Auto s otevřenými koly ( monopost , single car ) je typ závodního auta , což je jedno [1] auto s odstraněnými koly z karoserie . Tento typ, který se objevil na počátku 20. století , je dnes jedním z nejběžnějších typů závodních vozů.
Tento typ má dvě jména naznačující jeho konstrukční vlastnosti - v Americe se vžil název open-wheel car - vůz s otevřenými koly, zatímco v Evropě označují jeho jednomístnou konstrukci - monopost ( anglicky single seater , německy monoposto , italsky monoposto , český monopost ). V Americe se technické požadavky na taková auta začaly redukovat na speciální dokumenty, zvané „vzorce“. Postupně se slovo „formule“ začalo objevovat v názvu většiny šampionátů a sérií monopostů, počínaje Formulí 1 , -2 a -3 , což dalo důvod nazývat takové závody „závody typu formule“. V Rusku se slovo „formule“ stále častěji používá pro samotné stroje účastnící se takových závodů. Také v západní Evropě se termín „formulový vůz“ stále více rozšiřuje.
První vozy tohoto typu se objevily v USA na počátku 20. století a zpočátku nebyly vůbec jednomístné, závodu se účastnil mechanik s řidičem , protože vzdálenosti byly dlouhé a spolehlivost vozu aut byl nízký. Postupně se závody přesunuly na uzavřené tratě relativně krátké délky a spolehlivost vozů se zvyšovala, poté se mechanik přesunul na kraj silnice a později do prostoru speciální údržby. Výsledky závodů na „velkých autech“ začaly jít do speciálního offsetu, který držela Americká automobilová asociace. Tak se zrodilo první mistrovství . Technické požadavky se začaly redukovat na speciální dokumenty, nazývané „vzorce“.
V Evropě se závody na autech s otevřenými koly začaly pořádat ve 20. letech. Nové vozy se nazývaly monoposty a začaly se účastnit prestižních závodů Grand Prix . Od roku 1930 začaly výsledky některých Grand Prix zaznamenávat AIACR v samostatném offsetu, čímž vznikl osobní evropský šampionát a v roce 1946 vznikla FIA , která definovala hlavní třídy monopostů - Formule 1, -2 a -3. V roce 1950 bylo organizováno mistrovství světa , které se konalo každoročně na vozech F1 (s vzácnou výjimkou let 1952-53, kdy se konalo na vozech F2).
Kola aut by podle názvu měla být mimo trup. Byly však výjimky - v roce 1954 tým Mercedes F1 , využívající mezer v předpisech, postavil pro některé závody, většinou vysokorychlostní, vozy s koly pokrytými lehkou karoserií. V budoucnu byly předpisy F1 revidovány, aby takové případy vyloučily.
Také vně karoserie jsou některé prvky odpružení . Nyní je to dvojité lichoběžníkové rameno s tlačnou nebo tažnou tyčí (tlačnou tyčí a táhlem).
Počet kol zpravidla nepřesahuje 4, i když se vyskytly případy použití 6kolových vozů - poprvé se to objevilo v roce 1948 v národním šampionátu AAA , v roce 1976 tým Tyrrell F1 také představil vůz se šesti koly, nicméně pokus týmu Williams F1 v roce 1982 postavit šestikolový vůz se dostal do zákazu. Od té doby nemají všechna auta s otevřenými koly více než čtyři [2] .
Umístění kol mimo karoserii umožňuje poměrně snadno organizovat přívod chladicího vzduchu do brzdových systémů (a také odvod ohřátého vzduchu), což vede k jejich zvýšené účinnosti.
Motor byl dlouhou dobu před jezdcem a poháněl zadní nápravu pomocí kardanového hřídele , procházejícího tak či onak kabinou. Odlišné uspořádání motoru – za kabinou, ale v rámci rozvoru – bylo navrženo ve dvacátých letech minulého století. od Benz & Cie. s okem na model Rumpler Tropfenwagen car a implementovaný v kovu na modelu Benz-Tropfenwagen z roku 1923 . Následně bylo toto schéma vyvinuto na závodních vozech Auto Union , kde hlavní role měli lídři a designéři, kteří dříve pracovali ve společnosti Benz & Cie. [3] [4] [5] [6] . Druhá světová válka ale jeho vývoj pozastavila a po válce se nějakou dobu nepoužíval. Opět se toto schéma uplatňovalo již v 50. letech 20. století. Ashley Cooper. V roce 1961 v USA debutovaly vozy s motorem uprostřed , v roce 1965 vyhrály Indy 500 a od té doby se uspořádání s motorem vzadu stalo standardem pro auta s otevřenými koly, s výjimkou sprintových vozů používaných pro závodění na špinavé ovály .
Samotné motory jsou téměř výhradně čtyřdobé pístové s Ottovým cyklem , atmosférické nebo přeplňované . V prvních letech existence závodů byly motory zcela atmosférické, někdy dosahovaly obrovských zdvihových objemů , až 20-30 litrů. Po první světové válce, kdy byly testovány mechanické kompresory poháněné samotným motorem, pak po přesunu na závodní tratě způsobily v Evropě výrazný pokles pracovních objemů (a tím i hmotnosti) na 1,5–2 litry a 3 litrů v Severní Americe. Během druhé světové války stavitelé motorů zvládli výrobu turbodmychadel poháněných turbínami na výfukové plyny , ale na závodní tratě si hned nenašli cestu. Turbodmychadla měla turbolag – zpoždění roztočení při změně provozních režimů motoru, což znesnadňovalo jejich ovládání, snižovalo jejich spolehlivost. Hojně se opět používají rotační atmosférické motory. Výrobci motorů si však s turbolagem poradili, nejprve v USA, kde závody na oválech nekladly velké nároky na odezvu motoru , a poté v Evropě – od roku 1977 začal tým Renault aktivně používat turbodmychadla, která byla zpočátku nespolehlivá. Ale pak, mimo jiné, díky turbokompresorovým motorům, získal titul nejprve v týmu (v roce 1982 tým Ferrari ), a poté v soutěži jednotlivců (v roce 1983 tým Brabham s motory BMW), uvedení začátku tzv. „turbo éry“ ve formuli 1, která trvala až do konce dekády, kdy bylo v rámci boje za zlepšení bezpečnosti a snížení nákladů na účast týmů zakázáno přeplňování turbodmychadlem [7] . V Severní Americe CART používal turbomotory až do samého konce své existence v roce 2008. Na začátku 21. století vedly pokroky v technologii a rostoucí ceny ropy ke zvýšení poptávky po přeplňovaných motorech, které byly levnější a úspornější než předchozí modely.
V americkém šampionátu se experimentovalo s dieselovými motory (dlouhé oválné závody favorizují diesely s úzkým provozním rozsahem a nižší měrnou spotřebou paliva ), Fred Agabashian dokonce získal pole position v Indy 500 1952 [8] . Také v Americe a Evropě byly pokusy použít plynové turbíny. Současně, pokud turbína prokázala všechny své pozitivní vlastnosti na amerických oválech - turbínový vůz téměř vyhrál Indy 500 z roku 1967, po kterém byla turbína zakázána - pak se na evropských trasách s častým zrychlováním a zpomalováním ukázalo zpoždění turba. být nevykořenitelným nedostatkem [9] .
Palivo po dlouhou dobu (ve formuli 1 až do roku 1958 [10] ) nebylo nijak regulováno, což vedlo k používání složitých alkoholových směsí, někdy tak toxických, že bylo nutné úplné vypuštění na konci kvalifikace, jinak další den byl motor beznadějně poškozen. Takové směsi však byly všeobecně zakázány a ustoupily tak „komerčnímu“ benzínu (předpokládalo se, že v komerčním prodeji lze nalézt benzín s oktanovým číslem 100), do kterého bylo povoleno určité množství přísad (do 1 %) . V USA benzín v 60. letech ustoupil méně výbušnému metanolu a v roce 2000 byl v rámci boje za šetrnost k životnímu prostředí a bezpečnost nahrazen etanolem (metanol hoří téměř bezbarvým plamenem, a proto lze uhasit požár zpoždění ).
Doplňkové zdroje energie byly na pořadu dne na konci 90. let, kdy tým F1 McLaren začal vyvíjet rekuperaci brzdné energie , ale FIA to rychle zakázala, ale o deset let později, kvůli rostoucím technologiím a cenám benzínu, byly takové systémy opět povoleny. ačkoli jejich použití je kvůli jejich vysoké ceně omezeno pouze na špičkové série, jako je F1.
V roce 2012 vznikla první série plně elektrických vozů s otevřeným kolem, Formule E , s první závodní sezónou v roce 2014. Navzdory použití nejmodernějších technologií jsou energetické charakteristiky nových monopostů stále mnohem horší než špičkové série, jsou na úrovni mládežnických „formulí“.
Na počátku 20. století se aerodynamika konstruktérů sériově vyráběných vozů, kteří ještě nevyvinuli vysoké rychlosti, příliš netýkala. Závodní návrhy oněch let již dosahovaly rychlostí, při nichž se projevil vliv charakteru proudění vzduchu kolem karoserie vozu, avšak jejich konstruktéři měli o aerodynamike poněkud vágní představu: karoserie byla například dána doutník-tvarované obrysy, a pak se instaluje na zcela otevřeném úhlovém rámu , což snižuje celý efekt dosažený v důsledku zefektivnění takového těla je anulován.
První světová válka dala impuls aerodynamickému výzkumu a s obnovením závodů Grand Prix ve 20. letech se někteří inženýři (např. Ferdinand Porsche) rozhodli použít karosérie ve tvaru slzy s uzavřenými koly. Mezitím měla většina závodních vozů tohoto období stále otevřená kola. Jejich tvůrci vycházeli z falešného předpokladu – domnívali se, že snížení odporu vzduchu v důsledku zmenšení přední části ( střední části ) vozu s otevřenými koly může být významnější než výhoda znatelně velké střední části karoserie zcela zakrývající podvozek v aerodynamickém provedení. Další výzkum ukázal opačný obrázek – začátkem padesátých let se ukázalo, že aerodynamická dokonalost tvaru karoserie je mnohem důležitější než velikost její čelní plochy. Poté vozy s otevřenými koly konečně vynikají v samostatné třídě a karoserie zcela zakrývající podvozek se dodávají především k rekordním závodním vozům navrženým tak, aby si nekonkurovaly, ale dosahovaly absolutně nejlepších rychlostních charakteristik.
Od poloviny 50. - 60. let se při tvorbě závodních vozů stále více zohledňují požadavky aerodynamiky, konstruktéři se snaží dosáhnout nejen snížení odporu vzduchu jako dříve, ale také zvýšení přítlaku - lehká auta nemohla realizovat plný výkon jejich motorů díky prokluzu v zatáčkách. Monoposty začínají získávat jedno nebo druhé aerodynamické zařízení. Nejběžnější přední a zadní blatníky , přitlačující přední a zadní část vozu k vozovce, resp. Nejprve v letech 1968-1969 byla křídla připevněna přímo k závěsu na vysokých nosičích a byla vybavena mechanizačním zařízením, avšak nespolehlivost těchto konstrukcí ( vibrace se přenášely přímo na křídlo) vedla k několika těžkým haváriím, po r. u kterých byla křídla omezena velikostí, provedením a způsobem připevnění k tělu [11] [12] .
V roce 1977 představil tým Lotus nové řešení – přízemní efekt, který spočívá v omezení přístupu vzduchu pod dno, a to prostřednictvím speciálního tvaru trupu a ochranných elastických lemů na bocích. Toto řešení přišlo do Severní Ameriky hned příští rok na strojích Chapparal . Počátkem osmdesátých let se vozy F1 zbavily předních blatníků, přítlak byl tak vysoký, že poškodil ráfky [13] a postranní g síly vyčerpané jezdce v bezvědomí. Malá znalost přízemního efektu vedla k jeho nestabilnímu chodu – stroj kmital ve vertikální rovině. Pro boj s tímto jevem bylo použito tužší nastavení odpružení, což vedlo k velmi nepohodlné jízdě. V důsledku toho byl v roce 1982 ve formuli 1 z bezpečnostních důvodů zakázán přízemní efekt – vyžadoval přísně pevnou polohu karoserie, kterou nebylo možné zajistit při skákání vozu přes překážky a na nerovné dráze. V těchto chvílích došlo k průrazu vzduchu pod spodkem, s úplným vymizením přítlaku, oddělením vozu od trati a jeho nekontrolovaným pohybem (včetně přiblížení) v přímém směru, do ohradníků. V CARTu vydržel přízemní efekt déle, vzhledem k povaze oválných drah, které nevyžadovaly nájezdy na obrubníky s následným odskokem vozu, a s mnohem hladším povrchem. Nyní je přízemní efekt ve své čisté podobě zakázán téměř všude a přítlak (hlavní příspěvek k aerodynamice monopostů) je vytvářen difuzorem - otevřenou zužující se polotrubkou ve tvaru U umístěnou v zadní části spodku, která zrychluje vzduch proudící pod profilovaným dnem ( Venturiho efekt ). Využití přízemního efektu je však stále považováno za perspektivní řešení za předpokladu, že bude implementováno na nové technické úrovni. To by pomohlo zajistit větší aerodynamickou stabilitu vozů při pronásledování soupeře – vysoké aerodynamické zatížení monopostů generuje vysokou úroveň aerodynamických poruch vedoucích k nemožnosti těsného pronásledování a předjíždění. Od roku 2018 Indycars opět hojně využívají přízemní efekt [14] .
Otevřená kola jsou důležitým aerodynamickým prvkem – mají velkou šířku a jejich horní hrana se posouvá směrem k protijedoucímu proudu. V důsledku toho produkují vážné vzduchové turbulence, které značně zhoršují aerodynamickou účinnost vozu ( koeficient odporu vzduchu dosahuje 0,65-0,85 [15] ), a proto je nelze srovnávat se sportovními prototypy , u kterých jsou kola uzavřena (koeficient odporu vzduchu 0, 3-0,4). Různé pokusy o uzavření kol před protijedoucím tokem potlačují regulační orgány.
Nízkovýkonové monoposty, stejně jako sprintové vozy (používané pro závody na hliněných oválech) nemusí mít aerodynamické prvky vůbec - vyvíjejí rychlosti nejsou tak vysoké, mechanickou přilnavost zcela zajišťují pneumatiky (u sprintových aut velmi široký).
Karoserie monopostu má minimální průřez, aby zakrývala pouze pilota. Od roku 1962 přijal tým Lotus F1 (model 25) nový design trupu využívající monokoky , tuhé prostorové konstrukce, které jsou odolnější vůči kroucení a nárazům. Jezdec zároveň změnil svou pozici v kokpitu – už neseděl víceméně rovně, ale zaujal pozici téměř vleže. To nejen snížilo odpor, ale také zlepšilo toleranci přetížení [16] . V první polovině 80. let se ve Formuli 1 objevily monokoky z uhlíkových vláken , které se poté široce rozšířily do všech ostatních sérií. V monokoku je umístěn kokpit - otevřená pilotní kabina (i když byly a stále probíhají různé pokusy o uzavření pilota [17] , a v případě použití trubkových prostorových rámů je pilot umístěn ve speciální bezpečnostní kapsli ( kolečka )). Bezprostředně za kokpitem se nachází bezpečnostní oblouk , navržený tak, aby zachytil rány při převrácení vozu, často je oblouk integrován do horního přívodu vzduchu umístěného nad hlavou pilota, aby zajistil motoru nerušené proudění vzduchu a také dynamický posílení motoru [18] . Přední zavěšení a přední aerodynamické prvky jsou vpředu připevněny k monokoku, vzadu motor, ke kterému je uchycena převodovka , k tomu zadní zavěšení a zadní aerodynamické prvky. Pohonná jednotka však není vždy součástí výkonové struktury karoserie, existují také možnosti s motorem v rámu, ke kterému je připevněno zadní zavěšení a aerodynamické prvky. Od roku 1970 umisťoval tým Lotus F1 do bočních pontonů chladiče , což umožnilo dodat přídi vozu aerodynamicky nejefektivnější tvar, v případě přízemního efektu jsou zde umístěny i přívody vzduchu do motoru, což umožňuje aby zadní křídlo pracovalo v nerušeném proudění vzduchu. Roadstery s motorem vpředu používané v amerických šampionátech mají asymetrický design, způsobený charakteristikami oválných závodů, se zatáčkami pouze doleva - zejména některé nebo všechny jednotky jsou posunuty na levou stranu, aby se kompenzovalo asymetrické zatížení pneumatik.
Pohon, bez ohledu na umístění motoru, byl nejčastěji prováděn vzadu, i když v sérii Indycar byly pokusy použít vozy s pohonem předních kol (za účelem snížení těžiště ) a byl použit pohon všech čtyř kol . v Indycar i Formuli 1. Řazení převodových stupňů je vždy manuální, i když v druhém Ve stejné době se rozšířily , s přepínacími tlačítky na volantu a pádly řazení [19]v roce 1989sekvenční poloautomatické převodovky .
Vozy s otevřenými koly mají obvykle nejlehčí hmotnost ze všech závodních vozů ve své výkonnostní třídě a nejvyšší koncentraci výkonu mezi vozy jejich hmotnosti. Hmotnosti monopostů se pohybují v rozmezí 455-700 kilogramů a výkon může dosáhnout i překročit 1000 koní . To z nich spolu s vysokou aerodynamikou dělá ty nejschopnější zrychlení v zatáčkách a jsou nejrychlejší ze všech závodních vozů.
Prototypy se v zásadě liší pouze uzavřenými koly, a proto teoreticky mohou dosahovat i takových dynamických výkonů, ale v současnosti se takové vozy používají pouze ve vytrvalostních závodech , a proto je nelze s monoposty srovnávat v rychlosti [20] . Z monopostu je přitom možné postavit prototyp tak, že na něj nainstalujete odlehčenou karoserii zakrývající kola – tak se v druhé polovině 70. let stavěly prototypy Can-Am
Vysoké dynamické vlastnosti monopostů kladou zvýšené nároky na fyzickou přípravu pilotů. Také auto s otevřenými koly poskytuje mírnou výhodu, protože pro pilota je snazší vytvořit trajektorii pohybu díky skutečnosti, že vidí kola automobilu. Pilotování navíc vyžaduje větší péči, monoposty prakticky neunesou kontakty bez poškození a kontakt kola na kolo je velmi nebezpečný kvůli tomu, že jedno z aut může vzlétnout a převrátit se.
Závodníci s otevřenými koly si je mohou postavit sami (jako v mistrovství světa formule 1), nebo si je mohou zakoupit od výrobce třetí strany (ve většině ostatních případů). Moderní výrobci monopostů:
Vozy s otevřenými koly se používají téměř výhradně v okruhových závodech na zpevněných tratích – stacionárních, provizorních nebo oválných tratích. Sprintové vozy a midjety se používají při závodech na krátkých škvárových tratích. Také monoposty vyřazené z provozu z jiných sérií mohou být použity v závodech ve šplhání do vrchu .