Steward
Vaszilykó Péter
DIGITÁLIS MAGAZIN Pontállások Versenynaptárak JOHNNYBET
2020. december 5. szombat
F1

F1 2014: A technikai szabálymódosítások ismertetése

A Formula-1 2014-es idénye kétségtelenül újabb jelentős korszakváltásnak minősül majd, hasonlóképpen a 2009-es évhez, amikor az FIA bevezette a jelenleg is használatos azon aerodinamikai módosításokat, amelyeknek köszönhetően a versenyautók sok-sok éven keresztül megszokottá vált külső megjelenése alapvetően megváltozott, a Frmula1TechBlog jóvoltából most megismerhetjük a 2014-es módosításokat...



Mint ismeretes, a következő évben egy teljesen új motorformulának kell majd megfelelnie minden egyes csapatnak, vagyis a jelenleg használatos 2.4 literes V8-as szívómotorok helyett 1.6 literes, hathengeres, 500bar maximális nyomású, közvetlen üzemanyag befecskendezéses, Energia Visszanyerő Rendszerrel (ERS) kiegészített turbómotorok hangjától lesznek majd hangosak a versenypályák. Még mielőtt azonban részleteiben említésre kerülnének a turbókorszak beköszöntével szorosan összefüggő szabálymódosítások, érdemes megnézni milyen egyéb változásra kell felkészülnie a csapatoknak, a pilótáknak és a sport szurkolóinak egyaránt.

(Mindazonáltal, hogy a bejegyzésben lévő technikai részletek már korábban, a blog más bejegyzéseiben többé-kevésbé közlésre kerültek, mindenképpen érdemesnek tartom egybefüggően, a könnyebb áttekinthetőség kedvéért egyetlen egy csokorba fűzve megjeleníteni a jelenleg érvényben lévő, 2014-ben bevezetni kívánt technikai szabályváltozásokat)

Az autók aerodinamikáját és szerkezeti kialakítását érintő változások 

A 2014-es évben alacsonyabbra kerül majd a versenyautók orrkúpjának végződése

 Mint ismeretes, az FIA a 2012-es évre a versenyautók orrkúpjának kialakításával kapcsolatban egy teljesen új szabályzatot léptetett érvénybe. Meghatározták az orrkúp és a biztonsági cella között található válaszfal keresztmetszetének megengedett méretét, amely 275mm-es magasságban (ez a méret az orr és a pilótafülke találkozásánál 400mm) és 300mm-es szélességben készülhetett el. Ennek a területnek a méretkorlátozása természetesen korábban is jelen volt a Formula-1-ben, és a mérnökök úgy próbáltak ezen a részen minél jobb aerodinamikai hatásfokot elérni, hogy egyedileg változó nagyságú rádiuszokat alakítottak ki a karosszériaelemek élei mentén.

Az F1-es versenyautó orr-részének kialakítása jelentős mértékben befolyásolja a konstrukció elülső részének menetjellemzőit. Kihatással van az autó aerodinamikai teljesítményére, és a még magasabb tömegközéppont ellenére is jobb stabilitást tud eredményezni. A viszonylag széles és lapos orrkúpra vonatkozó módosított előírások alapján tehát az orrkúp és a referencialemez közötti távolság maximuma 550mm lett, míg a válaszfal mögötti terület magassága továbbra sem haladhatta meg a 625mm-es határértéket.

A 2012-es évben bevezetett, és az idei szezonban is alkalmazott direktívák hátterében a Nemzetközi Automobil Szövetség azon törekvése állt, hogy a magasabb építésű orrburkolatok száműzésével csökkentik az úgynevezett ráfutásos balesetek kialakulásának esélyét, továbbá az oldalirányú ütközések során csökkenteni kívánták a pilóta fejsérülésének lehetőségét.

A versenyautók legtöbbje esetén az előzőekben megadott paraméterek teljesülése érdekében egy töréspontot tartalmazó, lépcsős orrkúpok jelentek meg. Azok, akik ezt a fajta kivitelt választották, igyekeztek minél magasabban tartani az autók orr-részének pilótafülke előtti szakaszát, többek között a padlólemez aerodinamikai hatékonyságának fokozása céljából. Az új dizájn azonban a csapatok között is megosztotta a lépcsős kialakítással kapcsolatos véleményeket, ezért az FIA a 2013-as évre engedélyezte, hogy egy kiegészítő burkolati elemmel elrejtsék azt. A kiegészítő, vagy más néven kozmetikai panel segítségével tehát a csapatoknak lehetősége van arra, hogy az orr-rész magassági kritériumai miatt létrejött szintkülönbséget kiegyenlítsék, és segítségével folyamatos vonalvezetésű, ívelt orrkúp megjelenését keltsék.

A 2014-es évre összeállított új technikai szabályok értelmében az orrkúp végződését 185mm-es magasságban lehet majd kialakítani, amely meglehetősen alacsony pontra ívelő orrkúpokat fog majd eredményezni. Ezzel együtt változik az orrkúp és a referencialemez közötti távolság maximuma is, amely a jelenleg érvényben lévő 550mm helyett 525mm lesz. Ennek köszönhetően valamelyest csökkenni fog az orrkúpok többségén jelenleg látható szintkülönbség nagysága. Mindezek mellett pedig a válaszfal mögötti terület magassága továbbra sem haladhatja majd meg a 625mm-es határértéket. 

A következő szezonban a 2013-as specifikációtól eltérően rövidebb, 1.650mm hosszú első légterelő szárnyakat lehet majd használni

Az új dizájn azonban hátrányosan fogja majd érinteni az autók orrkúp alatti területét, amely az alacsony orrkúpnak köszönhetően veszíteni fog aerodinamikai hatékonyságából. A szabályzat azonban továbbra is engedélyezni fogja a kozmetikai panel használatát, amely némiképp növelni fogja majd az autó elülső részét, némiképp befolyásolva ezzel annak aerodinamikai karakterisztikáját.

Az FIA által összeállított szabálymódosítás alapján az első kerék tengelyvonala előtt lévő karosszériaelem, vagyis a versenyautók első légterelő szárnyának szélessége nem lépheti túl az 1.650mm-es értéket, vagyis az első légterelő szárny jelenlegi, az autó szélességével megegyező 1.800mm-es hossza 1.650mm-re fog csökkenni. A szűkebb kialakítású első szárny pedig a jelenleg látható megoldásokkal ellentétben jóval egyszerűbb kivitelű véglezáró lemezeket fog kapni.

A csapatoknak a 2014-es évben új oldalsó gyűrődési zónát kell majd kialakítani. A módosítás hátterében az FIA azon törekvése áll, hogy a jelenleg alkalmazott műszaki megoldással ellentétben olyan megoldást vezessenek be a Formula-1-be, amely az autó oldalát rézsútos irányban érő ütközések esetén nagyobb védelmet lesz képes biztosítani a monocoque-ban helyet foglaló pilóta számára.

Az új védelmi rendszernek a kidolgozása az FIA Institute szakembereinek és az F1-es csapatok szoros együttműködésével fog megvalósulni. A jelenlegi vizsgálati eredmények ugyanis azt mutatják, hogy a 2013-as évben az autókban alkalmazott oldalsó gyűrődési zónák rézsútos irányban érkező erőhatásokkal szembeni hatékonyságát növelni kell. A tesztek során alapvetően kétféle szerkezeti kialakítást tettek próbára: a szénszálas kompozit anyagból készített csövek mellett a "gyűrődésre" képes, szintén szénszálas kompozit anyagból összeállított szendvicspaneleket is beépítettek.

A töréstesztek során az új védelmi rendszer a versenyautó hosszanti szimmetriatengelyére merőleges és rézsútos irányban elvégzett vizsgálata esetén egyaránt közel 40kJ energiát volt képes elnyelni. Az új kialakítású oldalsó gyűrődési zóna egyúttal a költségek szempontjából is megtakarítást jelent majd a csapatoknak, mivel az a karosszériába integrált egységként lesz értelmezve, vagyis az oldalsó gyűrődési zónára vonatkozóan nem kell majd külön töréstesztet elvégeznie az FIA szakembereinek.

Aerodinamikai szempontból további változásként szerepel majd, hogy a versenyautók hátsó légterelő szárnya a jelenleginél keskenyebb, vagyis rövidebb szelvényhúrral rendelkező főprofilt kap majd, mindamellett, hogy a hátsó gyűrődési zóna felett a csapatoknak el kell hagyni az úgynevezett rúdszárnyat.

Az első kerék tengelyvonala előtt, valamint a versenyautó tengelyvonalától számított 750"825mm között a tervezett terület oldalról nézve nem lehet 95.000mm2-nél kisebb. A karosszéria minden egyes metszéspontját tekintve az oldalsó függőleges vagy vízszintes elhelyezésű aerodinamikai elemeknek egy összefüggő vonalban kell majd elhelyezkedni.

A hátsó kerék tengelyvonala mögött 150mm-nél távolabb, a versenyautó tengelyvonalától 75"355mm között és a referenciasík felett 150"750mm között nem lehet elhelyezni egyetlen egy karosszériaelemet sem.

Az autó minden egyes rugalmas eleme, amely a referenciasík felett 200mm-nél kisebb távolságban, az első kerék tengelyvonala előtt 450mm és a tengelyvonal mögött 325mm között helyezkedik el, szimmetrikusnak kellene lennie a versenyautó tengelyvonalára.

Az első kerék tengelyvonala mögött 330mm-re lévő képzeletbeli vonal és a pilótafülke belépő nyílása előtt lévő 450mm-es határérték között a karosszéria széleinek az autó tengelyvonalához képest 600mm-nél közelebb kell lenni, ha az autót alulról nézzük, és a karosszéria éle mentén kialakított rádiusz maximálisan 50mm-es lehet.

A versenyautó jelenleg megengedett 642kg-os minimum tömegét a 2014-ben bevezetésre kerülő új hajtáslánc alkalmazása miatt 690kg-ra módosította az FIA, szemben az előzetes tervekben szerepelt 660kg-os, majd a későbbiekben meghatározott 685kg-os értékekkel. Mindezek mellett pedig a motor és az Energia Visszanyerő Rendszer (ERS) együttesen vett legkisebb súlya 155kg-ban lett meghatározva (jelenleg az autó motorjának minimum súlyhatára 95kg-ban van limitálva). 

A kipufogórendszer egy közös kiömlő nyílással kell, hogy rendelkezzen majd a 2014-es versenyautókon, szemben a W04-es konstrukción is alkalmazott Coanda-kipufogóval

 Az 1.6 literes turbófeltöltővel ellátott V6-os motorokból távozó égéstermék egyetlen egy kivetető nyílást tartalmazó kipufogócsövön keresztül fog majd távozni. A kipufogórendszer végződését illetően az FIA úgy határozott, hogy annak 170"185mm-rel a hátsó tengelyvonal mögött, és 350"500mm-rel a padlólemez felett kell majd lennie.

A kipufogórendszer végződését kör keresztmetszetben kell kialakítani, amelynek az utolsó 150mm-es hossza a vízszinteshez viszonyítva 5°-kal felfelé fog irányulni. A kipufogórendszer új kialakításából adódóan annak aerodinamikai célokra történő felhasználása meglehetősen szűk határok közé lett szorítva. Éppen ezért a kipufogórendszer végződését követően nem lehet majd semmiféle karosszériaelemet elhelyezni, vagyis ezen a területen nem lehet kialakítani semmiféle olyan légterelő elemet, amellyel közvetlen módon befolyásolni lehetne a hátsó légterelő szárny, vagy akár a diffúzor aerodinamikai hatékonyságát.

A kipufogórendszer végződését illetően annyi engedményt tett az FIA, hogy azt a versenyautó hosszanti szimmetriavonalától maximálisan 100mm-es távolságban lehet majd elhelyezni. Ennek a hátterében többek között az áll, hogy a csapatok továbbra is alkalmazni tudják a jelenlegi rúdszárnyak középső részén, a versenyautó hosszanti szimmetriatengelyéhez képest mindkét oldalra 75-75mm-rel kinyúló extra légterelő idomhoz hasonló, szaknyelven Y75 névvel rendelkező elemet. Ezt viszont a rúdszárny mellőzése mellett tehetik majd meg, vagyis a jelenlegi műszaki megoldástól eltérő módon.

A kipufogórendszer fentiekben ismertetett módon történő kialakításával az FIA meg kívánja szüntetni a 2013-as szezonban is alkalmazott azon megoldást, amikor a csapatok a kipufogógázokkal befolyásolni tudják a diffúzor és/vagy a hátsó légterelő szárnyak aerodinamikai működését, jelentős időelőnyhöz jutva ezáltal a köridők tekintetében. 

A hatékonyabb fékerőelosztás érdekében az FIA engedélyezni fogja 2014-ben az elektronikusan vezérelt hátsó fékrendszer használatát (Fotó: Sutton Images)

 A turbófeltöltős motorok hajtásláncába kerülő hibrid hajtástechnológia, az ERS (a jelenleg használatos KERS utódja) a KERS 2013-as évben megengedett 60kW-os teljesítménye helyett már 120kW-tal fog rendelkezni, amely megközelítőlegesen 150LE többletet jelent majd. Ez a teljesítménynövekedés azonban kihatással van a versenyautók fékteljesítményére is, amellyel megfelelő módon kell majd kezelni a hajtásláncban keletkező mozgási energiát. Éppen ezért az FIA engedélyezni fogja a csapatok számára, hogy az autók elektronikusan vezérelt hátsó fékrendszert kapjanak. Ez némileg segíteni fogja majd a pilóták dolgát a hátsó fékek használatához szükséges fékerő biztosításában, megelőzve azt, hogy a versenyző szinte folyamatosan állítsa a fékerőeloszlás mértékét az első- és a hátsó kerekek között.

A 2014-es évre vonatkozóan összeállított technikai szabályrendszer érdekessége, hogy az FIA még a versenyautók elülső részére, egészen pontosan az orrkúpra szerelt (ál)kamerák további alkalmazására is gondot fordított. A csapatok ugyanis a jelenlegi műszaki megoldással, amikor az (ál)kamerát az első légterelő szárny középső szakasza mögé szerelik fel az autó orrkúpjára, extra aerodinamikai előnyhöz jutnak általa. Ennek elkerülésére a Nemzetközi Automobil Szövetség pontosan behatárolta azt a területet, amelyet a csapatok erre a célra használhatnak a jövőben. Ennek megfelelően pedig ezeket a kamerákat a padlólemez fölé 325"525mm közé eső területre lehet majd elhelyezni.

A motorformulát érintő módosítások 

A jelenlegi V8-as szívómotorokat V6-os turbófeltöltővel ellátott erőforrások váltják fel 2014-ben

 Ahogyan az korábban is említésre került, a 2013-as idényben is még használatos 2.4 literes V8-as szívómotorok helyett 1.6 literes, hathengeres, 500bar maximális nyomású, közvetlen üzemanyag befecskendezéses, Energia Visszanyerő Rendszerrel (ERS) kiegészített turbómotorok biztosítják majd a szükséges lőerőket az F1-ben a következő évtől kezdődően. Az eredeti szabálytervezettel ellentétben azonban a 2014-es évre érvényes motorspecifikáció szerint elkészített erőforrások megengedett maximális fordulatszáma 12.000 ford/perc helyett 15.000 ford/percben lett meghatározva.

A hengerek furatának átmérőjét 80mm-ben kell majd elkészíteni, amelynek mérettűrése mindössze +/-0.1mm.

A főtengely és a versenyautó szimmetriatengelyének egybe kell esnie, és 90mm-rel (+/-0.5mm) a referencia sík felett kell elhelyezkednie. A motor csakis kizárólag nyomatékátvitelt valósíthat meg a hajtáslánc irányába, és a kihajtó tengely forgásirányának meg kell egyeznie az óramutató járásával (az autó elől nézve).

Az üzemanyag-áramlás értéke nem haladhatja meg a 100kg/h-át.

A motorfordulat 10.500 ford/perc-es szintje alatt az üzemanyag-áramlás értéke nem lehet nagyobb, mint Q (kg/h) = 0.009 N(ford/perc)+5.

A szelepek szárának átmérője nem lehet kisebb 5mm-nél.

A hajtóművet a biztonsági cellánál és a sebességváltónál összesen 6-6db ponton M12-es csavarokkal kell majd rögzíteni.

A motorokat és a hajtásláncot érintő részletek mellett további változás lesz, hogy a jelenlegi hétfokozatú sebességváltók helyett a versenyautókba nyolc sebességi fokozattal rendelkező váltóműveket kell majd a mérnököknek applikálni. Az új sebességváltók tehát 8db előre- és 1db hátrameneti fokozatot fognak tartalmazni.

Az Energiatárolót (ES=Energy Storage) teljes egészében a biztonsági cellán belül kell elhelyezni.

A motor tömegközéppontjának a referencia sík felett legalább 200mm-rel kell lennie.

Abban az esetben, ha a pilóta megfelelően elhelyezkedett a vezetői ülésben, külső segítség nélkül el-, illetve adott esetben újra tudja indítani a motort.

Az új motorformulával szorosan összefügg az FIA azon megkötése is, hogy a csapatok egy teljes szezon során összesen öt motort használhatnak majd, míg a sebességváltóknak az eddigi öt helyett hat futamot kell majd meghibásodás nélkül teljesíteni. A turbófeltöltős motorok további fejlesztését 2014 és 2020 között szigorú korlátok között engedélyezni fogják, továbbá a hajtáslánc (motor, turbófeltöltő, ERS, generátor-egység) bármely elemének cseréje tíz rajthelyes büntetést von majd maga után.

Az Energia Visszanyerő Rendszer (ERS) módosításai

A hibrid hajtástechnológia jelentősége tovább fokozódik a Formula-1-ben (Fotó: Magneti Marelli)

 A Formula-1 számára 2009-ben megismertetett Kinetikai Energia Visszanyerő Rendszer jelenleg 60kW extra teljesítményt képes biztosítani, körönként 400kJ extra energia felhasználásával. Az elfogadott szabálymódosításnak megfelelően az új motorok esetében mindez úgy változott, hogy az immáron ERS-nek nevezett hibrid hajtás teljesítményét megduplázták 120kW-ra (ami hozzávetőlegesen 150LE többletet jelent), de ami még ennél is jelentősebb változás, hogy körönként 4MJ energia felhasználására lesz majd lehetősége a versenyzőknek.

Egy kör megtétele alatt a Kinetikai Motor Generátor Egység (MGUK) által biztosított energia mennyisége nem lépheti túl a 2MJ-os határértéket, míg az ES maximum 4MJ-t adhat az MGUK számára körönként. Az ES által leadott legkisebb és legnagyobb extra energia értéke közötti különbség sem haladhatja meg a 4MJ-os szintet.

További előírás, hogy az ERS által visszanyerhető energiát külső forrásból nem lehet majd biztosítani, csakis az autóban elhelyezett MGUK és/vagy a "Hő" Motor Generátor Egység (MGUH) által. Az MGUK segítségével visszatáplált energia leadására mechanikai összeköttetések révén valósul meg a versenyautó hajtásláncán keresztül, megfelelő áttételi arányok alkalmazása útján.

A kipufogórendszer nyomásszabályzó rendszerével és az ERS-sel megfelelő áttételi aránnyal mechanikai kapcsolatban álló MGUH működtetéséhez sem lehet külső forrást alkalmazni.

Az ERS-nek a tengelykapcsoló előtt a hátsó kerék hajtásláncához kell csatlakoznia.

Minden egyes versenyautóban lennie kell egy jelzőfénynek, amely az ERS üzemállapotát mutatja a pilóta számára:

- A teljes versenyhétvége alatt üzemelnie kell, még abban az esetben is, ha a hidraulikai rendszer, a pneumatikus rendszer, vagy akár az elektromos rendszer valamilyen okból kifolyólag meghibásodik

- Csakis abban az esetben világíthat zöld színnel, ha a rendszer ki van kapcsolva és a villamos berendezések megfelelően működnek

- A motor leállítását követően legalább 15 percig biztosítani kell az energiaellátást

- A nagyfeszültségre utaló szimbólum elhelyezése kötelező

Az energiatárolásra szolgáló ES rendszer tömege (a rögzítő elemekkel, az akkumulátorcellákkal, az elektromos csatlakozókkal, stb) nem lehet kevesebb 20kg-nál, de nem haladhatja meg a 25kg-os felső határértéket.

Aminek a bevezetését későbbre halasztja az FIA

A boxutcai elektromos hajtás ötletének kivitelezése egyelőre még várat magára az F1-ben

 Az előzetes elképzelések szerint a versenyautót elektromos üzemmódba kellett volna kapcsolni, amikor a pilóta behajt a boxutcába. Ez pedig azt is jelentette volna, hogy a motor ekkor nem égethetett volna el üzemanyagot és nem kerülhetett volna hajtóanyag az erőforrásba.

A feltételes mód alkalmazása egyáltalán nem véletlen, hiszen a Nemzetközi Automobil Szövetség a fejlesztési költségek kontrollálása érdekében elhalasztotta az eredetileg 2014-re tervezett szabálymódosítást.

A Kinetikai Energia Visszanyerő Rendszer, vagyis a KERS 2009-es F1-ben történt debütálása jeles előhírnöke volt az FIA azon irányú törekvéseinek, amellyel az autósport ezen ágazatát mindinkább a környezetbarát technológiák színterévé kívánják tenni. A legutóbb összeállított és mára már elfogadott motorszabályzattal is minden eddiginél nagyobb hangsúlyt fektetnek az újabb alternatív energia-rendszerek Formula-1-ben történő meghonosítására, amelyek között a versenyautók elektromos meghajtása is szerepel.

Ahogyan az korábban említésre került, az FIA eredeti elhatározása szerint a 2014-es évre összeállított technikai szabályzat 5.19-es cikkelye kimondta volna, hogy a versenyautót elektromos üzemmódba kell kapcsolni, amikor a pilóta behajt a boxutcába, és ezzel egyidejűleg a motor nem égethet el üzemanyagot és nem kerülhet hajtóanyag az erőforrásba.

Ennek a szabálymódosításnak a 2014-es bevezetése azonban az FIA legutóbbi bejelentése szerint elhalasztásra került, egészen pontosan a 2017-es szezonra. A változás hátterében a Formula 1-ben jelenlévő három nagy motorgyártó, a Ferrari, a Mercedes és a Renault állnak, akik az FIA-nak címzett levelükben kérték az új hajtáslánc bevezetésének későbbi időpontra történő datálását.

Az indítványban feltüntetett indoklás szerint ugyanis a gyártók szakemberei úgy vélik, hogy az autók boxutcában történő áthaladása során a villamos meghajtásnak köszönhetően sokkal halkabban üzemelnének, amely veszélyes helyzeteket is előidézhetnek a boxutcában dolgozó csapattagok számára, ha azok nem figyelnek eléggé egy feléjük közeledő autó esetén. Másfelől pedig az új motorelektronikai rendszer és az új összetételű hajtáslánc kifejlesztése jelentős mértékű anyagi erőforrást igényel, amely a véleményezésük szerint a versenyautók boxutcában eltöltött igencsak kevés idejéhez mérten meglehetősen aránytalan.

A boxutcai elektromos meghajtás 2017-es bevezetésével a versenyautókban két különböző elektromos meghajtású motor kap majd helyet, amelyekhez viszont minden bizonnyal egy közös akkumulátor- és vezérlőrendszer fog tartozni. A sebességváltók működtetésére a jelenlegi, hagyományosan alkalmazott hidraulikai rendszert is alaposan át kell majd dolgozni minden egyes csapatnak, megfelelően illesztve azt az elektronikai rendszerhez. Az új motorformulának köszönhetően az autókban alkalmazott elektrohidraulikus rendszerek helyett 100%-ban elektromos rendszerek lesznek majd jelen, és további érdekességként a 2012-es évben is használt akkumulátor-megoldások és váltóáramú generátorok is eltűnnek majd az autókból.

Látható tehát, hogy aerodinamikai, mechanikai és erőátviteli szempontból kisebb-nagyobb változások előtt áll a Formula-1. Mindamellett, hogy a 2013-as év nem hozott nagymértékű aerodinamikai változást, a csapatoknak folyamatosan fel kell készülniük a rájuk váró 2014-es változásokra.

 

www.formula1tech.hu

Ha ismerőseid figyelmébe ajánlanád a cikket, megteheted az alábbi gombokkal:
Olvastad már?