Рождение машины Формулы 1. Часть первая

До презентации новых шасси Формулы 1 осталось совсем мало времени. А что происходит за кулисами производственных цехов Больших Призов? Сегодня у нас есть уникальная возможность заглянуть в святая святых – в отдел разработки и производства на базе команды Ф1...

С точки зрения анатомии шасси Формулы 1 состоит из более чем 20 тысяч элементов. Собирая их вместе в правильном порядке, вы воплощаете задумку и философию создателя – его концепцию, сформулированную задолго до этого.

«Если считать от первой задумки концепции до финальной точки реализации, цикл производства шасси Формулы 1 с нуля занимает больше года – месяцев 14, – со знанием дела отметил Ник Честер, технический директор отдела шасси Renault F1. – Всё зависит от того, насколько сильно вы меняете философию его предшественника».

Но перед тем как начать собирать мозаику, в команде Ф1 должны определиться с базовыми производственными ориентирами, на которые они будут опираться при разработке машины. За точку отсчета инженеры обычно берут текущую концепцию шасси.

«Когда технический регламент не меняется, вы спокойно можете брать за основу прошлогоднее шасси, – продолжил Честер. – При этом вы должны четко определиться с "узкими местами" машины, ее ограничениями, не дающими шасси развиваться.

К примеру, вы точно знаете, что у нынешнего шасси есть серьезные проблемы с компоновкой системы охлаждения. В этом случае при проектировании нового автомобиля вы уделяете этому аспекту повышенное внимание.

Также вы ставите себе целью дать специалистам по аэродинамике максимальную свободу творчества при производстве основных структур. Например, они могут обнаружить, что для лучшего развития шасси в будущем необходимо сделать какое-то серьезное изменение в основе машины. В этом случае мы внесем нужные коррективы и продолжим двигаться дальше уже с этой точки.

Вы всегда стараетесь выделить слабые места шасси, чтобы они не мешали специалистам по аэродинамике в работе. Другое дело, если, как в 2017-м, регламент кардинально меняется. Тогда вам приходится работать параллельно над всеми процессами».

Когда работу необходимо начинать с чистого листа, инженеры первым делом отрисовывают кузовные элементы и каркас будущего шасси, которые в дальнейшем будут вмещать внутренности – топливный бак, двигатель, коробку передач и так далее.

«База любого проектирования – это, конечно, регламент, – продолжил Ник. – Нужно досконально изучить его и выявить все допустимые нормы в отношении геометрии шасси.

Также важно помнить, что в регламенте не оговариваются габариты каждого отдельного элемента шасси – иначе все машины Ф1 были бы одинаковыми. Вместо этого правила описывают области, в которых инженеры вольны размещать компоненты. К примеру, Статья 3.7.1 регламентирует габариты переднего антикрыла четырьмя условными линиями. Так что при производстве машины мы чаще оперируем понятием "допустимые пределы".

В регламенте оговорено, где должны располагаться ступни гонщика относительно передней оси, насколько от гонщика должен быть удален топливный бак. Всё это определяет геометрию шасси, посадку пилота в кокпите и требования к нормам омологации».

Синхронизирование параллельных процессов

Было бы странно думать, что отдел аэродинамики разрабатывает шасси в изоляции от других департаментов на базе команды и просто диктует им, в какие рамки им следует умещать свои компоненты. Нет, работа всегда ведется параллельными курсами.

«При разработке шасси в любой момент времени запущено одновременно множество процессов, – подтвердил Честер. – Специалисты по аэродинамике работают над внешним образом машины в стремлении оптимизировать отношение создаваемой прижимной силы к уровню лобового сопротивления.

У них есть изначальный план по созданию аэродинамических структур, и они рассчитывают, что необходимо сделать в плане геометрии, чтобы достичь поставленных целей.

При этом мы работаем параллельно с мотористами в Вири и тесно обсуждаем способы снижения веса шасси в задней части без потери аэродинамической эффективности. Так что работа постоянно ведется в очень плотном взаимодействии между Энстоуном и Вири».

Возьмем, к примеру, топливный бак, который должен вмещать 105 кг горючего на гонку. Мотористы и проектировщики шасси должны совместно принять решение по компоновке бака с учетом того, что его задняя часть будет размещаться вблизи от раскаленных элементов силовой установки.

В этом отношении необходимо найти оптимальный компромисс между весом и габаритами элемента: более длинная геометрия топливного бака непременно скажется на размере радиаторов и будет тормозить прохождение воздушного потока. В то же время увеличение рабочих температур блока рекуперации энергии может позволить снизить габариты радиаторов, что в свою очередь решит проблему повышенного лобового сопротивления. Всё взаимосвязано.

После того как общая концепция шасси определена, необходимо приступать к принятию решений по конкретным габаритам бака, двигателя, коробки передач, подвески и так далее.

Конечно, все эти решения должны четко соотноситься с техническим регламентом, определяющим все допустимые габариты элементов, но в расчет должны браться и требования аэродинамики. На самом деле компоновка ключевых механических узлов оказывает серьезное влияние на итоговую аэродинамическую эффективность шасси.

На практике производство внутренних компонентов шасси должно предшествовать проектированию внешнего каркаса и обшивки. При этом на изготовление начинки машины уходит гораздо больше времени, чем на элементы кузова, особенно если на зимних тестах предполагается использовать сразу несколько разных трансмиссий.

«Одним из первых вопросов, с которым нужно определиться при проектировании нового шасси, является вопрос геометрии коробки передач, – продолжил Честер, – поскольку на ее производство уходит до шести месяцев. К тому же, коробка тесно взаимодействует с силовой установкой, и от ее геометрии зависит колесная база шасси и компоновка подвески. Коробка передач должна выдерживать нагрузки от подвески и определять правильные места крепления рычагов.

Мы все понимаем, что к определенной дате мы обязаны представить полный проект шасси, чтобы можно было приступать к процессу производства. Мы знаем, что дедлайн по конструкции и компоновке коробки передач всегда стоит раньше остальных компонентов. И в отделе проектирования стараются так синхронизировать все крайние сроки по элементам, чтобы выйти на заранее запланированную итоговую дату».

В этой гонке со временем главную роль играет процесс производственного планирования, речь о котором пойдет дальше.

Производственное расписание

После завершения работы по созданию концепции шасси наступает фаза запуска и управления несколькими параллельными потоками задач, каждая из которых относится к конкретной области производства и зависит от других потоков.

Если говорить просто, можно представить это как постоянный обмен информацией между отделами в процессе производства. К примеру, парни из отдела аэродинамики могут запросто подняться в инженерам, работающим с трансмиссией и сказать: «Слушайте, если изменить геометрию этого элемента в области диффузора, можно получить серьезную прибавку в прижимной силе. Вы сможете скомпоновать трансмиссию с учетом этого, но без вреда для эффективности и жесткости конструкции?»

«Синхронизация производственного процесса – это невероятно трудная задача, – заметил Ник Честер. – На этом этапе можно как столкнуться с серьезными проблемами, так и отыскать новые незапланированные возможности для развития шасси.

На самом деле допустимо вносить определенные корректировки по срокам, если это необходимо. К примеру, если отдел аэродинамики просит приостановить некоторые процессы для получения дополнительного преимущества, мы всегда идем им навстречу.

Нужно постоянно адаптировать программу синхронизации процессов, но в итоге необходимо прийти к условленной ранее дате окончания работ. Это очень непросто.

Приходится одновременно следить за многими производственными процессами и делать выводы о том, где вы находитесь в данный момент. Кроме того, необходимо совершенно четко понимать, когда есть зазор по времени, чтобы внести какие-то изменения в тот или иной процесс, а когда уже поздно.

К примеру, в прошлом году в Сильверстоуне мы представили новое днище, которое позволило несколько иначе настраивать подвеску. Мы задолго до этого знали о такой возможности и подготовились к этому обновлению заранее. Важно как можно раньше ответить на подобные вопросы и адаптировать процессы, иначе некоторые новинки просто невозможно будет внедрить по ходу сезона».

Когда всё начинается?

Когда новое шасси впервые выкатывают из боксов в конце февраля на предсезонных тестах, инженеры уже вовсю думают о следующей машине.

«Обычно процесс закладки фундамента нового автомобиля начинается на предсезонных тестах за год до дебюта, – продолжил Ник. – К примеру, о машине 2018 года мы впервые заговорили в начале 2017-го, а о некоторых компонентах задумались еще раньше – в основном это касается силовой установки.

Дело в том, что компоновка двигателя серьезно влияет на геометрию шасси в задней части. И если мы хотим, чтобы у наших мотористов было достаточно времени (а их производственные процессы всегда самые продолжительные), необходимо задумываться о концепции шасси 2018 года еще в октябре 2016-го.

Переключение ресурсов обычно происходит где-то в июне. 2017 год постепенно идет на убыль, а 2018-й не за горами. И в июне мы отряжаем большое количество людей на новые задачи».

Цикличный процесс

Разработка нового шасси Ф1 являет собой цикличный процесс, на протяжении которого инженеры занимаются тонкой доводкой утвержденных элементов и стараются дополнять концепцию новыми плодотворными идеями.

Команды используют средства вычислительной гидродинамики, чтобы высчитывать аэродинамическую эффективность элементов еще до их производства и последующей продувки в аэродинамической трубе. И этот процесс повторяется снова и снова, пока инженеры оптимизируют геометрию деталей.

Механические части шасси также проходят целую серию испытаний для достижения оптимальной надежности и жесткости конструкции. Последние изменения в геометрию нового шасси обычно вносятся в конце лета.

После подписания конструкторским отделом спецификации ключевых компонентов начинается процесс производства. Но об этом мы поговорим во второй, заключительной части статьи.

Продолжение следует...

Перевел и адаптировал материал: Александр Гинько

Источник: http://en.f1i.com/magazine/magazine-technical/289948-birth-formula-1-car-conceptual-work.html

Подписывайтесь на нас в Telegram, чтобы получать первыми новости в своей ленте и не пропускать конкурсы и розыгрыши фирменной атрибутики Формулы 1