Краткая история технологии барьеров в Формуле 1

Содержание

1. История технологии барьеров в Формуле 1
2. Усиление безопасности в автогонках
3. Проблема деформации автомобилей при столкновении с барьером
4. Ускорение и замедление: взаимосвязь силы и времени
5. Единица измерения ускорения: "g"
6. Основные провода и сетки в качестве барьеров
7. Проблемы сеток и их ограничения
8. Роль угла столкновения при выборе барьера
9. Барьеры-стены из бетона
10. Барьеры из шин: универсальное решение
11. Инновационные барьеры TecPro
12. Прошлые и будущие технологии безопасности в Формуле 1

💥 История технологии барьеров в Формуле 1

Безопасность в автомобильных гонках всегда являлась приоритетом, ведь слишком высокая скорость и рискованные маневры может привести к серьезным авариям и травмам. В данной статье мы рассмотрим историю технологии барьеров в Формуле 1 и то, как мудрая инженерия помогла решить проблему с вылетом машин с трассы.

🏁 Усиление безопасности в автогонках

В силу высоких скоростей и больших перегрузок, с которыми сталкиваются автомобили при авариях, мир автогонок вынужден был разработать различные решения для предотвращения серьезных травм гоночных пилотов.

🔧 Проблема деформации автомобилей при столкновении с барьером

При аварии машина может повредиться или деформироваться при сильном ударе о защитный барьер. Огромные перегрузки, с которыми сталкивается автомобиль при столкновении, могут стать причиной серьезных травм для пилота.

⏱ Ускорение и замедление: взаимосвязь силы и времени

Ускорение является ключевым фактором при аварии. Быстрое замедление автомобиля может привести к огромным перегрузкам на пилота, что делает аварию очень опасной и рискованной.

⚡️ Единица измерения ускорения: "g"

Единицей измерения ускорения, используемой в автогонках, является "g". Удары, при которых ускорение достигает нескольких "g", могут быть серьезно опасными для пилота.

🛠 Основные провода и сетки в качестве барьеров

Простые металлические провода и сетки были широко использованы в качестве барьеров на автогонках. Они предлагали относительно дешевое и простое решение, но имели свои ограничения и проблемы.

⛓ Проблемы сеток и их ограничения

Несмотря на свою эффективность, металлические сетки имели свои проблемы. Они могли причинить вред пилотам, оказавшись вплетенными в проводки автомобиля. Также их было сложно восстановить после аварии.

➰ Роль угла столкновения при выборе барьера

Угол столкновения играет важную роль при выборе оптимального типа барьера. Рассмотрим, как подобрать барьер, чтобы эффективно поглотить энергию при ударе под большими углами.

🧱 Барьеры-стены из бетона

Стены из бетона успешно применяются в автогонках для задержки автомобилей при столкновениях. Они обладают хорошей прочностью и способностью отражать автомобили, что снижает риск серьезных травм.

🏎 Барьеры из шин: универсальное решение

Шины являются одним из наиболее распространенных типов барьеров в автогонках. Их преимущество в том, что они мягкие и способны поглощать энергию при столкновении, снижая риск серьезных травм.

🔬 Инновационные барьеры TecPro

Барьеры TecPro представляют собой инновационные барьеры, разработанные для предотвращения серьезных травм. Они обладают гибкостью и возможностью адаптации к различным типам трасс.

👍 Прошлые и будущие технологии безопасности в Формуле 1

В Формуле 1 постоянно вносятся улучшения в области безопасности. Разработчики и инженеры постоянно работают над развитием новых технологий и усовершенствованием существующих систем для обеспечения безопасности гонщиков.

📝 Формула безопасности: современные технологии барьеров в Формуле 1

Формула 1 – это опасное предприятие, и нельзя гарантировать, что автомобиль останется на трассе во время гонки. Возникающий риск аварии требует обеспечения безопасности как для гонщиков, так и для зрителей и персонала на трассе. С высокими скоростями, сопровождающими гонки, мировой автоспорт разработал множество решений, чтобы предотвратить неуправляемые аварии, не наносящие вред гонщикам. В этом видео мы рассмотрим краткую историю технологии барьеров в Формуле 1 и то, как продуманная инженерия помогла решить проблему вылета автомобилей за пределы трассы, а также внесла свои проблемы.

Дуглас Адамс однажды написал: «Не падение убивает тебя, а резкий останов в конце». Не исключением являются случаи аварий в автогонках. Риск серьезного повреждения при аварии в основном связан с массовым ускорением. Ускорение - это изменение скорости со временем. Ускорение создает действующую на вас силу. Вы можете постепенно разогнать автомобиль от нуля до ста километров в час и не почувствовать ничего особенного, но формула 1 справится с этим за считанные секунды, и это затронет вашу грудь. Она также может остановиться еще быстрее. Ускорение и замедление по сути одно и то же, кстати. Разгон от нуля до 200 километров в час за 3 секунды имеет то же ускорение, что и замедление от 200 до нуля за 3 секунды… просто в противоположном направлении. Две составляющие ускорения: изменение скорости и время, затраченное на изменение скорости. Если автомобиль формулы 1 врезается в неподвижную бетонную стену со скоростью 100 километров в час, он остановится практически мгновенно. Это огромное замедление, и чем больше замедление, тем больше силы вы испытаете в качестве гонщика, и тем опаснее будет авария. Тело, органы и мозг подвергаются огромной передаче энергии. Аварии в формуле 1 часто описываются в «g» - например, авария со значением 21g. G - единица ускорения. Если вы знаете, что резкий тормоз в обычной дорожной машине при скорости 60 миль в час производит менее 1g замедления, вы можете представить, насколько огромной может быть столкновение с ускорением 30g. Большая часть проектирования барьеров Формулы 1 заключается в снижении замедления путем увеличения времени и расстояния, необходимых для остановки автомобиля при столкновении. Я буду называть это способностью снижать замедление как "поглощение импульса" или «поглощение энергии», когда барьер в идеале отнимает часть энергии удара от автомобиля и гонщика. Кинетическая энергия движущегося объекта увеличивается со скоростью, поэтому автомобиль Формулы 1, движущийся со скоростью 150 км/ч, имеет в 2,2 раза больше энергии, чем автомобиль, движущийся со скоростью 100 км/ч. При 200 км/ч энергия в 4 раза больше. Вы видите, какие задачи выполняют барьеры! В то время, когда трассы часто находились в городах, на аэродромах и на общественных дорогах, часто использовались покрытые соломой балки в качестве барьеров у трассы. Тогда они были дешевыми и доступными предметами с некоторым весом, которые могли поглощать часть импульса движущейся машины при столкновении. Если вы сталкиваетесь со стационарным объектом и заставляете его двигаться, это является передачей импульса от одного объекта к другому. Подумайте о шарах в бильярде. Однако покрытые соломой балки могли зацепить машину и перевернуть ее, что особенно опасно, если ваша машина имела такой вид. Зацепив автомобиль, они также могли вызвать его прокрутку, что приводит к передаче поворотной энергии, способной вызвать травмы, такие как ушибы шеи. После столкновения покрытые соломой балки оставляют солому на трассе, что является скользким и опасным. И, самое худшее - оказалось, что солома крайне воспламеняется. Самая известная трагедия, связанная с соломой, произошла, когда Лоренцо Бандини разбился и перевернулся на гран-при Монако в 1967 году, оказавшись запертым и горящим в стоге соломы. В итоге он скончался от ожогов. Бали были запрещены в 1970 году. Очень популярным видом барьеров были сетки-ловушки, представляющие собой довольно дешевое и радостное средство предотвращения вылета машин с трассы. Это простая конструкция проволочного забора, объединенного в кабельную сетку, расположенного на краю трассы. Машины могли врезаться в них, и сетка деформировалась и «ловила» машины, поглощая удар путем деформации формы сетки. К сожалению, и у нее было свои проблемы: сетка деформировалась настолько легко, что она могла обвиться вокруг автомобиля и затруднить извлечение водителя. В случае возгорания или получения травмы вы видите проблему. Сетка могла обернуться вокруг самих гонщиков: Карлос Рейттеман едва не задохнулся от одной на гран-при Южной Африки 1981 года. И она не легко восстанавливается после попадания, что является проблемой, если вы хотите продолжить гонку без задержек. Теперь, когда вы слышите термин "сетка-ловушка" в Формуле 1, обычно речь идет о усиленных сетчатых заграждениях, которые никогда не являются основной составляющей для предотвращения столкновений автомобилей. Одна из важных вещей, которую следует учитывать при выборе и размещении барьера, это угол столкновения. На поворотах автомобиль обычно вылетает с трассы и врезается в барьер под крутым углом, а на прямой угол столкновения будет меньше, когда автомобиль врежется в барьер меньшим углом. Но что нас фактически интересует в обоих случаях - это то, какую скорость несет автомобиль перпендикулярно барьеру. Независимо от его траектории, можно считать, что энергия автомобиля несется в двух взаимодействующих направлениях: параллельно барьеру и перпендикулярно барьеру. При крутом угле столкновения большая часть скорости будет нести в себе компонент, перпендикулярный барьеру, и нам нужно рассмотреть, как абсорбировать эту энергию в барьере. Но при мелком угле большая часть энергии несется параллельно барьеру, только небольшая часть направлена прямо в барьер. В таких случаях мы должны поглотить энергию в этом параллельном направлении, минимизировав деформацию барьера и замедлив автомобиль с помощью трения, заставив его скользить по стене вместо того, чтобы биться о нее. Бетонные стены хорошо справляются с этим. Они плохо поглощают энергию в перпендикулярном направлении, так как они крайне жесткие и неподвижные. Вы действительно не хотите врезаться в них прямо. Но они прекрасно отражают автомобили и поглощают импульс с помощью трения. По прямым участкам трассы мы можем увеличить вероятность мелкого угла столкновения, приблизив стены к краю трассы. Когда автомобиль теряет управление, ему требуется время, чтобы пройти через кривую и изменить свою траекторию с параллельной на перпендикулярную - приближение стены заставляет его столкнуться со стеной под мелким углом. Это замечательно работает, если у вас мало места на вашей трассе или вы хотите приблизить трибуну. Более распространенным видом барьеров, чем бетонные стены, являются скромные палки-ограждения. У ограждения есть характерная колеблющаяся форма "W", и это неспроста: если вы согните плоскость материала в одном направлении, ее довольно сложно согнуть в другом направлении. Попробуйте сделать это с листом бумаги - когда вы его сложили, он не очень хочет сгибаться в обратном направлении. Кстати, именно поэтому мы держим ломтик пиццы, согнутым вдоль - он не будет проседать, если он уже выгнут по длине. Таким образом, палка-ограждение очень прочно по длине, и если автомобиль ударяет его с достаточно мелким углом, оно деформируется лишь незначительно, поглощает энергию удара и направляет автомобиль по своей длине, останавливая его без выброса на трассу (в большинстве ситуаций). Стойки и дополнительные элементы сзади ограждения предназначены для деформации и поглощения части удара. Конечно, сильно поврежденные палки-ограждения трудно восстановить, и замена их может быть дорогостоящей, а также они действительно работают в низкоскоростных зонах с ограниченным пространством для отката, как в Монако. Эти барьеры идеально подходят для Монако. Но для максимальной универсальности познакомимся с еще одним всеми любимым и знаменитым другом - Шинным барьером. К этому простому решению можно описать следующие преимущества: использованные шины дешевы и легко доступны. Шины мягкие и гибкие, что очень полезно для поглощения энергии - энергия от быстрого автомобиля направляется в деформирование резины, схожее с упругой пружиной. За последние годы мы улучшили эффективность шинных барьеров во многих отношениях. Шины фиксируются или заклепляются вместе, а не свободно складываются. Нескладные шины рассеивают энергию удара через всю их структуру. Чем плотнее вы прикрепляете шины друг к другу, тем жестче становится стена, как более тугая подтяжка трамплина. Также жесткость структуры можно регулировать количеством рядов шин. Между двумя и шестью рядами шин обычно используется в одном шинном барьере, при этом больше рядов создает более жесткую, менее гибкую стену. Жесткая конструкция лучше всего подходит для зон с высокой вероятностью высокоскоростного удара, так как они способны поглотить гораздо больше энергии, где мягкая стена могла бы позволить автомобилю столкнуться с задней стенкой. Шинные барьеры сейчас оборачиваются большими поясами или покрытиями. Для этого есть несколько причин: 1 - если шины открыты, то при поверхностном столкновении они могут задержаться и вызвать крутую спираль вращения автомобиля. Гладкая поверхность позволяет автомобилю скользнуть по барьеру при мелком столкновении. 2 - покрытие шины значительно сложнее проникнуть, чем на открытые шины. При открытых шинах автомобиль может встречаться, как стрела, что затрудняет извлечение и увеличивает вероятность попадания в голову - хотя это теперь менее вероятно, благодаря хало. Еще одно инновационное решение, часто незаметное, - это вставки в шинный барьер Формулы 1. Они представляют собой пластиковые трубки, помещенные в шины сами, что делает их труднее деформировать - т.е. для деформации шин требуется больше энергии. Это может удвоить возможность поглощения энергии шинного барьера. Наконец, давайте вкратце рассмотрим барьеры TecPro. Это специально разработанные барьеры, состоящие из тесселирующихся элементов, которые поставляются в двух видах: красного "поглощающего блока", полости из пены, которая сжимается довольно легко, и серого "усиленного блока" с крепкой пенной оболочкой, мягким пенным ядром и тонкой стальной стенкой внутри с целью предотвратить проникновение автомобилей сквозь барьер. Фактически они довольно похожи на ремни шинных ограждений по тому, что хотят достичь, но они спроектированы с такой же адаптивностью в аранжировке их, а также со своей тесселирующей формой, позволяющей им вписаться в разные формы поворотов. Они имеют несколько небольших проблем на протяжении годов. Одна из них заключается в том, что при низком носу формулы 1 они могут подниматься при ударе и оказаться внутри автомобиля, а не замедлять его как следует. Мальдонадо даже сумел вырвать один барьер TecPro в Монте-Карло и перетащить его на трассу, так что, возможно, их вес не совсем правильный для всех ситуаций. Вопрос безопасного и контролируемого движения быстро движущихся автомобилей - очень сложное дело, и в нем было проведено много инженерных исследований для поиска решений, которые можно было бы использовать в различных ситуациях: универсальные, экономически эффективные, повторно используемые после столкновений, и возможные для восстановления (для предотвращения длительных задержек сессии). В Формуле 1 в частности, кажется, что нашим лучшим другом продолжает оставаться скромный, гибкий и предсказуемый шинный барьер, и легко понять, почему.