Как протекала эволюция болидов «Формулы 1»?

Наш канал рассказывает читателям о разных видах спота, однако до этого момента незаслуженно забывал про мир автогонок, и сегодня мы решили исправить данную ситуацию, опубликовав статью об эволюции болидов королевских автогонок. Перед тем, как рассматривать эволюцию болидов «Формулы 1», стоит сказать, что за неполные 70 лет истории гоночные автомобили этой серии превратились из примитивного переднемоторного транспорта в королеву автомобильных гонок, болиды которой изготавливаются по космическим технологиям. А ведь в начале своего существования в «Формуле 1» соревнования проводились на автомобилях, которые по своей сути не сильно отличались от заводских аналогов.

Этап первый: трудный старт гонок

• Период: 1950–1960 гг.

Идея по проведению Чемпионата мира по «Формуле 1» возникла ещё в конце 30-х годов прошлого столетия. Причём в 1941 году эти соревнования должны были прийти на смену уже устаревшим на тот момент кольцевым гонкам, имеющим название «Чемпионат Европы». Однако из-за Второй мировой войны идею по созданию нового вида гонок пришлось отложить на целое десятилетие. И первый Гран-при в истории состоялся 13 мая 1950 года. Стоит сказать, что первый Гран-при «Формулы 1» был проведён на трассе автодрома Сильверстоун. Наличие сложной обстановки в послевоенной промышленности способствовало определению регламента соревнований: максимум свободы конструкторов в технических решениях при минимальных финансовых затратах. Со стороны международной автомобильной федерации было наложено только одно ограничение: в соревнованиях должны были принимать участие автомобили, имеющие двигатели не более 1,5 литра с наддувом или 4,5 литра без наличия компрессора. И в таких условиях поначалу побеждали автомобили, созданные до войны. В двух первых соревнованиях «Формула 1» победу одержали пилоты, выступавшие на гоночном автомобиле Alfa Romeo 158/159 Alfetta, разработанном ещё в 1937 году. Стоит сказать, что именно на автомобиле Alfa Romeo 159 в 1951 году свой первый титул завоевал легендарный гонщик Хуан Мануэль Фанхио.

• Шасси и кузов автомобилей. Каркас первых болидов «Формулы 1» изготавливался из стальных труб, которые обшивались металлическими листами. Нужно отметить, что подобное техническое решение было типичным для гоночных автомобилей 30-х годов прошлого столетия. Рама, состоящая из труб, хоть и была достаточно дорогой, так как изготавливалась на заказ, обеспечивала повышенную защиту пилота и могла выдерживать более высокие продольные и поперечные нагрузки.
• Двигатель. В первых победителях «Формулы 1» автомобилях Alfa Romeo 158/159 Alfetta использовали родные восьмицилиндровые 1,5-литровые двигатели, оснащённые нагнетателем воздуха. При этом изначально мощность этих моторов не достигала даже 200 лошадиных сил, однако уже к концу 1951 года они форсировались более чем в два раза, что позволило автомобилям развивать скорость более 300 км в час.
• Аэродинамика. В 50-х годах прошлого века в «Формуле 1» практически не задумывались об аэродинамике, считая, что намного важнее для гоночного автомобиля мощь двигателя. По этой причине практически все автомобили, принимавшие участие в соревнованиях «Формулы 1» того времени, представляли собой форму торпеды с двигателем, расположенным в передней части автомобиля. На их фоне очень сильно выделялся Mercedes, у которого над колёсами присутствовали специализированные крылья. Однако такие обтекатели снижали обзор пилотам и довольно часто мялись, из-за чего от них решено было оказаться.
• Топливо. Изначально правила этих соревнований не регламентировали топливо, и поэтому в автомобили заливалась по-настоящему «адская смесь», состоящая из таких компонентов, как метанол, бензол, авиационный керосин, ацетон, а также целого ряда различных присадок. Однако в 1958 году МАФ принимает решение, что ради поддержки спонсоров в соревнованиях следует использовать только бензин. При этом было разрешено использовать только авиационный бензин, чьё октановое число варьировалось от 100 до 130.
• Колёса и тормоза. Так как в 50-е годы скорости в «Формуле 1» были не так высоки, покрышек, имеющих повышенное сцепление с трассой, для автомобилей не требовалось. В связи с этим на гоночные автомобили устанавливались колёса, обладающие узким профилем. Скорость автомобиля пилоты сбрасывали с помощью стандартных тормозов барабанного типа, имеющих гидравлический привод.
• Подвеска. Изначально передняя и задняя подвеска автомобилей, принимавших участие в соревнованиях «Формула 1», были независимыми, кроме того, в конструкции чаще всего применялись недорогие пружинные амортизаторы.
• Пилот того времени. Аргентинский гонщик Хуан Мануэль Фанхио, выступавший в «Формуле 1» в то время, считается даже сегодня одним из наиболее успешных гонщиков этого соревнования. Ведь за семь полных сезонов в «Формуле 1» он смог победить в пяти чемпионатах, причём четыре раза подряд. Кроме того, он является единственным гонщиком в истории «Формулы 1», кто одерживал победы в чемпионате с четырьмя разными командами. Также Хуан Мануэль Фанхио считается самым пожилым чемпионом мира в классе «Формула 1», так как свой последний чемпионат он выиграл в возрасте 46 лет и 41 день.

Этап второй: превращение «торпед» в «крылатые сигары»

• Период: 1960–1970 гг.

В конце 50-х – начале 60-х годов прошлого столетия в «Формуле 1» происходит первая волна инноваций. И начало технической революции в соревнованиях положила гоночная команда из Британии Cooper. Стоит сказать, что именно эта команда впервые вывела на гонку автомобиль, у которого мотор располагался позади, а не впереди гонщика. Это на первый взгляд кажущееся тривиальным решением, а также новый кузов монокок, созданный инженерами Lotus, полностью изменили лицо «Формулы 1». Так, например, благодаря принятым решениям инженерам удалось уменьшить вес и размеры гоночных автомобилей, что положительно сказалось на их аэродинамических показателях. Кроме того, автомобили изменили собственный внешний вид, превратившись из торпед в сигары. Также значительно увеличилась скорость автомобилей, но при этом снизилась их прижимная сила и сцепление с дорожным полотном. В результате всего этого перед конструкторами появилось множество новых технических задач, полностью решить которые удалось только к середине 60-х годов. Одной из лучших моделей автомобилей того времени стал Lotus 49, именно на этом автомобиле английский пилот Грэм Хилл смог завоевать свой второй чемпионский титул в 1968 году.

• Шасси и кузов. Одним из главных изобретений «Формулы 1» того времени стал монокок, который был своеобразной копией фюзеляжа самолёта. Этот монокок представлял собой короб, состоящий из алюминиевых поперечных рёбер, соединённых листами днища и алюминиевыми боковинами. Если говорить о верхней части кузова, то её, как и носовой обтекатель, а также капот начинают изготавливать из стеклопластика. В результате таких конструкторских решений кузов автомобиля становится в два раза легче и при этом в три раза жёстче, а также снижена лобовая площадь автомобиля на 15%. Для того чтобы снизить сопротивление воздуха пилота в автомобилях начинают размещать в положении полулёжа. Стоит также сказать, что именно в это время на автомобили начинают устанавливать дуги безопасности, для того чтобы уберечь голову пилота в случае переворота болида.
• Двигатель. Для того, чтобы снизить скорость автомобилей и таким образом уменьшить количество тяжёлых аварий, МАФ несколько раз меняет регламент соревнований, пытаясь искусственно снизить мощность двигателей. К большому сожалению, практической пользы это не дало. Связано это с тем, что в то время о безопасности гонщиков практически не задумывались. Так, например, пилотов даже не обязывали пристёгиваться во время управления гоночным автомобилем и поэтому многие гонщики во время аварий просто вылетали из кабины. Если говорить о моторе, установленном на лучшем автомобиле того времени, то на Lotus 49 в 1968 году стоял восьмицилиндровый двигатель мощностью 410–430 лошадиных сил и объёмом 3 литра.
• Аэродинамика. Необходимость повышения управляемости гоночного болида во время постоянно растущих скоростей заставило инженеров «Формулы 1» вспомнить об антикрыльях, которые в этих гонках не использовались, а применялись в других гоночных соревнованиях. Тестовые заезды показали, что разумное использование этого элемента позволяет гонщику экономить несколько секунд на одном круге. По этой причине практически все автомобили, принимавшие участие в «Формуле 1» в 1969 году, стали напоминать бипланы-кукурузники, ведь на них были установлены антикрылья на высоких стойках, которые крепились непосредственно к подвеске. Однако подобная конструкция оказалось ненадёжной и даже аварийной, и поэтому МАФ регламентировала крепить стойки антикрыла непосредственно к кузову гоночного автомобиля. Также был ограничен размер антикрыла и выписан запрет проводить регулировку антикрыла во время гонки.
• Колёса и тормоза. Устаревшие тормоза барабанного типа на всех автомобилях начали заменять на дисковые, а ситцевые колёса на легкосплавные. Также инженеры решили отказаться от узких покрышек, отдав предпочтение широкопрофильным, имеющим меньший диаметр. Дизайнерами даже был разработан специальный дизайн протектора шин, который позволял колесу лучше сцепляться с поверхностью дорожного полотна. Шины имели нейлоновый корд, а затем в обиход начали входить синтетические каучуки, которые отличались высоким уровнем сцепления и стойкостью к истиранию. При этом наибольшую изобретательность проявили инженеры из Британии, которые в 1969 году выпустили на трассы полноприводный автомобиль Cosworth 4WD.
• Подвеска. Конструкция задней и передней подвески в гоночном болиде Lotus 49 была практически идентичной: наличие двойных рычагов, которые оказывали воздействие на амортизаторы и пружины, скрытые внутри корпуса.
• Реклама. В 60-х годах в гонки «Формулы 1» начинает проникать коммерческая реклама, кстати, автором этого нововведения был Lotus. Если раньше гоночным командам оказывали помощь поставщики топлива и шин, которые расплачивались своими продуктами, то после появления на автомобилях Lotus рекламы одного из производителей сигарет позволило повысить бюджет команд.
• Пилот того времени. Ярким пилотом того времени можно считать английского гонщика Нормана Грэма Хилла, который смог стать чемпионом «Формулы 1» в сезонах 1962 и 1968. Стоит сказать, что Хилл – единственный в истории автоспорта пилот, сумевший выиграть все три наиболее престижные гонки в мире: «Инди-500», «24 часа Ле-Мана» и «Гран-при Монако».

Этап третий: начало гонки технологий

• Период: 1970–1980 гг.

Период 70-х годов прошлого столетия можно назвать стартом современной эры «Формулы 1», в которой технологии решают больше, чем непосредственно гонка на самой трассе. Созданная в 1970 году британскими инженерами модель Lotus 72 не только начала гонку технологий, но даже стала прототипом современных гоночных болидов. К большому сожалению, эпоха 70-х годов запомнилась не только началом гонки технологий, так как в погоне за улучшениями инженеры и конструкторы порой полностью забывали о пилотах. Наличие в гонке очень либеральных правил и практически полное пренебрежение безопасностью пилотов превратило «Формулу 1» в русскую рулетку, так как редкие Гран-при обходились без тяжелейших аварий. «Я ухожу, потому что остался один. Кларк, Риндт, Кураж, Макларен, Боннье — все они погибли!» – именно такими словами в 1974 году озвучил решение о завершении спортивной карьеры шотландский гонщик Джеки Стюарт.

• Шасси и кузов. С точки зрения шасси, Lotus 72 особо не отличался от конструкции созданного тремя годами ранее Lotus 49, представляя собой тот же алюминиевый монокок. Однако по-настоящему революционной в новом автомобиле стала клиновидная форма кузова, а также установка на него воздухозаборников. Отказ от наличия на носу автомобиля радиатора, а также корпус плоской формы позволили конструкторам повысить аэродинамику, а также увеличить прижимную силу. Стоит сказать, что сравнительное тестирование двух моделей с установкой на них одинакового мотора показало, что на прямых новая модель была на 14 км/ч быстрее только благодаря лучшим аэродинамическим показателям. В итоге автомобили в виде клина практически полностью вытеснили устаревшие в форме сигар. 1976 году МАФ наконец-то повышает требования по безопасности пилотов, обязывая устанавливать не только заднюю, но и переднюю дугу. Однако главным врагом пилотов в то время был огонь, так как болиды во время аварий вспыхивали как спички. Так, например, трёхкратный чемпион мира австриец Ники Лауда смог остаться жив после аварии в Нюрбургринге в 1976 году только благодаря тому, что его из горящего автомобиля быстро вытащили четыре других пилота.
• Аэродинамика. Главным изобретением 70-х годов являются боковые радиаторы вместо переднего, которые применяются на болидах даже сегодня. Однако в 1977 году инженер Lotus Колин Чепмен смог поразить мир «Формулы 1» ещё одной новинкой, а именно, перфорированным днищем кузова автомобиля, которое позволяло повысить поток воздуха под кузовом автомобиля, создавая, таким образом, разницу давлений над болидом и под ним. Такой «присасывающий» эффект получил название граунд-эффекта. Правда уже в 1983 году использование этого эффекта было запрещено, так как на неровных трассах болид на скорости, превышающей 200 км в час, срывало с полотна и делало его не управляемым. Впрочем, создать «вакуум» под болидом получилось и другими способами. В качестве прибора, создающего «вакуум», в историю «Формулы 1» вошёл Brabham BT46B – огромный вентилятор, который устанавливался под задним антикрылом болида. Это вентилятор отвечал сразу за выполнение двух функций: охлаждал двигатель и выкачивал воздух из-под днища болида. К тому же использование Brabham BT46B позволяло отказаться от радиатора, что также улучшало аэродинамику. Стоит сказать, что Ники Лауда легко смог победить на таком «пылесосе» уже в первой гонке, однако вскоре автомобиль был запрещён, так как многие соперники жаловались на то, что Brabham BT46B швыряет в них песок и камни во время работы.
• Двигатель. 70-е годы прошлого столетия стали временем доминирования в «Формуле 1» трёхлитрового восьмицилиндрового атмосферного двигателя Ford Cosworth DFV, имевшего мощность 470 лошадиных сил. Стоит сказать, что этот двигатель был надёжным и недорогим и поэтому его использовали практически все команды за исключением только Ferrari, которая упорно работала над своим. В это время в историю также вошла фраза Колина Чепмена после его неудачных испытаний на болидах Lotus модернизированной авиационной турбины: «Гораздо приятнее побеждать, зная, что на твоей машине такой же Cosworth, как и у всех остальных!». Однако то, что не получилось в начале 70-х у Lotus, в итоге получилось у Renault. В 1976 году инженеры французской команды смогли создать двигатель, в котором присутствовал не механический, а газотурбинный наддув. В результате этого они смогли оснастить двигатель турбокомпрессором, который мог развивать свыше полутора бар избыточного давления, и практически сразу достигли мощности, равной 510 лошадиным силам. Правда, после этого им потребовался ещё год для того, чтобы страдающий от перегрева двигателя болид смог хотя бы доехать до финиша. Однако уже в 1979 году пилот французской команды Жан-Пьер Жабуй смог одержать первую победу и после этого в «Формуле 1» началась турбоэпоха.
• Шины и колёса. По мнению историков «Формулы 1», 70-е годы прошлого века в этом соревновании считаются настоящей войной шин. Так, например, в 1971 году известный производитель шин предложил «Формуле 1» гоночные шины, не имеющие протектора, получившие название слик. Покрышки, разработанные этим производителем, являлись идеальным решением для гонок в сухую погоду, однако в дождливую погоду лучшим сцеплением с дорогой имели шины Firestone. И поскольку выбор шин стал важнейшим фактором победы, для принятия решения по поводу выбора шин на гонку стали использовать компьютер. Стоит сказать, что правильный выбор шин для гонки позволял пилоту получить двухсекундное преимущество на круге, а неправильный – к аналогичной потере. Кроме того, производители шин для гонки постоянно экспериментировали с материалами, стараясь получить шины, имеющие наиболее высокий уровень сцепления и износостойкости. Производители даже пытались найти лучшую комбинацию шин для каждой отдельной марки автомобиля на каждую трассу. Однако наиболее оригинальный способ повышения сцепления автомобиля с дорогой предложил Tyrrell P34 в 1976 году, конструкция которого предусматривала не четыре, а шесть колёс. Четыре маленьких передних колеса обеспечивали автомобилю более высокую управляемость и сцепление с дорогой. Стоит сказать, что Джоди Шектер смог одержать на Tyrrell P34 победу на Гран-при Швеции, однако крест на этих начинаниях поставил Goodyear, отказавшийся выполнять работы над шинами маленького диаметра.
• Подвеска. Подвеска, присутствовавшая у Lotus 72, была торсионной. Она по своей концепции довольно сильно напоминала ту, что использовал профессор Порше в своих автомобилях Auto Union в 30-х годах, однако в «Формуле 1» до этого момента её никто не использовал. Торсионы, присутствующие на Lotus 72, изготавливались из хромоникелевого молибдена и располагались внутри трубы, одним концом крепясь к рычагу из пружинистой стали. Помимо этого, уже в середине 70-х годов конструкторы Lotus разработали для своих автомобилей по-настоящему революционную активную гидравлическую подвеску. Такая подвеска позволяла снизить до минимума крен кузова болида во время разгона и торможений. Стоит сказать, что разработана эта подвеска была, прежде всего, для того, что бы во время сброса скорости автомобиль не цеплял низким носом асфальт, а при резком наборе скорости не поднимался на дыбы.
• Тормоза. Новый клиновидный кузов позволил выполнить перенос тормозов внутрь кузова, уменьшив, такие образом, неподрессоренные массы, а также повысить аэродинамические показатели и управляемость болида. Появившаяся в результате этого проблема перегрева тормозов была решена путём их принудительной вентиляции. Помимо этого, часто в тормозных дисках просверливались многочисленные отверстия, для того чтобы увеличить их соприкосновение с воздухом, а также внедряли различные воздуховоды.
• Пилот того времени. Карл-Йохен Риндт – австрийский пилот, ставший посмертно чемпионом мира. Он разбился на трассе в Монце, однако заработанных им очков хватило для того, чтобы стать чемпионом мира 1970 года. Причиной его гибели стало требование снять с автомобиля заднее антикрыло, для того чтобы получить возможность на прямой конкурировать с автомобилями Ferrari. После демонтажа антикрыла его автомобиль стал практически неуправляемым и в результате во время проведения квалификации его Lotus, сорвавшись с траектории торможения, врезался в металлический отбойник. От удара Йохен влетел в приборную панель и практически мгновенно погиб. Стоит также сказать, что он не любил привязных ремней и использовал только плечевые лямки, которые, к сожалению, не смогли спасти ему жизнь. Стоит сказать, что использование гонщиками ремней безопасности стало обязательным правилом, однако в то время судьи не проверяли каждый болид на их наличие. Карл-Йохен Риндт – единственный в истории «Формулы 1» пилот ставший чемпионом мира посмертно.