Как это работает: колесо и колесная гайка

1 /20

Фотограф: LAT Images

На заре возникновения Формулы 1 инженеры не слишком задумывались о важности шин, рассматривая их в качестве элемента, без которого машина не сдвинется с места, но при этом не влияющего на уровень выступлений. Технических спецов того времени гораздо больше волновали мощность моторов и общая техническая надежность автомобилей.

Шины тех лет были очень узкими и скорее напоминали колеса карет XIX века, нежели покрышки современных автомобилей. И, разумеется, отличались катастрофическим уровнем сцепления по сравнению с нынешней резиной. Впрочем, в суровые 50-е годы никто не считал это проблемой.

2 /20

Фотограф: LAT Images

Легкомысленное отношение той Ф1 к шинному вопросу ярко иллюстрирует факт, что команды не просто не всегда меняли резину по ходу гонки, а даже иногда проводили два и больше Гран При на одном и том же комплекте. И дело было не в высокой износостойкости покрышек, а в экономии.

Кроме того, в 1950-е в чемпионате было немало поставщиков резины (с 1954 по 1958 год – целых шесть), но никакой войны между ними не велось. А команды легко меняли шинников прямо по ходу сезона, причем по несколько раз. Можно было провести этап на шинах Continental, на следующем Гран При поставить продукцию Pirelli, а к концу сезона опробовать Firestone – такое непостоянство было свойственно многим участникам Ф1 тех лет.

3 /20

Фотограф: LAT Images

В 1960-х годах резине стали уделять больше внимания – инженеры усвоили, что чем больше пятно контакта шины, тем лучшее сцепление с дорожным полотном она обеспечивает. Это, а также растущая мощность двигателей Ф1, привело к «распуханию» колес, в особенности задних, отвечающих за разгон. С каждым годом задние шины становились все больше, и их ширина уже немногим уступала диаметру колес.

4 /20

Фотограф: LAT Images

Первым по-настоящему эпохальным событием в истории гоночной резины стало появление сликов – шин с большим пятном контакта, что обеспечивалось отсутствием рисунка протектора. Это были первые исключительно гоночные шины – на дорожный автомобиль такие не поставишь, поскольку на мокрой трассе слики не могут отводить воду и полностью утрачивают сцепные свойства. Такая резина использовалась в драгрейсинге еще в 50-х и 60-х годах, но до Формулы 1 добралась лишь в сезоне-1971.

5 /20

Фотограф: LAT Images

Когда слики появились в Ф1 впервые, достоверно неизвестно – по данным Goodyear, точкой отсчета нужно считать Гран При Франции того года, а Firestone утверждает, что первой гонкой для сликов стал Гран При Испании. Так или иначе, преимущества новой резины стали сразу очевидны – по ходу того сезона все команды перешли на использование сликов. Победа в сезоне-1971 досталась Goodyear – Кубок конструкторов выиграли их клиенты из Tyrell, а Джеки Стюарт стал чемпионом.

6 /20

Фотограф: LAT Images

Одним из самых смелых экспериментов в Формуле 1 считается знаменитая машина Tyrrell P34 – ее главной особенностью стало наличие шести колес вместо четырех. Инженеры английской команды задумали избавиться от двух больших передних колес ради уменьшения лобового сопротивления и увеличения прижимной силы. При этом четыре маленьких передних шины должны были обеспечить большее пятно контакта и компенсировать потери в механическом сцеплении.

Этой машине удалось завоевать несколько подиумов и даже выиграть одну гонку: на Гран При Швеции-1976 победу за рулем P34 одержал Джоди Шектер. Однако добиться большего не удалось во многом из-за нежелания Goodyear тратить ресурсы на разработку маленьких покрышек, которые использовала только Tyrrell. В итоге результаты P34 постепенно стали ухудшаться, и команда отказалась от смелой идеи шестиколесного автомобиля.

7 /20

Фотограф: Renault

Хотя до 1977 года в Ф1 почти всегда присутствовало минимум два поставщика резины, жесткой гонки вооружений они не вели. Но все изменил приход Michelin – французские шинники ворвались в Формулу 1 с по-настоящему революционной идеей, в итоге вознесшей их на самую вершину. Первым и единственным их клиентом в том сезоне стала Renault, также впервые появившаяся в Формуле 1.

Michelin разработала для Ф1 радиальные шины, нити корда которых расположены вдоль радиуса колеса. В диагональных шинах, использовавшихся в Ф1 до этого, нити корда располагались под углом к радиусу. Конструкция радиальных шин имеет ряд преимуществ перед диагональными – такие колеса жестче, меньше подвержены деформации, обладают стабильностью на прямых, обеспечивают лучшее сцепление в поворотах и при этом меньше весят.

8 /20

Фотограф: LAT Images

Радиальные шины перевернули Ф1 – выступления клиентов Michelin шаг за шагом доказывали превосходство инновационных колес. Уже в сезоне-1978 французские шинники выиграли первый Гран При – на этапе в США победу одержал Карлос Рейтеманн из Ferrari. В 1979 году Michelin завоевала первый титул – тот чемпионат выиграл другой пилот Скудерии Джоди Шектер. А к 1981 году Michelin просто уничтожила конкурентов – абсолютно все команды перешли на их продукцию. Радиальные шины окончательно вытеснили из Формулы 1 диагональные.

Но уже в 1981 году конкуренты вернулись в чемпионат, подготовив свои версии радиальных колес. Бросить вызов Michelin осмелились в Goodyear, Pirelli и Avon. В Формуле 1 развернулась настоящая шинная война – важность резины стала окончательно очевидна всем и в разработку покрышек начали вкладывать по-настоящему большие деньги.

9 /20

Фотограф: Жан-Филип Легран

Едва ли не каждый месяц специалисты всех четырех компаний создавали улучшенные составы и проводили их масштабные тесты, неся огромные затраты. Первой не выдержала Avon – в 1982 году английская компания покинула Формулу 1. Оставшиеся три поставщика продолжали борьбу, в которой побеждала Michelin, собравшая у себя большинство ведущих команд. В сезоне-1984 использующие французскую резину McLaren и Brabham выиграли 14 гонок из 16.

Однако постоянные успехи Michelin привели к тому, что малейшая их неудача расценивалась как провал. Например, на этапе в Далласе нежная резина французов оказалась не готова к адской техасской жаре и крошащемуся на глазах асфальту, в результате чего до финиша добрался только один гонщик на Michelin. Падающая маркетинговая отдача и огромные расходы на гоночную программу заставили французскую компанию уйти из Формулы 1 – однако Michelin покидала серию победителем.

10 /20

Фотограф: XPB Images

Другой важной вехой в истории шин в Формуле 1 стало появление термочехлов – «грелок» для колес, позволяющих заранее повысить температуру резины. Их придумал английский предприниматель Майк Друри, в 1985 году наблюдавший за работой команд во время этапа в Брэндс-Хэтче, проходившем при холодной погоде. Механикам приходилось укрывать колеса одеялами, а пилоты были вынуждены прилагать массу усилий, чтобы хоть как-то прогреть шины.

Поначалу идею термочехлов команды восприняли в штыки, но перед Гран При Испании-1986 Друри уговорил парней из Williams опробовать его изобретение в деле. В итоге коллектив сэра Фрэнка не прогадал – за несколько кругов до финиша механики поставили Найджелу Мэнселлу разогретые с помощью термочехлов покрышки. И англичанин, ко всеобщему удивлению, просто полетел по трассе, обогнал нескольких соперников и едва не выиграл гонку.

11 /20

Фотограф: XPB Images

Того перформанса Мэнселла оказалось достаточно, чтобы термочехлы заинтересовали решительно всех. Сегодня Формулу 1 просто невозможно представить без грелок для шин – хотя в FIA уже не первый год задумываются об их запрете ради сокращения расходов. Современные термочехлы позволяют разогреть шины до температуры в 100 градусов и даже больше.

А Майк Друри неплохо поднялся благодаря своему изобретению – англичанин основал компанию M A Horne Tyre Tec England Ltd, которая уже много лет поставляет термочехлы командам Ф1.

12 /20

Фотограф: LAT Images

После сезона-1991 Pirelli также покинула чемпионат, оставив в гордом одиночестве шинников Goodyear. Монополия американских поставщиков резины в Ф1 продлилась пять лет: в 1997 году в чемпионат пришла японская компания Bridgestone. А по окончании сезона-1998 Goodyear завершила долгую историю в Формуле 1 – с 1959 года по 1998-й американские шинники провели 494 Гран При, в которых одержали 368 побед, а пилоты и команды, использующие продукцию Goodyear, выиграли 24 чемпионских титула и 26 Кубков конструкторов. И эти рекорды не будут побиты еще долгие годы.

13 /20

Фотограф: Sutton Images

Мощные моторы, распространение электроники, совершенствующаяся аэродинамика и растущая прижимная сила – все это привело к тому, что рост скоростей в Ф1 90-х годов стал угрожать безопасности гонок. В FIA это понимали – и решили замедлить машины путем ухудшения их механического сцепления с трассой, введя шины с продольными канавками. Новые шины с меньшим пятном контакта с асфальтом не могли обеспечить столь же высокую скорость в поворотах, как слики, и скорости в Ф1 действительно упали.

Это решение многим пришлось не по душе – пилотам и инженерам пришлось бороться с быстрым гранулированием и пузырением шин вследствие перегрева и привыкать к новым условиям. Да еще и внешний вид «псевдосликов» вызывал у многих недовольство – однако резина с канавками задержалась в Ф1 на 11 лет. А после ухода Goodyear в конце 1998 года монопольным поставщиком новых шин стала Bridgestone.

14 /20

Фотограф: Brousseau Photo

Однако японские шинники недолго оставались в одиночестве – в 2001 году в чемпионат вернулась компания Michelin, сходу оттяпавшая у Bridgestone почти половину клиентов, в числе которых оказалась и Williams-BMW. В Формуле 1 снова началась гонка вооружений между поставщиками – Michelin и Bridgestone постоянно обновляли химические составы резины и совместно с командами выкидывали десятки миллионов долларов на тесты новых спецификаций шин.

И несмотря на то, что все больше коллективов предпочитало перейти на французскую резину, победы в чемпионате доставались клиентам Bridgestone из Ferrari – причем это были разгромы, за исключением разве что сезона-2003. Секрет успеха был в том, что Скудерия была приоритетной командой для японцев. Их резина разрабатывалась с учетом пожеланий Ferrari и в тесной кооперации с итальянской командой, в то время как Michelin не выделял никого из своих клиентов.

15 /20

Фотограф: XPB Images

Пытаясь хоть как-то сдержать рост расходов, высасывающий ресурсы из команд и шинников, в преддверии сезона-2005 FIA запретила менять шины по ходу заезда. Косвенной причиной перемен стало и желание прервать победную серию Ferrari, доминирование которой не шло на пользу Ф1. Это удалось – Bridgestone и Michelin пришлось разрабатывать новую резину с нуля, и в итоге японские шинники разом лишились преимущества. А Ferrari даже не смогла обозначить борьбу за чемпионский титул.

Однако необходимость экономить шины не понравилась ни гонщикам, ни зрителям, ни поставщикам резины. Этот запрет продержался всего сезон, и смена покрышек на пит-стопах вернулась уже в 2006 году.

16 /20

Фотограф: XPB Images

Во многом отмене запрета поспособствовали события Гран При США-2005, где произошел один из самых известных скандалов в истории Формулы 1. По ходу уик-энда выяснилось, что шины Michelin не выдерживают нагрузок в бэнкинге трассы в Индианаполисе – во время тренировки взорвалось колесо на машине Ральфа Шумахера, в результате чего тот попал в серьезную аварию. И хотя расследование выявило вину инженеров Toyota, установивших слишком низкий уровень давления в шинах, никому не хотелось рисковать попасть в аварию на скорости в 300 км/ч. Особенно учитывая близость отбойников на «Индианаполис Мотор Спидвей».

После прогревочного круга все машины на резине Michelin дружно вернулись на пит-лейн, и старт в гонке приняли всего шесть пилотов. Свист с трибун, недовольные промоутеры, спонсоры и ТВ-компании – тот Гран При нанес огромный ущерб репутации как Michelin, так и Формулы 1 в целом.

17 /20

Фотограф: XPB Images

Провал идеи с запретом на смену шин не остановил FIA – чтобы сдержать рост расходов, Федерация решила оставить только одного поставщика резины. Другой причиной этого решения стало желание обеспечить равные условия для участников.

Однако Michelin были интересны только победы, одержанные в конкурентной борьбе – вскоре после новостей о введении шинной монополии с сезона-2008 французская компания объявила о сворачивании программы в Формуле 1 и в итоге покинула серию в конце 2006 года, выиграв напоследок титулы в личном и командном зачетах вместе с Renault. А Bridgestone стала единственным поставщиком резины. С тех пор представители Michelin неоднократно заявляли о своей заинтересованности в Ф1, но только при условии возобновления конкуренции между поставщиками шин.

18 /20

Фотограф: XPB Images

Проблема малого количества обгонов в Ф1 остро стояла уже не один год, и в FIA пошли на радикальные меры, чтобы исправить ситуацию. Перед сезоном-2009 технический регламент Формулы 1 пережил очередную революцию – чтобы облегчить пилотам борьбу, под нож пошли все мелкие аэродинамические элементы, создающие множество завихрений, затруднявших пилотам преследование. В целом, аэродинамику существенно упростили, в результате чего уровень прижимной силы у машин резко упал.

По задумке FIA, улучшившееся механическое сцепление с асфальтом должно было компенсировать потери в аэродинамической эффективности – и спустя 11 лет в Ф1 вернулись слики.

19 /20

Фотограф: XPB Images

Bridgestone недолго пробыла монополистом – уже в 2010 году японские шинники решили покинуть Ф1. Об их уходе не особо жалели – Bridgestone часто обвиняли в излишне консервативном подходе и слишком «дубовых» шинах, позволявших оставаться на трассе сколь угодно долго, что не лучшим образом сказывалось на зрелищности. В этом плане откровением стал Гран При Канады-2010, получившийся действительно ярким из-за того, что обычно износостойкая резина японцев в Монреале начала «плыть», что обеспечило непредсказуемый ход заезда.

Тот этап понравился всем, и новых поставщиков резины из Pirelli попросили создать именно такие шины – быстро изнашивающиеся и требующие двух-трех остановок в боксах по ходу гонки. Новые покрышки, а также внедрение системы DRS, в разы увеличили число обгонов уже в сезоне-2011 – в некоторых Гран При гонщики в сумме проводили по сотне и более успешных атак. В первых гонках сезона-2012 на трассах и вовсе царил хаос – команды не понимали работу покрышек, подготовленных Pirelli к тому чемпионату. В итоге в семи первых Гран При 2012 года было семь разных победителей из пяти команд.

20 /20

Фотограф: XPB Images

Поначалу гонки с обилием пит-стопов и обгонов всем нравились, но затем появилось раздражение – большую часть заезда пилотам приходилось заниматься экономией резины и не атаковать на максимуме. Многие в Формуле 1 пришли к выводу, что серия идет по неверному пути – и в результате перед сезоном-2017 были анонсированы большие перемены, которые затронули и шины.

В новой Формуле 1 колеса стали больше – ширина передних шин увеличилась на 60 мм (с 245 до 305 мм), а задние прибавили 80 мм (с 325 до 405 мм). За счет увеличившегося пятна контакта вырос уровень механического сцепления – благодаря этому, а также более продвинутой аэродинамике скорость машин в поворотах резко выросла. И что более важно, в Pirelli наконец отказались от концепции быстро деградирующих шин и создали более-менее износостойкую резину – в Ф1 снова можно атаковать и не думать о сбережении покрышек.

В современной «Формуле-1» счет идет на десятые доли секунды практически везде - от процедуры старта до скорости переключения передач. Остановка в боксах - не исключение: любая смена покрышек длительностью более трех мгновений считается затянутой.

Мировой рекорд, установленный «Уильямсом» на Гран-при Европы 2016 года в Баку, удивил даже бывалых фанатов: там Фелипе Массу обслужили за умопомрачительные 1,92 секунды.

Путь к рекорду

В самых первых сезонах «Ф-1» пит-стопы совершенно не походили на современные. В них задействовали меньше человек, колеса не адаптировались для скоростного снятия и закручивания гаек, да и меняли их без специальных домкратов. Посещение боксов в 70-х занимало свыше полуминуты и сильно влияло на исход заездов, ведь разница в расторопность ребят на пит-лейн нередко составляла трудно отыгрываемые на трассе 5-10 секунд.

Тем не менее, эволюция и оптимизация никогда не прекращались. В команду механиков добавляли новых членов с новыми задачами, разрабатывали специальные механизмы для поднятия машины и облегчения процесса смены покрышек, уменьшали число гаек и улучшали пневматические шуруповерты - и к середине девяностых рекорд «шиномонтажа» пробил 5 секунд.

Дальнейший прогресс происходил уже не так быстро и потребовал новых научных подходов, отмены дозаправок и разработки специальной техники. Но благодаря им лучшие команды все же смогли сбросить еще три секунды за без малого три десятилетия.

Как самые быстрые бригады это делают?

Продуманное расположение механиков

Смена шин превратилась в настоящую программу - и каждый член команды постигает ее годами, неустанно тренируя несколько простых действий.

В современные бригады, проводящие пит-стоп, входят 16 человек со своими зонами ответственности:

– задний домкрат - механик на этой позиции специальным устройством поднимает соответствующую часть машины.

– колесные мини-бригады - состоят из трех парней с простыми задачами: первый управляет пневматическим гайковертом, второй снимает колесо с болида, третий ставит новое. Несмотря на два действия (выкручивание и вкручивание крепления) и массу аппарата в 4 кг, работа механика с гайковертом считается проще, чем у товарищей. «Шинникам» необходимо больше физической подготовки, ведь каждое колесо весит свыше трех килограмм, а снять и установить его на ось нужно с первой же попытки максимально быстро и точно.

– стабилизаторы - два механика, удерживающие машину посередине за кожух двигателя, чтобы она не болталась и стояла ровно во время манипуляций с колесами и домкратами. Один из парней может вытирать визор шлема пилота в случае дождевой гонки, а другой вместе с запасными отвечает за смену руля, носового обтекателя или угла атаки переднего антикрыла.

– передний домкрат - рабочий на этой позиции копирует функции механика, отвечающего за заднюю часть болида.

В то же время на пит-лейн присутствуют и другие члены команды, не участвующие непосредственно в смене колес: например, второй парень с домкратом сзади машины на случай необходимости закатить технику в боксы и механик с пневматическим стартером - на случай заглохшего двигателя. Теоретически в процедуре могут задействовать весь персонал из боксов, если, например, из болида нужно выковырять много мелких обломков или принести запасные колеса взамен не вставшему на оси комплекту. Главное, чтобы каждый участник действа был одет строго по регламенту: во шлем (в котором мало что видно) и огнеупорный комбинезон на случай аварий или других непредвиденных ситуаций.

Перфекционизм в персонале

Во время пребывания команды на базе (то есть в зимние перерывы и большие промежутки между гонками) бригады выполняют минимум 15 смен колес дважды в день. На протяжение Гран-при коллективы тренируют по 12 подходов в четверг, пятницу, субботу и воскресенье, а на тестах регламентом не запрещено практиковаться хоть всю сессию напролет.

Бригады не только отрабатывают колесно-локтевые упражнения до автоматизма, но еще и поддерживают отличную физическую форму. Все очень серьезно: они даже подолгу разминаются и разогреваются перед каждой новой тренировкой.

Удивляться нечему, ведь любое неловкое движение неразогретых мышц может стоить не только травмы, заминки и победы, но и порчи крайне дорогостоящей техники. В таких вопросах мелочей не бывает.

Еще на базах у механиков есть собственные фитнес-залы, а во время Гран-при и учебных пит-стопов их показатели тщательно фиксируют биометрические датчики, помогающие в последующем индивидуальном планировании занятий. Каждый член бригады должен понимать остальных буквально без слов и работать с зашкаливающим уровнем слаженности, так что специальные менеджеры по персоналу постоянно следят за атмосферой в коллективе и развивают командный дух через тимбилдинги. Звучит недешево и сложно, зато система позволяет постоянно прогрессировать: как уверяет специалист по производительности «Уильямса» Джемма Фишер, в данный момент при идеальном раскладе ее ребята способны обслужить машину даже за 1,6 секунды.

Технические инновации

Конечно, одними лишь упражнениями дело не обходится: конюшни постоянно разрабатывают кучу мелких инноваций, позволяющих превосходить конкурентов. Часть из них рационализирует детали болида, часть используется в экипировке механиков - и здесь коллектив из Гроува снова среди пионеров. Например, именно англичане первыми запрограммировали домкраты на автоматический спуск машины на асфальт при фиксации последней колесной гайки (раньше механики с подъемными устройствами ждали сигнала от шинных мини-бригад). Теперь гонщику перед выездом нужно лишь убедиться, что парень впереди болида успел убраться с дороги - и пит-стоп сократился на 0,2 секунды.

Также «Уильямс» первым всерьез занялся переработкой колесной гайки и ступицы, крепящей колесо к подвеске, с прицелом на скорость замены. Еще в 2014 году из-за них англичане сталкивались с проблемами: колесо застревало или «приклеивалось» к оси, и механики тратили огромную кучу времени на извлечение детали. Подобная заминка стоила Фелипе Массе победы на Гран-при Канады, после чего конструкторы из Гроува крепко засели за переработку системы. В результате у ступицы сменился материал с рисунком прорезей для охлаждения тормозов - и колеса перестали застревать. Также «Уильямс» оптимизировал количество и резьбу витков, на которые закручивается гайка, выиграв еще десятую секунды.

Еще значительному ускорению остановок в боксах помог отказ от человека с «леденцом», ранее подававшем сигналы пилоту. Его заменил автоматический светофор, не зависящий от скорости реакции конкретного индивида: он срабатывает сразу при спуске машины с двух домкратов на асфальт.

Но главной революцией, спровоцировавшей развитие пит-стопов, стало появление в 70-х пневматических гайковертов. Теперь без них уже невозможно представить замену колес – причем у позиции каждой мини-бригады лежит по два устройства на случай внезапного отказа. Каждый пневмопистолет собирается вручную и выдает более 8600 об/мин в штатном режиме – без подобной скорости не состоялся бы ни один рекорд.

Происшествие в боксах команды Red Bull Racing во время Гран При Германии заставило пристальнее взглянуть на то, за счет чего в последние сезоны командами стали удаваться рекордно быстрые пит-стопы. Крэг Скарборо изучил эволюцию этого "таинства" и узнал, что же позволяет командам проводить смену всех четырех колес за пару секунд.

Специальная подготовка механиков

В каждой команде есть бригада механиков, состоящая почти из 20 человек. За замену каждого колеса отвечают трое, двое работают с домкратами, остальные готовы к решению любых сопутствующих задач.

Все они проходят специальную подготовку для выполнения конкретной задачи, причем к этому процессу в командах подходят столь же серьезно, как и к обучению пилотов. Механикам нужно поддерживать себя в хорошей физической форме и соблюдать диету. Они постоянно тренируют процедуру проведения пит-стопов, как на базе команды, так и во время гоночного уик-энда, повторяя весь процесс сотни раз, пока он не будет происходить на уровне рефлексов.

Несмотря на то, что они отрабатывают нестандартные ситуация, как, например, поломка гайковерта, во время двухсекундного пит-стопа у них нет и мгновения, чтобы посмотреть на других. Нередко бывает так, что допущенную ошибку еще не успели заметить, а пилоту уже дают сигнал ехать дальше, как это было на Нюрбургринге.

Отвечающий за проведение пит-стопа механик не может уследить за всеми гайковертами сразу, тем более его окружают 20 человек, которые чем-то заняты. И даже если болельщики у телеэкранов уже увидели какую-то заминку благодаря камере, установленной над боксами, человеку с «леденцом», который стоит перед автомобилем, не всегда возможно разглядеть происходящее у самой земли

Колесные гайки

Сами колеса и их гайки сильно отличаются от тех, что использовались в Формуле 1 еще несколько лет назад. Каждое колесо одевается на ось со специальными направляющими, устроенными так, что оно сразу занимает требуемую позицию, не требуя никакой подгонки.

Команды пытаются всеми силами сократить время, которое уходит на закручивание гайки, за счет уменьшения длины резьбовой части. Для примера, крепежная гайка на Ferrari F138 окончательно затягивается за три полных оборота.

Специально обработанная "направленная" поверхность позволяет обеспечить оптимальный контакт между гайкой и гайковертом, что позволяет надежно передать вращающий момент и затянуть гайку.

Сами по себе колесные гайки сейчас имеют свободную посадку. Это означает, что они лишь частично закреплены на оси установленного колеса и удерживаются при помощи уплотнительных или стопорных колец. Такие гайки стоят недешево и обычно используются лишь один раз.

Технический регламент требует, чтобы даже в закрученном состоянии гайки удерживались на оси фиксирующим механизмом. Раньше в конструкции использовался фиксатор, вытягивающий удерживающий штифт с оси. Его приводил в действие механик: болельщики с некоторым стажем наверняка помнят резкий короткий жест, которым прежде завершалась смена колеса. Это могло приводить к ошибкам, когда механик поднимали руку одновременно с вытягиванием фиксатора, и пилот мог тронуться с места в момент, когда удерживающий механизм еще не сработал.

В наше время для фиксации гайки используется система, не требующая вмешательства механика. Разъем гайковерта вдавливает специальные подпружиненные штифты в ступицу, что позволяет освободить гайку. При установке гайки те же штифты "отстреливают" обратно непосредственно перед тем, как она встанет на место. Эти штифты в действительности не в состоянии удержать колесо - если гайка разболтается, вес машины и центробежная сила в конце концов ослабят механизм.

При использовании такой системы механик может проверить визуально, что гайка находится на месте и фиксатор сработал, только после того, как снимет разъем гайковерта с оси. Мы не раз становились свидетелями ситуаций, когда механик сначала сигнализирует, что завершил работу, а потом, заметив, что гайка не зафиксирована, начинает судорожно размахивать руками.

Гайковёрты

Команды Формулы 1 используют пневматические гайковерты с ударным эффектом, что позволяет быстро затягивать и снимать крепежные гайки. Все они собираются вручную по высоким стандартам с минимальными допусками.

В прошлом году Mercedes с выгодой использовала в качестве рабочего тела пневматических гайковертов гелий, посчитав его более эффективным по сравнению со сжатым воздухом. Но сейчас такая практика запрещена, и это указывает, насколько важна мощность гайковертов.

Сейчас команды могут использовать специальные датчики, фиксирующие вращающий момент, эти данные позже можно проанализировать. Текущий регламент запрещает применение подобных устройств в режиме реального времени, поэтому только по завершению пит-стопа механики могут убедиться в достаточно надежном креплении всех колес.

Зато разрешено использовать специальную кнопку на гайковерте, которая связана с системой сигнальных огней и информирует о том, что механик завершил свою работу. Еще один вариант – поднятая вверх рука, её смысл точно такой же. Однако требования к высокой скорости проведения пит-стопа приводят к тому, что механик поднимает руку или нажимает на кнопку прежде, чем реально убеждается, что колесо зафиксировано четко, и выезд автомобиля будет безопасным.

Домкраты

Cейчас в Формуле 1 запрещены домкраты, установленные внутри автомобиля или приводимые в действие сторонним источником энергии, поэтому команды могут полагаться только на физическую форму своих механиков, в обязанности которых входит быстрый подъем автомобиля.

Домкраты имеют специальный механизм, который позволяет одним нажатием на рычаг мгновенно сбросить машину на асфальт. Эта процедура занимает меньше времени, чем подъём автомобиля.

Механику, работающему с передним домкратом, нужно быстро убрать его с пути пилота, а также отскочить в сторону самому. Поворотные домкраты прочно вошли в обиход всех команд.

Опустить машину вниз можно чуть раньше, не дожидаясь, когда все колеса будут закреплены. Достаточно, чтобы они просто оказались на оси, поскольку крепежная гайка может быть нормально затянута, даже если автомобиль стоит на земле. Таким образом, пилот не должен реагировать на действия механика с домкратом: даже если машину уже опустили, это вовсе не обозначает, что можно начинать движение.

Система сигнальных огней

Ferrari была первой командой, которая стала использовать систему сигнальных огней, позволяющую частично автоматизировать процесс информирования пилота о моменте, когда можно начать движение. Подобные устройства можно напрямую подключить к гайковертам механиков, но активация все равно происходит в ручном режиме.

Если в будущем такие системы позволят сделать более функциональными, процесс подачи сигнала гонщику можно будет усовершенствовать, используя непосредственные сигналы с гайковертов, узлов крепления колес и даже с датчиков, которые обнаруживали бы на пит-лейне приближающийся сзади автомобиль.

Правда, если полностью автоматизировать такой процесс, то он может работать некорректно, например, среагировать на ошибку датчика или случайное срабатывание контакта на гайковерте. В результате пилот вынужден будет терять лишнее время на пит-стопе или, наоборот, преждевременно тронуться с места.

Почему в Формуле 1 до сих пор используются колеса небольшого диаметра? Какие преимущества сулил бы переход на низкопрофильные шины? Из каких деталей состоит колесная втулка, и как удается закрепить колесо одной-единственной гайкой? На эти и другие вопросы в очередном номере британского F1 Racing ответил технический консультант Marussia F1 Пэт Симондс...

Пэт Симондс: "Тринадцатидюймовые колеса и шины с высоким профилем сегодня выглядят несколько старомодно, однако такой дизайн был закреплен еще в восьмидесятых годах прошлого века, когда команды начали экспериментировать с колесами большего диаметра, и в FIA решили ввести ограничения, сочтя подобные изыскания лишней тратой денег. Позже уже сами команды отказывались идти на какие-либо корректировки, поскольку это потребовало бы пересмотра едва ли не всей конструкции машины.

Небольшой диаметр колес с одной стороны осложняет работу над машиной, с другой - в ряде аспектов делает ее проще. При такой высокой боковине почти 50% эффекта амортизации приходится непосредственно на шины, что делает геометрию подвески не настолько важной, как было бы в случае с низкопрофильной резиной, для которой запредельная жесткость боковин требует четкой постановки шин на поверхность трассы и, следовательно, более изощренной конструкции рычагов подвески. Опять же, больший диаметр колес упростил бы задачу размещения тормозных механизмов, а у команд появилась бы возможность использовать тормоза увеличенного размера и с большим ресурсом – правда, в таком случае FIA пришлось бы сперва зафиксировать эту возможность в техническом регламенте.

Вы спросите, в чем преимущества перехода на колеса большего диаметра с низкопрофильными шинами? Колеса большего диаметра не только придали бы машинам более современный вид: с ними инженерам было бы намного проще разместить там колесные ступицы. Кроме того, это серьезным образом повлияло бы на принцип работы шин и эффективность их прогрева.

Гонщики часто говорят о необходимости вывести шины на необходимый температурный режим. Вы можете подумать, что речь идет о тепловой энергии, выделяемой в процессе трения шины о поверхность трассы. Отчасти это правда, однако в данном случае нагревается лишь внешняя поверхность шины. Впрочем, резина – достаточно хороший проводник тепла, и оно постепенно распространяется на каркас шины, который также должен быть прогрет до требуемой температуры.

Но прогрев самого каркаса в большей степени достигается за счет деформации шины. Игроки в сквош знают: чтобы сделать мячик более податливым, необходимо стукнуть по нему несколько раз, тем самым повысив его температуру. Аналогичным образом это работает с шинами: деформация возникает, во-первых, вследствие качения колеса по трассе, когда нижняя часть шины образует так называемое пятно контакта; а во-вторых, вследствие изгиба боковин шины при прохождении поворотов. Если бы шины были низкопрофильными, они деформировались бы намного меньше и меньше бы нагревались, что потребовало бы совершенно иной линейки составов смеси – впрочем, добиться этого не так уж и сложно.

Низкопрофильные шины менее требовательны к давлению. Это объясняется двумя факторами: во-первых, более жесткий каркас в меньшей степени нуждается в поддержке воздухом, а во-вторых, сам объем воздуха меньше, и с изменением температуры давление изменяется не столь значительно. Таким образом, низкопрофильные шины было бы проще использовать без какого-либо прогрева, нежели нынешние шины с высоким профилем.

От шин перейдем к колесным ступицам. Ступица состоит из оси и подшипников, вставленных в специальный корпус. Правилами предписано, чтобы корпус был выполнен из относительно распространенных сплавов алюминия, способных сохранять прочность и жесткость в условиях высоких температур.

В предыдущие годы в конструкции корпусов ступиц использовались сперва магниевые сплавы, которые, впрочем, обладали не лучшей жесткостью, затем сталь, а еще позднее – обработанный титан и более дорогие литиево-алюминиевые и другие изощренные сплавы. Нынешние ограничения на использование подобных материалов – одна из мер, направленных на предотвращение роста расходов в Формуле 1.

В связке "подшипники – ось" вращается сама ось, выполненная из титана или высокопрочной легированной стали. На оси закреплен шлицевый конус, к которому крепится карбоновый тормозной диск - через этот конус тормозное усилие передается на ось. На конце оси есть специальная резьба, на которую накручивается колесная гайка. Привод колес осуществляется через специальные штифты, которые могут быть либо прикреплены к оси и входить в специальные отверстия в колесе, либо наоборот – быть прикреплены к самому колесу и входить в отверстия в оси.

Система крепления колеса очень изощренная. Когда на пит-стоп отводится немногим более двух секунд, все должно работать безупречно, а конструкция - не позволять совершать даже малейших ошибок. Это означает, что колесо должно сразу садиться на ось, а колесная гайка должна закручиваться с первого раза. В числе последних тенденций – крепить гайку сразу к колесу, поскольку в таком случае больше вероятность правильной установки и меньше риск срыва резьбы.

Сама резьба имеет диаметр 75 мм и тщательно обработана для лучшего закрепления. Современные колесные гайки имеют не шестиугольную, а зубчатую форму: при закреплении эти зубцы вставляются в специальные пазы гайковерта.

Наконец, в системе крепления колеса предусмотрены специальные устройства, препятствующие соскальзыванию колеса с оси в случае потери гайки. Как мы уже убедились, они не всегда работают так, как требуется.

Можно ли сказать, что колесо - это единственная область машины, дизайн которой не определяется требованиями аэродинамики? Не совсем. Наряду с жесткостью, которая остается ключевым параметром конструкции, крайне важным остается вопрос управления воздушным потоком в этой области. Поперечные рычаги, тяги и толкатели расположены таким образом, чтобы у специалистов по аэродинамике была возможность разместить все те многочисленные открылки, которые мы часто видим на воздуховодах тормозов.

Поток внутри колеса тоже важен, поскольку от него зависит не только охлаждение механизмов, но и перераспределение тепла. Иногда требуется использовать горячий воздух, идущий от тормозов, для нагрева колесных дисков и, как следствие, шин. Ну а если резина, наоборот, перегревается, к дискам может быть подан поток холодного воздуха. В целом то, по какому пути движется поток через колесо, способно оказать значительный эффект на аэродинамическую эффективность всей этой зоны.

Несколько лет назад, до вступления в силу соответствующего запрета, все машины оснащались фиксированными колпаками на ступицы, что позволяло воздуху выходить из колеса в оптимальном месте. В наше время подобные технологии снова актуальны – в частности, Red Bull Racing и Williams потратили немало сил на оптимизацию потока в этой области.

Часто спрашивают, использует ли Формула 1 те же колесные подшипники, что дорожные машины. Отвечаю - нет. В дорожных машинах подшипники должны соответствовать параметрам массовых моделей осей и втулок. Также от них требуется без ремонта проходить до 160 тысяч километров, и притом их стоимость должна быть умеренной. Машины Формулы 1 используют подшипники большего диаметра с целью придания всей конструкции максимальной жесткости.

Трение при этом должно быть минимальным: для этих целей вместо стальных шариков в подшипнике используются керамические. Шарики разделены специальными проставками, установленными таким образом, чтобы подшипники имели достаточную предварительную нагрузку, но не демонстрировали люфт при высоких температурах. Каждый подшипник стоит 1300 фунтов стерлингов, притом на машине их восемь!

Наконец, из каких материалов делают колеса? Из магниевого сплава, обеспечивающего достаточную жесткость при высоких температурах. Команды предпочли бы использовать карбоновое волокно с целью снизить неподрессоренную массу, повысить жесткость и уменьшить инерцию, однако правила не позволяют им сделать это".

Формула-1 - спорт передовых технологий, многие из которых впервые появляются именно здесь, оттачиваются и доводятся до совершенства, чтобы потом найти свое применение в массовом автопроме.
Одним из очень важных моментов любой гонки в Формуле-1 являются питстопы - обязательная процедура для любого гонщика по замене шин во время гонки. Таковы правила - хотя бы один раз гонщик должен заехать в боксы для замены шин. Эта процедура занимает дополнительное время, т.к. нужно тратить время для заезда на питлейн, движение по нему (скорость ограничена до 100, 80, а на некоторых треках и 60 км/час) и на саму замену колес.
Естественно, когда на трассе ты борешься за доли секунды, потеря времени во время пит-стопа может оказаться катастрофической в плане результатов гонки, особенно когда ты борешься за лидерство. Поэтому пит-стопы в Формуле-1 научились проводить за считанные секунды в буквальном смысле слова.
Не знаю, дойдет ли технология замены колес за три секунды до обычных шиномонтажей, но как это делается в Формуле-1, предлагаю посмотреть ниже

2. Сначала о колесах.
Используются 3 вида шин: слики для сухой трассы, микст («промежуточная резина») для слегка влажной и дождевая для мокрой. Дождь является скорее исключением для Формулы-1, поэтому чаще всего используются шины для сухой трассы.
Резину в Формуле-1 поставляет поставщик, с которым FOM подписала контракт.
Последние несколько лет это известная компания Pirelli.
На каждый этап для каждого гонщика привозится ограниченное количество комплектов резины дух составов (всего существует четыре состава сликов - жестки, средние, мягкие и супермягкие).
Шины непосредственно перед тем, как ставить на машины, хранятся в специальных чехлах, где их прогревают для нужной температуры.
Из-за очень высоких скоростей на трассе, быстрый прогрев шин имеет решающее знаычение, т.к. на холодных шинах значительно ухудшается сцепление с трассой, а следовательно, возрастает уровень опасности для гонщика и падает время прохождения круга погтрассе

3. Каждай команда сама маркирует свои шины, исходя из того, где и как она планирует использовать каждый комплект

4. Это формульные гайковерты.
Именно этим инструментом можно снять колесо за 0,8 секунд и прикрутить за те же 0,8 секунды

5. А вот так, собственно, происходит сам пит-стоп.
Для того, чтобы поменять в гонке четыре колеса примерно за три секунды, задействует 20 человек.

6. Машина в прямом смысле залетает на точку замены колес.
Здесь важно мастерство гонщика, чтобы точно остановиться в нужной точке, где механики уже наготове и ждут, чтобы вчепиться гайковертами в его колеса, а также четкие дейтвия механиков с домкратами, которые должны моментально поднять машину

7. Доля секунды - все бросаются к колесам.
В унисон звучат четыре кайковерта. Колесо убирает специальный человек, тут. же другой приставляет новое колесо.
Снова гайковерты

8. Осталось вытащить домкраты и отправить машину в гонку.
На все про все 2,5-3 секунды
Рекордом является время 1,923 секунды, устновленное командой Rad Bull при замене колес на машине Марка Веббера на Гран-При США в 2013 году

9. Но для того, чтобы так быстро и слажено заменить колеса во время гонки, команды чуть ли не ежедневно проводят рутинные тренировки

10. Иногда по часу, иногда по два..
Они просто снимают и ставят колеса, снимают и ставят.

11. Во время формульного уикенда в Сочи я наблюдал за одной из тренировок, которые проводила команда Lotus

12. Сбоку процесс выглядит несколько иначе, чем сверху.
Кажется, что много суеты и механики мешают друг другу.
Снимаем старое колесо

13. На самом деле, это не так. Все четко
Механик убирает снятое колесо

14. Ставим новое колесо

15. Все!

16. Во как это выглядит на видео

И вид сзади

17. Главный механик ведет тайминг.
Он не очень доволен. Придется снова повторять тренировку

18. Машину снова на домкраты, и снова вой гайковертов....
И так еще очнь много попыток.
А все ради выигрыша доли секунды в гонке...

За возможность побывать на первом в России этапе Формулы огромное спасибо спонсору команды Scuderia Ferrari компании