu korkeiden kustannustensa vuoksi vain huipputason sarjoihin, kuten F1.
Vuonna 2012 luotiin ensimmäinen täysin sähköisten avopyöräisten autojen sarja, Formula E , ja ensimmäinen kilpailukausi oli vuonna 2014. Huolimatta uusimpien tekniikoiden käytöstä, uusien monopostien energiaominaisuudet ovat edelleen paljon huonommat kuin huipputason sarjat, jotka ovat nuoriso "kaavojen" tasolla.
1900-luvun alussa aerodynamiikka ei juurikaan välittänyt massatuotettujen autojen suunnittelijoita, jotka eivät vielä olleet kehittäneet suuria nopeuksia. Noiden vuosien kilpasuunnittelut saavuttivat jo nopeuksia, joissa ilmavirran luonteen vaikutus auton korin ympärillä tuli havaittavaksi, mutta niiden suunnittelijoilla oli melko epämääräinen käsitys aerodynamiikasta: esimerkiksi korille annettiin sikarin muotoiset ääriviivat ja asennetaan sitten täysin avoimeen kulmikkaaseen runkoon , mikä pienensi koko tällaisen rungon virtaviivaistamisen ansiosta saavutettua vaikutusta.
Ensimmäinen maailmansota antoi sysäyksen aerodynaamiselle tutkimukselle, ja 1920-luvun Grand Prix -kilpailun jatkuessa jotkut insinöörit (kuten Ferdinand Porsche) päättivät käyttää pisaran muotoisia, suljetuilla pyörillä varustettuja reiluja runkoja. Samaan aikaan suurimmalla osalla tämän ajanjakson kilpa-autoista oli vielä avoimet pyörät. Niiden luojat lähtivät väärästä olettamuksesta - he uskoivat, että avopyöräisen auton etuosan ( keskiosan ) pieneneminen ilmanvastuksen heikkenemisestä voisi olla merkittävämpi kuin etu huomattavan suuresta keskiosasta. runko, joka peittää kokonaan alustan virtaviivaistuksessa. Jatkotutkimukset osoittivat päinvastaisen kuvan - 50-luvun alussa kävi selväksi, että kehon muodon aerodynaaminen täydellisyys on paljon tärkeämpää kuin sen etuosan koko. Sen jälkeen avopyöräiset autot erottuvat vihdoin omassa luokassaan, ja alustan kokonaan peittävät korit toimitetaan pääosin ennätyskilpa-autojen kanssa, jotka ei ole suunniteltu kilpailemaan keskenään, vaan saavuttamaan absoluuttisesti parhaat nopeusominaisuudet.
1950-luvun puolivälistä - 1960-luvulle lähtien aerodynamiikan vaatimukset on otettu yhä enemmän huomioon kilpa-autoja luotaessa, suunnittelijat yrittävät saavuttaa paitsi vastuksen vähenemisen, kuten ennen, myös lisätä vetovoimaa - kevyet autot eivät voineet ymmärtää . heidän moottoreidensa täyden tehon mutkista johtuen . Monopostit alkavat hankkia yhtä tai toista aerodynaamisia laitteita. Yleisimmät etu- ja takasiivet , jotka painavat auton etu- ja takaosaa vastaavasti tielle. Aluksi, vuosina 1968-1969, siivet kiinnitettiin suoraan jousitukseen korkeilla telineillä ja varustettiin mekanisointilaitteilla, mutta tällaisten rakenteiden epäluotettavuus ( värähtely välittyi suoraan siipiin) johti useisiin vakaviin onnettomuuksiin. joiden siipien koko, rakenne ja kiinnitystapa runkoon olivat rajalliset [11] [12] .
Vuonna 1977 Lotus -tiimi esitteli uuden ratkaisun - maaefektin, joka koostuu ilman pääsyn rajoittamisesta pohjan alle erityisellä rungon muodolla ja sivuilla suojaavilla elastisilla helmillä. Tämä ratkaisu tuli Pohjois-Amerikkaan heti seuraavana vuonna Chapparal -koneilla . 1980-luvun alkuun mennessä F1-autot luopuivat etulokasuojasta, jalostusvoima oli niin suuri, että se vaurioitti vanteita [13] ja sivuvoimat uuvuttivat ajajat tajuttomina. Vähäinen tieto maavaikutuksesta johti sen epävakaaseen toimintaan - kone värähteli pystytasossa. Tämän ilmiön torjumiseksi käytettiin jäykempiä jousitusasetuksia, mikä johti erittäin epämukavaan ajoon. Tämän seurauksena vuonna 1982 Formula 1:n maanpinnan vaikutus kiellettiin turvallisuussyistä - se vaati tiukasti kiinteää korin asentoa, jota ei voitu varmistaa, kun auto hyppäsi esteiden yli ja epätasaisella radalla. Näissä hetkissä pohjan alla tapahtui ilman läpimurto, jossa vetovoima katosi kokonaan, auto irtoaa radasta ja sen hallitsematon liike (mukaan lukien lähestyminen) suorassa linjassa aidoihin. CARTissa maanpinnan vaikutus kesti pidempään , johtuen soikeiden telojen luonteesta, joka ei vaatinut reunahyökkäyksiä auton myöhemmillä pomppauksilla ja paljon sileämmällä pinnalla. Nyt maailmiö puhtaassa muodossaan on kielletty melkein kaikkialla, ja paineen (pääasiallinen panos monopylväiden aerodynamiikkaan) luo diffuusori - avoin kapeneva U-muotoinen puoliputki, joka sijaitsee pohjan takaosassa ja kiihdyttää profiloidun pohjan alle virtaava ilma ( Venturi-ilmiö ). Maaefektin käyttöä pidetään kuitenkin edelleen lupaavana ratkaisuna, mikäli se toteutetaan uudella teknisellä tasolla. Tämä auttaisi varmistamaan autojen suuremman aerodynaamisen vakauden vastustajaa jahtaaessa - monotolpajen korkea aerodynaaminen kuormitus aiheuttaa korkean tason aerodynaamisia häiriöitä, mikä johtaa tiukan takaa-ajon ja ohittamisen mahdottomuuteen. Vuodesta 2018 lähtien Indycarit ovat jälleen hyödyntäneet laajasti maaefektiä [14] .
Avoimet pyörät ovat tärkeä aerodynaaminen elementti - niillä on suuri leveys ja niiden yläreuna liikkuu kohti tulevaa virtausta. Tämän seurauksena ne aiheuttavat vakavia ilmapyörteitä, jotka heikentävät suuresti auton aerodynaamista tehokkuutta ( vastuskerroin saavuttaa 0,65-0,85 [15] ) ja siten niitä ei voida verrata urheiluprototyyppeihin , joissa pyörät ovat kiinni (vastuskerroin). 0, 3-0,4). Valvontaviranomaiset estävät erilaisia yrityksiä sulkea pyörät vastaantulevalta virtaukselta.
Vähätehoisissa monopylväissä sekä sprinttiautoissa (käytetään kilpa-ajoissa lika-ovaaleilla) ei välttämättä ole aerodynaamisia elementtejä ollenkaan - ne kehittävät nopeudet eivät ole niin suuria, mekaanisen pidon tarjoavat täysin renkaat (sprinttiautojen tapauksessa erittäin leveä).
Yksipylvään rungolla on vähimmäispoikkileikkaus, jotta se peittää vain luotsin. Vuodesta 1962 lähtien Lotus F1 Team (malli 25) on omaksunut uuden runkorakenteen, jossa on käytetty monokokkeja , jäykkiä tilarakenteita, jotka kestävät paremmin vääntöä ja iskuja. Samaan aikaan ratsastaja muutti asentoaan ohjaamossa - hän ei enää istunut enemmän tai vähemmän suorassa, vaan otti melkein makuuasennon. Tämä ei ainoastaan vähentänyt vastusta, vaan myös paransi ylikuormituksen sietokykyä [16] . 1980 -luvun ensimmäisellä puoliskolla Formula 1:ssä ilmestyi hiilikuitumonokokki , joka levisi sitten laajasti kaikkiin muihin sarjoihin. Monokokissa on ohjaamo - avoin ohjaamo (vaikka pilottia on yritetty sulkea ja tehdään edelleen useita [17] , ja putkimaisia tilakehyksiä käytettäessä ohjaaja sijaitsee erityisessä turvakapselissa ( rullahäkki )). Välittömästi ohjaamon takana on turvakaari , joka on suunniteltu ottamaan iskuja auton kaatuessa, usein kaari on integroitu ylempään ilmanottoaukkoon , joka sijaitsee ohjaajan pään yläpuolella, jotta moottori saa häiriöttömän ilmavirran sekä dynaamisen moottorin tehostus [18] . Etujousitus ja etuosan aerodynaamiset elementit on kiinnitetty monokokkiin edessä, moottori, johon vaihdelaatikko on kiinnitetty , ja takajousitus sekä takaosan aerodynaamiset elementit. Voimalaitos ei kuitenkaan aina sisälly korin voimarakenteeseen, vaihtoehtoja on myös rungossa olevalla moottorilla, johon on kiinnitetty takajousitus ja aerodynaamiset elementit. Vuodesta 1970 lähtien Lotus F1 -tiimi on sijoittanut jäähdyttimiä sivuponttoneihin , mikä mahdollisti auton nokan aerodynaamisesti tehokkaimman muodon, maavaikutuksen tapauksessa myös moottorin ilmanottoaukot sijaitsevat siellä, mikä mahdollistaa takasiipi toimimaan häiriöttömässä ilmavirrassa. Amerikan mestaruuskilpailuissa käytetyt etumoottoriset roadsterit ovat rakenteeltaan epäsymmetrisiä, mikä johtuu ovaalikilpailun ominaisuuksista, ja käännökset ovat vain vasemmalle - erityisesti osa tai kaikki yksiköt on siirretty vasemmalle kompensoimaan epäsymmetrisiä rengaskuormia.
Ajo, riippumatta moottorin sijainnista, tehtiin useimmiten takana, vaikka Indycar-sarjassa yritettiin käyttää etuvetoisia autoja ( painopisteen vähentämiseksi ) ja nelivetoa käytettiin sekä Indycarissa että Formula 1:ssä. Vaihteen vaihto on aina manuaalinen, vaikka jälkimmäisessä Samaan aikaan Formula 1 , joissa oli ohjauspyörän kytkinpainikkeet ja siipivaihtimet [19]peräkkäiset puoliautomaattiset vaihteistot:een vuonna 1989 .
Avopyöräisillä autoilla on tyypillisesti suorituskykyluokissaan kevyin kilpa-auto ja suurin tehopitoisuus niiden painoisten autojen joukossa. Yksipylväiden massat ovat välillä 455-700 kiloa ja teho voi nousta ja ylittää 1000 hevosvoimaa . Tämä yhdessä korkean aerodynamiikan kanssa tekee niistä kaikkein kykenevimmän kaarrekiihtyvyyteen ja tekee niistä nopeimman kaikista kilpa-autoista.
Prototyypit eroavat periaatteessa vain suljetuista pyöristä, ja siksi teoriassa ne voivat saavuttaa myös tällaisen dynaamisen suorituskyvyn, mutta tällä hetkellä tällaisia autoja käytetään vain kestävyyskilpailuissa , eikä niitä siksi voida verrata monoposteihin nopeudessa [20] . Samalla monopostauksesta on mahdollista rakentaa prototyyppi asentamalla siihen pyörät peittävä kevyt runko - näin rakennettiin Can-Am prototyyppejä 70-luvun jälkipuoliskolla.
Monoppiloiden korkeat dynaamiset ominaisuudet asettavat kovempia vaatimuksia lentäjien fyysiselle koulutukselle . Myös avoimilla pyörillä varustettu auto antaa pienen edun, koska lentäjän on helpompi rakentaa liikerata, koska hän näkee auton pyörät. Lisäksi ohjaaminen vaatii enemmän huolellisuutta, monopylväät eivät käytännössä pysty kantamaan koskettimia vaurioitta ja pyörän välinen kosketus on erittäin vaarallista, koska toinen autoista voi nousta ja kaatua.
Avopyörät voivat rakentaa ne itse (kuten Formula 1 -maailmanmestaruuskilpailuissa) tai ostaa kolmannen osapuolen valmistajalta (useimmissa muissa tapauksissa). Nykyaikaiset monopostien valmistajat:
Avopyöräisiä autoja käytetään lähes yksinomaan päällystetyillä radoilla - kiinteillä, tilapäisillä tai soikeilla radoilla - ratakilpailussa . Sprinttiautoja ja midjetejä käytetään kilpa-ajoissa lyhyillä cinderradoilla. Myös muista sarjoista poistettuja monopylväitä voidaan käyttää mäkikiipeilykilpailuissa .