Формула-1: Технические и спортивные регламенты

Введение

Класс гоночных автомобилей Формулы-1 (англ. Formula One car) – это одноместный гоночный автомобиль с открытой кабиной и открытыми колесами, оснащенный значительными передними и задними крыльями и двигателем, расположенным за водителем, предназначенный для участия в соревнованиях Формулы-1. Правила, регулирующие эти автомобили, уникальны для чемпионата и предписывают, что автомобили должны быть сконструированы самими гоночными командами, хотя разработка и производство могут быть переданы на аутсорсинг. Пиковые поперечные перегрузки, испытываемые гонщиками Формулы-1 в поворотах, достигают шести g.

Конструкция шасси

Современные автомобили Формулы-1 изготавливаются из композитов на основе углеродного волокна и других сверхлегких материалов. Минимально допустимая масса включает в себя вес гонщика, но не топливо. Взвешивание автомобилей производится с шинами для сухой погоды. До сезона Формулы-1 2014 года машины часто оказывались легче установленного лимита, поэтому команды добавляли балласт для увеличения веса. Преимущество использования балласта заключается в возможности его размещения в любой точке автомобиля для достижения оптимального распределения веса. Это позволяет снизить центр тяжести машины, повышая её устойчивость, а также точно настроить распределение веса в соответствии с особенностями конкретной трассы.

Двигатели

В сезоне 2006 года Международная федерация автомобильного спорта (FIA) представила новую формулу двигателя, которая предписывала использование 2,4-литровых атмосферных двигателей V8 с не более чем четырьмя клапанами на цилиндр. С новой 2,4-литровой формулой V8 были введены и дополнительные технические ограничения, такие как запрет на переменные впускные резонаторы, чтобы не допустить слишком быстрого увеличения оборотов и мощности командами. В сезоне 2009 года в Формуле-1 максимальные обороты двигателей были ограничены 18 000 об/мин для повышения надежности и снижения затрат. Команды начали использовать экзотические сплавы в конце 1990-х годов, что привело к запрету FIA на использование экзотических материалов при изготовлении двигателей, разрешив применение только алюминиевых, титановых и железных сплавов для поршней, цилиндров, шатунов и коленчатых валов. Одной из причин доминирования Mercedes в начале сезона стало расположение компрессора турбокомпрессора с одной стороны двигателя и турбины – с другой; они были соединены валом, проходящим через развал блока цилиндров. Это позволило сократить длину трубопроводов для воздуха, уменьшив тем самым турбояма и повысив эффективность автомобиля. Кроме того, воздух, поступающий в компрессор, охлаждался лучше, поскольку находился дальше от горячей турбинной секции.

Трансмиссия

Автомобили Формулы 1 используют высокоавтоматизированные полуавтоматические последовательные коробки передач с переключателями на руле, при этом регламент предписывает использование 8 передач вперед (увеличенное с 7 с сезона 2014 года) и 1 передачи назад с приводом на задние колеса. Коробка передач изготавливается из углеродного титана, поскольку отвод тепла является критически важной задачей, и крепится к задней части двигателя. Полностью автоматические коробки передач, а также системы, такие как система запуска и система контроля тяги, запрещены с 2004 и 2008 годов соответственно, чтобы сохранить важность мастерства и вовлеченности пилота в управление автомобилем, а также чтобы гарантировать, что ни одна команда не использует эти системы нелегально для получения конкурентного преимущества и для снижения затрат. Пилот инициирует переключение передач с помощью лепестков на руле, а точное переключение выполняют продвинутые электрические соленоиды, гидравлические приводы и датчики, а также система электронного управления дроссельной заслонкой. Управление сцеплением также осуществляется электрогидравлически, за исключением старта с места (т.е. из неподвижного положения на нейтральной передаче) в первую передачу, когда пилот вручную управляет сцеплением с помощью рычага на руле. Последний автомобиль Формулы 1 с традиционной механической коробкой передач, Forti FG01, участвовал в гонках в 1995 году. Современное сцепление Формулы 1 представляет собой многодисковую карбоновую конструкцию диаметром менее . Начиная с сезона 2009 года, все команды используют коробки передач с бесшовным переключением, которые позволяют практически мгновенно переключать передачи с минимальной потерей мощности. Время переключения передач в современных автомобилях Формулы 1 составляет около 2–3 мс. Для снижения затрат в Формуле 1 коробки передач должны выдерживать пять гонок подряд, а с 2015 года передаточные числа коробки передач фиксируются на каждый сезон (в 2014 году их можно было изменить только один раз). Замена коробки передач до установленного срока влечет за собой штраф в виде потери пяти позиций на стартовой решетке в первой гонке с новой коробкой передач.

Аэродинамика

Аэродинамика стала ключевым фактором успеха в этом виде спорта, и команды ежегодно тратят десятки миллионов долларов на исследования и разработки в этой области. Перед аэродинамическим конструктором стоят две основные задачи: создание прижимной силы, чтобы увеличить сцепление шин с трассой и улучшить характеристики в поворотах, и минимизация сопротивления, возникающего из-за турбулентности и замедляющего автомобиль. Несколько команд начали экспериментировать с теперь уже привычными крыльями в конце 1960-х годов. Крылья гоночных автомобилей работают по тому же принципу, что и крылья самолетов, но сконфигурированы для создания нисходящей силы, а не восходящей. Современный автомобиль Формулы-1 способен развивать боковую перегрузку в 6 G благодаря аэродинамической прижимной силе. Эта прижимная сила обычно превышает вес автомобиля. Это означает, что теоретически на высоких скоростях они могли бы ехать по перевернутой поверхности подходящей конструкции, например, по потолку. Использование аэродинамики для увеличения сцепления автомобилей впервые было применено в Формуле-1 в сезоне 1968 года командами Lotus, Ferrari и Brabham. Сначала Lotus представила скромные передние крылья и спойлер на Lotus 49B Грэма Хилла на Гран-при Монако 1968 года, а затем Brabham и Ferrari пошли дальше на Гран-при Бельгии 1968 года, установив полноразмерные крылья на стойках высоко над головой пилота. Ранние эксперименты с подвижными крыльями и высоким расположением привели к нескольким серьезным авариям, и в сезоне 1970 года были введены правила, ограничивающие размер и расположение крыльев. Эти правила со временем эволюционировали и до сих пор применяются. В конце 1960-х годов Джим Холл из Chaparral впервые применил в автогонках эффект "земного экрана" для создания прижимной силы. В середине 1970-х годов инженеры Lotus обнаружили, что весь автомобиль можно превратить в гигантское крыло, создав аэродинамический профиль на его нижней стороне, который будет прижимать автомобиль к дороге под воздействием воздушного потока. Развивая идею Джима Холла, использованную в его спортивном прототипе Chaparral 2J, Гордон Мюррей спроектировал Brabham BT46B, оснащенный вентилятором радиатора, который также вытягивал воздух из-под днища автомобиля, создавая огромную прижимную силу. После протестов со стороны других команд автомобиль был снят с гонки после одного участия. Вскоре после этого были внесены изменения в правила, ограничивающие преимущества эффекта "земного экрана" – сначала был запрещен обтекатель днища, а затем потребовалось использование "ступенчатого днища". Несмотря на использование полноразмерных аэродинамических труб и огромной вычислительной мощности аэродинамическими отделами большинства команд, фундаментальные принципы аэродинамики Формулы-1 остаются неизменными: создание максимальной прижимной силы при минимальном сопротивлении. Основные крылья, установленные спереди и сзади, имеют различные профили в зависимости от требований к прижимной силе на конкретной трассе. На узких и медленных трассах, таких как Монако, требуются агрессивные профили крыльев – автомобили используют два отдельных "элемента" на заднем крыле (два – максимально допустимое количество). Напротив, на высокоскоростных трассах, таких как Монца, автомобили лишаются максимально возможного количества крыльев, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость на длинных прямых. Каждая поверхность современного автомобиля Формулы-1, от формы рычагов подвески до формы шлема пилота, учитывает аэродинамические эффекты. Нарушенный воздушный поток, когда он "отрывается" от кузова, создает турбулентность, которая увеличивает сопротивление и замедляет автомобиль. Почти столько же усилий было потрачено на снижение сопротивления, как и на увеличение прижимной силы – от вертикальных концевых пластин на крыльях, предотвращающих образование вихрей, до диффузоров, установленных в нижней части задней части автомобиля, которые помогают выравнивать давление быстрого воздушного потока, прошедшего под автомобилем, и предотвращают образование зоны низкого давления, тянущей за собой автомобиль. Тем не менее, конструкторы не могут сделать свои автомобили слишком "гладкими", поскольку необходимо обеспечить достаточный приток воздуха для рассеивания огромного количества тепла, выделяемого двигателем и тормозами. В последние годы большинство команд Формулы-1 пытались имитировать дизайн "узкой талии" Ferrari, при котором задняя часть автомобиля максимально узкая и низкая. Это снижает сопротивление и увеличивает количество воздуха, доступного для заднего крыла. "Баржи", установленные по бокам автомобиля, также помогают формировать воздушный поток и минимизировать турбулентность. Изменения в правилах, вступившие в силу в 2005 году, заставили аэродинамиков проявлять еще больше изобретательности. В попытке снизить скорость FIA увеличила прижимную силу, подняв переднее крыло, переместив заднее крыло вперед и изменив профиль заднего диффузора. Конструкторы быстро восстановили большую часть этой потери, используя различные сложные и новые решения, такие как "рога" на крыльях, впервые появившиеся на McLaren MP4-20. Большинство этих инноваций были фактически запрещены еще более строгими аэродинамическими правилами, введенными FIA на 2009 год. Эти изменения были направлены на облегчение обгонов, позволяя автомобилю ехать ближе к другому. Новые правила вывели автомобили в новую эру, с более низкими и широкими передними крыльями, более высокими и узкими задними крыльями и в целом более "чистым" кузовом. Возможно, самым интересным изменением стало введение "подвижной аэродинамики", позволяющей пилоту вносить ограниченные корректировки в переднее крыло из кабины во время гонки. Новая система DRS (Drag Reduction System) заднего крыла, представленная в 2011 году, заменила предыдущую систему. Она также позволяет пилотам вносить корректировки, но ее доступность регулируется электроникой – изначально ее можно было использовать в любое время в практике и квалификации (если пилот не использует шины для дождя), но во время гонки она могла быть активирована только тогда, когда пилот отстает от другого автомобиля менее чем на секунду в заранее определенных точках трассы. (С 2013 года DRS доступен только в заранее определенных точках во всех сессиях). Система деактивируется, как только пилот нажимает на тормоза. Система "закрывает" заднее крыло, открывая клапан, который создает горизонтальный зазор в 50 мм в крыле, тем самым уменьшая сопротивление и позволяя достичь более высоких максимальных скоростей. Однако это также снижает прижимную силу, поэтому обычно используется на длинных прямых участках трассы или участках, где не требуется высокая прижимная сила. Система была введена для стимулирования обгонов и часто является причиной обгонов на прямых или в конце прямых, где обгон поощряется в следующих поворотах. Однако реакция на систему DRS была неоднозначной среди пилотов, болельщиков и специалистов. Вернувшийся в Формулу-1 пилот Роберт Кубица заявил, что "не видел ни одного обгона в Формуле-1 уже два года", предполагая, что DRS – это неестественный способ обгона, поскольку он не требует от пилота мастерства для успешного обгона соперника, и, следовательно, это не обгон.

Aerodynamics has become key to success in the sport, and teams spend tens of millions of dollars on research and development in the field each year. The aerodynamic designer has two primary concerns: the creation of downforce, to help push the car's tyres onto the track and improve cornering forces, and minimising the drag that gets caused by turbulence and acts to slow the car down. Several teams started to experiment with the now familiar wings in the late 1960s. Racecar wings operate on the same principle as aircraft wings but are configured to cause a downward force rather than an upward one. A modern Formula One car is capable of developing 6 Gs of lateral cornering force due to aerodynamic downforce. The aerodynamic downforce allowing this is typically greater than the weight of the car. That means that, theoretically, at high speeds, they could drive on the upside down surface of a suitable structure; e. g. on the ceiling. The use of aerodynamics to increase the cars' grip was pioneered in Formula One in the F1 season of 1968 season by Lotus, Ferrari and Brabham. At first, Lotus introduced modest front wings and a spoiler on Graham Hill's Lotus 49B at the 1968 Monaco Grand Prix; then, Brabham and Ferrari went one better at the 1968 Belgian Grand Prix with full width wings mounted on struts high above the driver. Early experiments with movable wings and high mountings led to some spectacular accidents, and for the 1970 season, regulations were introduced to limit the size and location of wings. Having evolved over time, similar rules are still used today. In the late 1960s, Jim Hall of Chaparral, first introduced "ground effect" downforce to auto racing. In the mid 1970s, Lotus engineers found out that the entire car could be made to act like a giant wing by the creation of an airfoil surface on its underside which would cause air moving relative to the car to push it to the road. Applying another idea of Jim Hall's from his Chaparral 2J sports racer, Gordon Murray designed the Brabham BT46B, which had a radiator fan that also extracted air from the skirted area under the car, creating enormous downforce. After technical challenges from other teams, it was withdrawn after a single race. Rule changes then followed to limit the benefits of 'ground effects' – firstly a ban on the skirts used to contain the low pressure area, later a requirement for a 'stepped floor'. Despite the full sized wind tunnels and vast computing power used by the aerodynamic departments of most teams, the fundamental principles of Formula One aerodynamics still apply: to create the maximum amount of downforce for the minimal amount of drag. The primary wings mounted on the front and rear are fitted with different profiles depending on the downforce requirements of a particular track. Tight, slow circuits like Monaco require very aggressive wing profiles – cars run two separate 'blades' of 'elements' on the rear wings (two is the maximum permitted). In contrast, high speed circuits like Monza see the cars stripped of as much wing as possible, to reduce drag and increase speed on the long straights. Every single surface of a modern Formula One car, from the shape of the suspension links to that of the driver's helmet – has its aerodynamic effects considered. Disrupted air, where the flow 'separates' from the body, creates turbulence which creates drag – which slows the car down. Almost as much effort has been spent reducing drag as increasing downforce – from the vertical end plates fitted to wings to prevent vortices forming to the diffuser plates mounted low at the back, which helps to re equalise pressure of the faster flowing air that has passed under the car and would otherwise create a low pressure 'balloon' dragging at the back. Despite this, designers can't make their cars too 'slippery', as a good supply of airflow has to be ensured to help dissipate the vast amounts of heat produced by the engine and brakes. In recent years, most Formula One teams have tried to emulate Ferrari's 'narrow waist' design, where the rear of the car is made as narrow and low as possible. This reduces drag and maximises the amount of air available to the rear wing. The 'barge boards' fitted to the sides of cars have also helped to shape the flow of the air and minimise the amount of turbulence. Revised regulations introduced in 2005 forced the aerodynamicists to be even more ingenious. In a bid to cut speeds, the FIA reduced downforce by raising the front wing, bringing the rear wing forward, and modifying the rear diffuser profile. The designers quickly regained much of this loss, with a variety of intricate and novel solutions such as the 'horn' winglets first seen on the McLaren MP4 20. Most of those innovations were effectively outlawed under even more stringent aero regulations imposed by the FIA for 2009. The changes were designed to promote overtaking by making it easier for a car to closely follow another. The new rules took the cars into another new era, with lower and wider front wings, taller and narrower rear wings, and generally much 'cleaner' bodywork. Perhaps the most interesting change, however, was the introduction of 'moveable aerodynamics', with the driver able to make limited adjustments to the front wing from the cockpit during a race. The new DRS (Drag Reduction System) rear wing system, introduced in 2011 usurped the former system. This too allows drivers to make adjustments, but the system's availability is electronically governed – originally it could be used at any time in practice and qualifying (unless a driver is on wet weather tyres), but during the race, it could only be activated when a driver is less than one second behind another car at pre determined points on the track. (From 2013 DRS is available only at the pre determined points during all sessions). The system is then deactivated once the driver brakes. The system "stalls" the rear wing by opening a flap, which leaves a 50 mm horizontal gap in the wing, thus reducing drag and allowing higher top speeds. However, this also reduces downforce so it is normally used on long straight track sections or sections which do not require high downforce. The system was introduced to promote more overtaking, and is often the reason for overtaking on straights or at the end of straights where overtaking is encouraged in the following corner(s). However, the reception of the DRS system has differed among drivers, fans, and specialists. Returning Formula 1 driver Robert Kubica has been quoted as saying he "has not seen any overtaking moves in Formula 1 for two years", suggesting that the DRS is an unnatural way to pass cars on the track as it does not actually require driver skill to successfully overtake a competitor, therefore, it would not be overtaking.

Крылья

Ранние конструкции связывали крылья непосредственно с подвеской, но несколько аварий привели к правилам, согласно которым крылья должны быть жестко закреплены к шасси. Аэродинамика автомобилей разработана для обеспечения максимальной прижимной силы при минимальном сопротивлении; каждая деталь кузова спроектирована с этой целью. Как и большинство болидов с открытыми колесами, они оснащены большими передними и задними аэродинамическими плоскостями, но они значительно более развиты, чем у американских гоночных автомобилей с открытыми колесами, которые больше зависят от настройки подвески. Например, нос поднят над центром передней аэродинамической плоскости, что позволяет всей ее ширине создавать прижимную силу. Передние и задние крылья имеют сложную форму и подвергаются тонкой настройке, наряду с остальными элементами кузова, такими как поворотные дефлекторы под носом, баржи, боковые понтоны, днище и задний диффузор. Они также оснащены аэродинамическими элементами, направляющими воздушный поток. Такой высокий уровень аэродинамической разработки означает, что болид Формулы-1 создает гораздо больше прижимной силы, чем любой другой автомобиль с открытыми колесами. Например, болиды IndyCar создают прижимную силу, равную их весу (то есть соотношение прижимной силы к весу 1:1) при определенной скорости, в то время как болид Формулы-1 достигает того же соотношения при более высокой скорости, а при еще большей скорости это соотношение составляет примерно 2:1. Баржи, в частности, спроектированы, сформированы, сконфигурированы, отрегулированы и расположены не для непосредственного создания прижимной силы, как в случае с обычным крылом или днищем Вентури, а для создания вихрей от срыва потока на их кромках. Использование вихрей является важной особенностью современных болидов Формулы-1. Поскольку вихрь – это вращающаяся жидкость, создающая зону низкого давления в своем центре, создание вихрей снижает общее местное давление воздуха. Поскольку низкое давление желательно под днищем болида, так как оно позволяет нормальному атмосферному давлению прижимать автомобиль сверху, создание вихрей позволяет увеличить прижимную силу, оставаясь в рамках правил, запрещающих использование эффекта земли. Болиды Формулы-1 сезона 2009 года вызвали много споров из-за конструкции заднего диффузора автомобилей Williams, Toyota и Brawn GP, пилотируемых Дженсоном Баттоном и Рубенсом Барричелло, получивших название "двойных диффузоров". Апелляции многих команд были рассмотрены FIA, которая собралась в Париже перед Гран-при Китая 2009 года, и использование таких диффузоров было признано законным. Руководитель Brawn GP Росс Браун назвал конструкцию двойного диффузора "инновационным подходом к существующей идее". Впоследствии они были запрещены в сезоне 2011 года. Еще одним предметом споров в сезонах 2010 и 2011 годов стало переднее крыло автомобилей Red Bull. Несколько команд протестовали, утверждая, что крыло нарушает правила. Видеозаписи с высокоскоростных участков трасс показали, что переднее крыло Red Bull изгибается по краям, что впоследствии увеличивает прижимную силу. Испытания переднего крыла Red Bull были проведены, и FIA не смогла найти никаких нарушений правил. С начала сезона 2011 года автомобилям разрешено использовать регулируемое заднее крыло, более известное как DRS (система снижения сопротивления), систему для борьбы с турбулентным потоком воздуха при обгоне. На прямых участках трассы гонщики могут активировать DRS, который открывает заднее крыло, уменьшает сопротивление воздуха и позволяет автомобилю двигаться быстрее. Как только гонщик нажимает на тормоз, заднее крыло закрывается. Во время свободных тренировок и квалификации гонщик может использовать DRS по своему усмотрению, но в гонке он может быть активирован только в том случае, если гонщик находится на расстоянии 1 секунды или меньше от другого гонщика в зоне обнаружения DRS на трассе, после чего он может быть активирован в зоне активации до момента торможения.

Early designs linked wings directly to the suspension, but several accidents led to rules stating that wings must be fixed rigidly to the chassis. The cars' aerodynamics are designed to provide maximum downforce with a minimum of drag; every part of the bodywork is designed with this aim in mind. Like most open wheel cars they feature large front and rear aerofoils, but they are far more developed than American open wheel racers, which depend more on suspension tuning; for instance, the nose is raised above the centre of the front aerofoil, allowing its entire width to provide downforce. The front and rear wings are highly sculpted and extremely fine 'tuned', along with the rest of the body such as the turning vanes beneath the nose, bargeboards, sidepods, underbody, and the rear diffuser. They also feature aerodynamic appendages that direct the airflow. Such an extreme level of aerodynamic development means that an F1 car produces much more downforce than any other open wheel formula; Indycars, for example, produce downforce equal to their weight (that is, a downforce:weight ratio of 1:1) at , while an F1 car achieves the same at , and at the ratio is roughly 2:1. The bargeboards, in particular, are designed, shaped, configured, adjusted, and positioned not to create downforce directly, as with a conventional wing or underbody venturi, but to create vortices from the air spillage at their edges. The use of vortices is a significant feature of the latest breeds of F1 cars. Since a vortex is a rotating fluid that creates a low pressure zone at its centre, creating vortices lowers the overall local pressure of the air. Since low pressure is what is desired under the car, as it allows normal atmospheric pressure to press the car down from the top; by creating vortices, downforce can be augmented while still staying within the rules prohibiting ground effects. The F1 cars for the 2009 season came under much questioning due to the design of the rear diffusers of the Williams, Toyota and the Brawn GP cars raced by Jenson Button and Rubens Barrichello, dubbed double diffusers. Appeals from many of the teams were heard by the FIA, which met in Paris, before the 2009 Chinese Grand Prix, and the use of such diffusers was declared as legal. Brawn GP boss Ross Brawn claimed the double diffuser design as "an innovative approach of an existing idea". These were subsequently banned for the 2011 season. Another controversy of the 2010 and 2011 seasons was the front wing of the Red Bull cars. Several teams protested claiming the wing was breaking regulations. Footage from high speed sections of circuits showed the Red Bull front wing bending on the outsides subsequently creating greater downforce. Tests were held on the Red Bull front wing and the FIA could find no way that the wing was breaking any regulation. Since the start of the 2011 season, cars have been allowed to run with an adjustable rear wing, more commonly known as DRS (drag reduction system), a system to combat the problem of turbulent air when overtaking. On the straights of a track, drivers can deploy DRS, which opens the rear wing, reduces the drag of the car, allowing it to move faster. As soon as the driver touches the brake, the rear wing shuts again. In free practice and qualifying, a driver may use it whenever he wishes to, but in the race, it can only be used if the driver is 1 second, or less, behind another driver at the DRS detection zone on the race track, at which point it can be activated in the activation zone until the driver brakes.

Вентиляционная коробка

Прямо за кабиной пилота расположена конструкция, называемая воздушным боксом. Воздушный бокс выполняет две функции. Он принимает воздух, движущийся на высокой скорости, и направляет его во впускной коллектор двигателя. Этот воздух, движущийся с большой скоростью, сжимается благодаря эффекту набегающего потока (или эффекту тарана). Подача этого воздуха под давлением в двигатель увеличивает его мощность. Кроме того, воздух, поступающий в воздушный бокс, сильно турбулентен, так как проходит над шлемом пилота. Воздушный бокс поглощает эту турбулентность, предотвращая нарушение ламинарного обтекания другими элементами. Второе преимущество воздушного бокса – его большой размер, который предоставляет значительную площадь для размещения рекламы, что, в свою очередь, обеспечивает дополнительные возможности для получения рекламных доходов.

Наземный эффект

Правила Формулы-1 сильно ограничивают использование аэродинамики наземного эффекта, являющейся высокоэффективным способом создания прижимной силы с небольшими потерями на сопротивление. Нижняя часть болида, днище, должна быть плоской между осями. По центру машины проходит деревянная доска толщиной 10 мм (по состоянию на 2008 год), или ским-блок, предотвращающая слишком сильное снижение высоты и контакт с трассой; толщина этого блока измеряется до и после гонки. Если после гонки толщина доски окажется меньше 9 мм, машина дисквалифицируется. Изменение правил в 2022 году позволило командам использовать диффузоры Вентури для создания значительно большего эффекта прижимной силы, чем это было возможно в предыдущие сезоны. Это изменение, наряду с существенным упрощением аэродинамики над кузовом, было направлено на повышение зрелищности гонок за счет уменьшения вихрей, создаваемых сложными крыльями. Значительная часть прижимной силы обеспечивается задним диффузором, который начинается от днища на задней оси и простирается до задней части кузова. До изменения правил 2022 года использование наземного эффекта в Формуле-1 было сильно ограничено, что являлось высокоэффективным способом создания прижимной силы с небольшим штрафом за сопротивление. До 2022 года днище болида должно было быть плоским между осями. Ограниченные размеры крыльев (требующие использования больших углов атаки для создания достаточной прижимной силы) и вихри, создаваемые открытыми колесами, приводят к высокому коэффициенту аэродинамического сопротивления (около 1, по словам технического директора Minardi Габриэле Тредози; в то время как у современных автомобилей этот показатель составляет от 0,25 до 0,35). Поэтому, несмотря на огромную мощность двигателей, максимальная скорость этих машин ниже, чем у гоночных автомобилей Mercedes-Benz и Auto Union Silver Arrows времен Второй мировой войны. Однако это сопротивление компенсируется способностью проходить повороты на очень высокой скорости. Аэродинамическая конфигурация настраивается для каждой трассы: с низким сопротивлением для трасс, где важна высокая скорость, таких как Autodromo Nazionale Monza, и с высокой прижимной силой для трасс, где важнее прохождение поворотов, таких как Circuit de Monaco.

F1 regulations heavily limit the use of ground effect aerodynamics, which are a highly efficient means of creating downforce with a small drag penalty. The underside of the vehicle, the undertray, must be flat between the axles. A 10 mm (as of 2008) thick wooden plank, or skid block, runs down the middle of the car to prevent the cars from running low enough to contact the track surface; this skid block is measured before and after a race. Should the plank be less than 9 mm thick after the race, the car is disqualified. The 2022 rule change allowed for teams to utilise venturi tunnels to create much more ground effect than previous seasons allowed. This change, along with a vast simplification of the over body aerodynamics, was done with the intention of creating closer racing by reducing the vortices created by the complex wings. A substantial amount of downforce is provided by using a rear diffuser which rises from the undertray at the rear axle to the actual rear of the bodywork. F1 regulations heavily limited the use of ground effect until the 2022 rule change, which are a highly efficient means of creating downforce with a small drag penalty. Until 2022, the underside of the vehicle, the undertray, had to be flat between the axles. The limited size of the wings (requiring use at high angles of attack to create sufficient downforce), and vortices created by open wheels lead to a high aerodynamic drag coefficient (about 1 according to Minardi's technical director Gabriele Tredozi; compared with the average modern car, which has a Cd value between 0.25 and 0.35), so that, despite the enormous power output of the engines, the top speed of these cars is less than that of World War II vintage Mercedes Benz and Auto Union Silver Arrows racers. However, this drag is more than compensated for by the ability to corner at extremely high speed. The aerodynamics are adjusted for each track; with a low drag configuration for tracks where high speed is more important like Autodromo Nazionale Monza, and a high traction configuration for tracks where cornering is more important, like the Circuit de Monaco.

Регламенты

В соответствии с регламентом 2009 года, FIA избавила болиды Формулы-1 от небольших крылышек и других элементов конструкции (за исключением переднего и заднего крыла), использовавшихся для управления воздушным потоком с целью снижения сопротивления и увеличения прижимной силы. В настоящее время переднее крыло имеет форму, специально предназначенную для направления воздуха к крылышкам и баржебордам, обеспечивая ламинарный поток. В случае их удаления, различные части автомобиля будут создавать значительное сопротивление, поскольку переднее крыло не сможет эффективно обтекать кузов. Регламент, вступивший в силу в 2009 году, уменьшил ширину заднего крыла на 25 см и стандартизировал центральную часть переднего крыла, чтобы ограничить возможности команд по его разработке. В 2017 году автомобили претерпели существенные изменения, позволившие использовать более широкие передние и задние крылья, а также более широкие шины. На протяжении большей части эры турбогибридов гонщики отмечали, что следование в непосредственной близости от другого автомобиля, особенно при попытке обгона, стало значительно сложнее из-за сильной турбулентности или "грязного воздуха" от впереди идущей машины, снижающей аэродинамическую эффективность преследующего болида. Поэтому, для сезона 2022 года, FIA внесла технические изменения в аэродинамические характеристики автомобилей, чтобы уменьшить количество этого "грязного воздуха" и упростить обгоны. Переднее крыло, боковые понтоны и заднее крыло были переработаны для перенаправления аэродинамической турбулентности вверх, а также были приняты более крупные шины с 18-дюймовыми колесами в попытке ограничить разрушительные вихри, возникающие при их вращении.

Рулевое колесо

Водитель имеет возможность тонко настраивать множество элементов гоночного автомобиля, находясь внутри машины, с помощью рулевого колеса. Руль можно использовать для переключения передач, активации ограничителя оборотов, регулировки топливно-воздушной смеси, изменения баланса тормозов, управления дифференциалом, силовой установки, торможением двигателем и связи по радиосвязи. Данные, такие как обороты двигателя, время круга, температура шин, температура тормозов, скорость и текущая передача отображаются на ЖК-экране. В ступице руля также предусмотрены лепестки переключения передач и ряд светодиодных индикаторов переключения. Само рулевое колесо может стоить около 50 000 долларов, а его вес при изготовлении из углеродного волокна составляет 1,3 килограмма. В сезоне 2014 года некоторые команды, такие как Mercedes, предпочли использовать более крупные ЖК-экраны на рулевых колесах, что позволило водителю видеть дополнительную информацию, например, расход топлива и передачу крутящего момента. Они также более настраиваемы благодаря возможности использования различного программного обеспечения.

Топливо

Топливо, используемое в болидах Формулы-1, довольно похоже на обычный (премиальный) бензин, хотя и с гораздо более строго контролируемым составом. Топливо Формулы-1 относится к высокооктановому премиальному дорожному топливу с октановым числом от 95 до 102. Начиная с сезона 1992 года, все болиды Формулы-1 обязаны использовать неэтилированный гоночный бензин. Составы топлива F1 оптимизируются для достижения максимальной производительности в конкретных погодных условиях или на различных трассах. В период, когда команды были ограничены определенным объемом топлива во время гонки, использовались экзотические высокоплотные смеси, которые фактически были плотнее воды, поскольку энергетическая ценность топлива зависит от его плотности. Чтобы убедиться, что команды и поставщики топлива не нарушают правила, FIA требует от Elf, Shell, Mobil, Petronas и других команд, работающих с топливом, предоставлять образец топлива для каждой гонки. Инспекторы FIA в любой момент могут запросить образец непосредственно с заправочного оборудования, чтобы сравнить "характеристику" топлива в болиде во время гонки с предоставленным образцом. Команды обычно соблюдают это правило, но в 1997 году Мика Хаккинен был лишен третьего места на Гран-при Бельгии в Спа-Франкоршамп после того, как FIA установила, что его топливо не соответствовало установленной формуле. Также, в 1976 году болиды McLaren и Penske были отправлены в конец стартовой решетки Гран-при Италии из-за того, что октановое число топливной смеси оказалось слишком высоким.

Шины

В сезоне 2009 года были вновь введены слики, заменившие шины с продольными канавками, использовавшиеся с 1998 по 2008 год. Ширина шин не может превышать на задней оси, а ширина передних шин была увеличена с 245 мм до 305 мм к сезону 2017 года. В отличие от топлива, шины лишь отдаленно напоминают обычные дорожные шины. Если дорожные шины имеют ресурс до , то шины Формулы 1 не выдерживают даже всей дистанции гонки (немного больше ); их обычно меняют один или два раза за гонку, в зависимости от трассы. Это результат стремления к максимальному сцеплению с трассой, что привело к использованию очень мягких составов (для обеспечения максимально плотного контакта поверхности шины с дорожным покрытием). С начала сезона 2007 года в Формуле 1 действует единый поставщик шин. С 2007 по 2010 год это была Bridgestone, но в 2011 году Pirelli вернулась в спорт после ухода Bridgestone. Существует семь типов шин F1: 5 – для сухой погоды (обозначаются C1–C5), а 2 – для влажной погоды (intermediate для влажных трасс без стоячей воды и протекторные для трасс с водой). На каждую гонку привозят три типа сухих шин (обычно более жесткий и более мягкий составы), а также оба типа для влажной погоды. Более жесткие шины более долговечны, но обеспечивают меньшее сцепление, а более мягкие – наоборот. В 2009 году слики вернулись в рамках изменений в регламенте сезона 2009 года; слики не имеют продольных канавок и обеспечивают до 18% больший контакт с трассой. В годы сотрудничества с Bridgestone на боковине более мягкого состава наносили зеленую полосу, чтобы зрители могли определить, какие шины использует пилот. Начиная с 2019 года, Pirelli отказалась от системы наименований шин, заменив ее обозначением на каждом Гран-при как жесткие, средние и мягкие с белыми, желтыми и красными боковинами соответственно, вместо отдельных названий и цветов для каждого из пяти типов шин. Это изменение было внесено для того, чтобы случайные болельщики могли лучше понимать систему шин. Как правило, три типа сухих шин, привозимые на трассу, имеют последовательные характеристики.

The 2009 season saw the re introduction of slick tyres replacing the grooved tyres used from 1998 to 2008. Tyres can be no wider than at the rear, front tyre width expanded from 245 mm to 305 mm for the 2017 season. Unlike the fuel, the tyres bear only a superficial resemblance to a normal road tyre. Whereas a road car tyre has a useful life of up to , a Formula One tyre does not even last the whole race distance (a little over ); they are usually changed one or two times per race, depending on the track. This is the result of a drive to maximize the road holding ability, leading to the use of very soft compounds (to ensure that the tyre surface conforms to the road surface as closely as possible). Since the start of the 2007 season, F1 has had a sole tyre supplier. From 2007 to 2010, this was Bridgestone, but 2011 saw the reintroduction of Pirelli into the sport, following the departure of Bridgestone. Seven compounds of F1 tyre exist; 5 are dry weather compounds (labeled C1 through C5) while 2 are wet compounds (intermediates for damp surfaces with no standing water and full wets for surfaces with standing water). Three of the dry weather compounds (generally a harder and softer compound) are brought to each race, plus both wet weather compounds. The harder tyres are more durable but give less grip, and the softer tyres the opposite. In 2009, the slick tyres returned as a part of revisions to the rules for the 2009 season; slicks have no grooves and give up to 18% more contact with the track. In the Bridgestone years, a green band on the sidewall of the softer compound was painted to allow spectators to distinguish which tyre a driver is on. Beginning in 2019, Pirelli scrapped the tyre naming system such that the tyres will denote at each Grand Prix independently as hard, medium and soft with white, yellow and red sidewalls respectively rather than having a separate name and colour for each of the five tyres. The change was implemented so that casual fans could better understand the tyre system. Generally, the three dry compounds brought to the track are of consecutive specifications.

Тормоза

Дисковые тормоза состоят из ротора и суппорта на каждом колесе. Роторы из углеродного композита (впервые примененные командой Brabham в 1976 году) используются вместо стальных или чугунных из-за их превосходных фрикционных, тепловых и антидеформационных свойств, а также значительной экономии веса. Эти тормоза разработаны и изготовлены для работы в экстремальных температурах, вплоть до 1000 градусов Цельсия (1800 °F). Пилот может регулировать распределение тормозного усилия между передней и задней осями для компенсации изменений в условиях трассы или загрузки топливом. Правила предписывают, чтобы это управление было механическим, а не электронным, поэтому оно обычно осуществляется рычагом в кабине пилота, а не органом управления на рулевом колесе. Средний автомобиль Формулы-1 может затормозить со 100 до 0 км/ч (62 до 0 миль/ч) примерно за 15 метров (48 футов), в то время как BMW M3 2009 года требует 31 метр (102 фута). При торможении с более высоких скоростей аэродинамическая прижимная сила обеспечивает колоссальное замедление: от 4,5 до 5,0 g (44–49 м/с²) и до 5,5 g (54 м/с²) на высокоскоростных трассах, таких как Circuit Gilles Villeneuve (Гран-при Канады) и Autodromo Nazionale Monza (Гран-при Италии). Это контрастирует с 1,0–1,5 g (10–15 м/с²) для спортивных автомобилей (утверждается, что Bugatti Veyron способен тормозить с перегрузкой 1,3 g). Автомобиль Формулы-1 может затормозить с 200 км/ч до полной остановки всего за 2,9 секунды, используя всего 65 метров (213 футов). В настоящее время Brembo, вместе со своими дочерними брендами AP Racing и Hitco, являются производителями тормозных систем для Формулы-1.

Ускорение

Автомобили Формулы-1 2016 года имеют соотношение мощности к весу 1400 л.с./т (1,05 кВт/кг; 1270 л.с./американскую тонну; 0,635 л.с./фунт). Теоретически это позволило бы автомобилю разгоняться до менее чем за 1 секунду. Однако, на низких скоростях мощность не может быть полностью преобразована в движение из-за потери сцепления с трассой, и обычно требуется 2,5 секунды для разгона до. После этого потеря сцепления становится минимальной благодаря сочетанию увеличения скорости автомобиля и прижимной силы, что позволяет продолжать ускорение с очень высокой скоростью. Показатели (для Mercedes W07 2016 года):

0 до: 2,4 секунды
0 до: 4,2 секунды
0 до: 8,4 секунды

Ускорение обычно составляет 1,45 g (14,2 м/с²) до, что означает, что водитель испытывает силу, прижимающую его к сиденью, равную 1,45 земным ускорениям свободного падения. Также существуют системы наддува, известные как системы рекуперации кинетической энергии (KERS). Эти устройства собирают кинетическую энергию, выделяющуюся при торможении автомобиля. Они накапливают эту энергию и преобразуют ее в мощность, которую можно использовать для увеличения ускорения. KERS обычно добавляет и весит. Существуют два основных типа систем: электрические и механические маховики. Электрические системы используют мотор-генератор, встроенный в трансмиссию автомобиля, который преобразует механическую энергию в электрическую и наоборот. После накопления энергия хранится в аккумуляторе и может быть использована по требованию. Механические системы улавливают энергию торможения и используют ее для вращения небольшого маховика, который может раскручиваться до 80 000 об/мин. При необходимости дополнительной мощности маховик подключается к задним колесам автомобиля. В отличие от электрического KERS, механическая энергия не меняет своего состояния и, следовательно, более эффективна. Существует также гидравлический KERS, в котором энергия торможения используется для создания гидравлического давления, которое затем передается на колеса по мере необходимости.

Замедление

Карбоновые тормоза в сочетании с технологией шин и аэродинамикой автомобиля создают поистине выдающиеся тормозные силы. Сила замедления при торможении обычно составляет 4 g (39 м/с²), а при торможении с экстремальных скоростей может достигать 5–6 g, например, на трассе имени Жиля Вильнева или в Индианаполисе. В 2007 году Мартин Брандл, бывший пилот Формулы-1, протестировал автомобиль Williams Toyota FW29 и заявил, что при резком торможении он чувствовал, будто его легкие ударяются о внутреннюю часть реберной клетки, заставляя его непроизвольно выдыхать. Здесь аэродинамическое сопротивление фактически помогает и может обеспечивать до 1,0 g торможения, что эквивалентно тормозам большинства дорожных спортивных автомобилей. Иными словами, если отпустить педаль газа, гоночный автомобиль Формулы-1 будет замедляться под действием сопротивления воздуха с той же скоростью, что и большинство спортивных автомобилей при торможении, по крайней мере, на высоких скоростях.

Существует три компании, которые производят тормоза для Формулы-1: Hitco (со штаб-квартирой в США, входящая в состав SGL Carbon Group), Brembo (Италия) и Carbone Industrie (Франция). Hitco производит собственные тормозные диски из углерод/углерод, Brembo закупает их у Honeywell, а Carbone Industrie приобретает углерод у Messier Bugatti. Carbon/carbon – это сокращенное обозначение углеродного волокна, армированного углеродом. Это означает, что углеродные волокна укрепляют углеродную матрицу, которая добавляется к волокнам посредством осаждения из газовой фазы (CVI или CVD) или пиролиза смоляного связующего. Диаметр тормозных дисков F1 составляет , а максимальная толщина – . Карбоновые/углеродные тормозные колодки приводятся в действие 6-поршневыми суппортами, поставляемыми компаниями Akebono, AP Racing или Brembo. Суппорты изготовлены из алюминиевого сплава с титановыми поршнями. Правила ограничивают модуль упругости материала суппорта до 80 ГПа, чтобы предотвратить использование командами экзотических материалов с высокой удельной жесткостью, например, бериллия. Титановые поршни снижают вес и обладают низкой теплопроводностью, уменьшая теплопередачу в тормозную жидкость.

Боковое ускорение

Аэродинамические силы автомобиля Формулы 1 могут создавать прижимную силу, в три раза превышающую вес машины. Фактически, уже на скорости всего лишь , прижимная сила равна весу автомобиля. На низких скоростях автомобиль способен поворачивать с перегрузкой 2,0 g. При этом уже боковая сила достигает 3,0 g, что подтверждается шиканами (поворотами 3 и 4) на трассе Сузука. Высокоскоростные повороты, такие как Бланшимон (Circuit de Spa Francorchamps) и Копсе (Silverstone Circuit), преодолеваются с перегрузкой более 5,0 g, а на повороте 130 R в Сузуке зарегистрирована перегрузка 6,0 g. Это контрастирует с максимальными значениями для высокопроизводительных дорожных автомобилей, таких как Enzo Ferrari – 1,5 g, или Koenigsegg One:1 – более 1,7 g на трассе Circuit de Spa Francorchamps. Поскольку сила, создающая боковое ускорение, в основном является силой трения, а трение пропорционально нормальной силе, большая прижимная сила позволяет болиду Формулы 1 проходить повороты на очень высоких скоростях. В качестве примера экстремальных скоростей в поворотах можно привести повороты Бланшимон и Эу-Руж на трассе Спа-Франкоршампс, которые гонщики проходят на полной скорости – выше , в то время как автомобили класса Touring могут преодолевать их только на 150–160 км/ч (следует отметить, что боковая сила увеличивается пропорционально квадрату скорости). Более поздним и, возможно, еще более экстремальным примером является поворот 8 на трассе Стамбул-Парк – 190-градусный относительно узкий поворот с четырьмя апексами, в котором автомобили поддерживают скорость между (в 2006 году) и испытывают перегрузку от 4,5 g до 5,5 g в течение 7 секунд – самый продолжительный период сильной боковой перегрузки в Формуле 1.

Максимальная скорость

Максимальные скорости на практике ограничены самой длинной прямой на трассе и необходимостью сбалансировать аэродинамическую конфигурацию автомобиля между высокой скоростью на прямой (низкое аэродинамическое сопротивление) и высокой скоростью в поворотах (высокая прижимная сила) для достижения самого быстрого времени круга. В течение сезона 2006 года максимальные скорости автомобилей Формулы-1 составляли чуть более 300 км/ч (185 миль/ч) на трассах с высокой прижимной силой, таких как Альберт-Парк (Австралия) и Сепанг (Малайзия). Эти скорости были ниже, чем в 2005 и 2004 годах, из-за недавних ограничений на мощность (см. ниже). На трассах с низкой прижимной силой были зафиксированы более высокие максимальные скорости: на Жиль Вильнёв (Канада) – 325 км/ч (203 миль/ч), в Индианаполисе (США) – 335 км/ч (210 миль/ч) и в Монце (Италия) – 360 км/ч (225 миль/ч). В ходе тестов за месяц до Гран-при Италии 2005 года Хуан Пабло Монтойя из команды McLaren Mercedes F1 установил рекордную максимальную скорость 372,6 км/ч (231,5 миль/ч), которая была официально признана FIA как самая высокая скорость, когда-либо достигнутая автомобилем Формулы-1, хотя и не была показана во время официальной сессии в рамках гоночного уик-энда. В 2005 году на Гран-при Италии Кими Райкконен из McLaren Mercedes был зафиксирован на скорости 370,1 км/ч (229,9 миль/ч). Этот рекорд был побит на Гран-при Мексики 2016 года пилотом Williams Валтери Боттасом, чья максимальная скорость в гоночных условиях составила 372,54 км/ч (231,48 миль/ч). Однако, несмотря на то, что эта информация отображалась на официальных мониторах FIA, FIA пока не признала её официальным рекордом. Ранее Боттас установил ещё более высокую рекордную максимальную скорость во время квалификации на Гран-при Европы 2016 года, показав 378,035 км/ч (234,9 миль/ч), однако это было достигнуто за счёт использования эффекта воздушного потока (slipstream). Эта максимальная скорость пока не подтверждена официальными данными, поскольку единственным источником информации является пост команды Williams в Twitter, в то время как официальные данные FIA о контроле скорости зафиксировали скорость Боттаса в 366,1 км/ч в этом случае. В настоящее время скорость Монтойи по-прежнему считается официальным рекордом, несмотря на то, что она не была установлена во время официальной сессии. Вне трассы команда BAR Honda использовала модифицированный автомобиль BAR 007, который, по их утверждению, соответствовал правилам Формулы-1 FIA, чтобы установить неофициальный рекорд скорости 413 км/ч (257 миль/ч) на односторонней прямой 6 ноября 2005 года во время шейкдауна перед попыткой установить рекорд Bonneville 400. Автомобиль был оптимизирован для достижения максимальной скорости, с достаточной прижимной силой, чтобы не оторваться от земли. Автомобиль, переименованный в Honda после поглощения BAR в конце 2005 года, установил рекорд, ратифицированный FIA, на одностороннем прохождении 21 июля 2006 года на трассе Бонневилл Спидвей. В этом случае автомобиль не полностью соответствовал требованиям FIA Formula One, поскольку использовал подвижный аэродинамический руль для контроля устойчивости, что нарушало статью 3.15 технического регламента Формулы-1 2006 года, в которой говорится, что любая конкретная часть автомобиля, влияющая на его аэродинамические характеристики, должна быть жёстко закреплена.

Top speeds are in practice limited by the longest straight at the track and by the need to balance the car's aerodynamic configuration between high straight line speed (low aerodynamic drag) and high cornering speed (high downforce) to achieve the fastest lap time. During the 2006 season, the top speeds of Formula 1 cars were a little over 300 km/h (185 mph) at high downforce tracks such as Albert Park, Australia and Sepang, Malaysia. These speeds were down by some from the 2005 speeds, and from the 2004 speeds, due to the recent performance restrictions (see below). On low downforce circuits greater top speeds were registered: at Gilles Villeneuve (Canada) 325 km/h (203 mph), at Indianapolis (USA) 335 km/h (210 mph), and at Monza (Italy) 360 km/h (225 mph). In testing one month prior to the 2005 Italian Grand Prix, Juan Pablo Montoya of the McLaren Mercedes F1 team recorded a record top speed of 372.6 km/h (231.5 mph), which was officially recognised by the FIA as the fastest speed ever achieved by an F1 car, even though it was not set during an officially sanctioned session during a race weekend. In the 2005 Italian GP Kimi Räikkönen of McLaren Mercedes was recorded at 370.1 km/h (229.9 mph). This record was broken at the 2016 Mexican Grand Prix by Williams driver Valtteri Bottas, whose top speed in race conditions was 372.54 km/h (231.48 mph). However, even though this information was shown in FIA's official monitors, the FIA is yet to accept it as an official record. Bottas had previously set an even higher record top speed during qualifying for the 2016 European Grand Prix, recording a speed of 378.035 km/h (234.9 mph), albeit through the use of slipstream drafting. This top speed is yet to be confirmed by any official method as currently the only source of this information is the Williams team's Twitter post, while the FIA's official speed trap data measured Bottas's speed at 366.1 km/h in that instance. At the moment Montoya's speed of is still regarded as the official record, even though it was not set during a sanctioned session. Away from the track, the BAR Honda team used a modified BAR 007 car, which they claim complied with FIA Formula One regulation, to set an unofficial speed record of 413 km/h (257 mph) on a one way straight line run on 6 November 2005 during a shakedown ahead of their Bonneville 400 record attempt. The car was optimised for top speed with only enough downforce to prevent it from leaving the ground. The car, badged as a Honda following their takeover of BAR at the end of 2005, set an FIA ratified record of on a one way run on 21 July 2006 at Bonneville Speedway. On this occasion the car did not fully meet FIA Formula One regulations, as it used a moveable aerodynamic rudder for stability control, breaching article 3.15 of the 2006 Formula One technical regulation which states that any specific part of the car influencing its aerodynamic performance must be rigidly secured.

Недавние ограничения на производительность FIA

С целью снижения скорости и повышения безопасности пилотов, FIA с 1980-х годов постоянно вводила новые правила для конструкторов Формулы-1. Эти правила включали запрет таких идей, как "автомобиль с крылом" (использование эффекта приземления) в 1983 году (вновь введено в 2022 году); турбонаддув в 1989 году (вновь введен в 2014 году); активную подвеску и ABS в 1994 году; слики в 1998 году (вновь введены в 2009 году); уменьшение размеров переднего и заднего крыльев и снижение рабочего объема двигателя с 3,5 до 3,0 литров в 1995 году; уменьшение ширины машин с более чем 2 метров до примерно 1,8 метров в 1998 году; повторное снижение рабочего объема двигателя с 3,0 до 2,4 литров в 2006 году; системы контроля старта и тяги в 1994 году, а также в 2004 и 2008 годах, наряду с торможением двигателем после повторного внедрения электронных систем помощи пилоту в 2001 году. Однако, несмотря на эти изменения, конструкторы продолжали добиваться прироста в производительности за счет увеличения мощности и аэродинамической эффективности. В результате, время прохождения круга на квалификации на многих трассах в сопоставимых погодных условиях в 2004 году снизилось на 1,5-3 секунды по сравнению с предыдущим годом. Аэродинамические ограничения, введенные в 2005 году, должны были снизить прижимную силу примерно на 30%, однако большинству команд удалось уменьшить ее потерю лишь до 5-10%. В 2006 году мощность двигателей была снижена за счет перехода с 3,0-литровых V10, использовавшихся в течение десятилетия, на 2,4-литровые V8. Некоторые из этих новых двигателей могли достигать 20 000 об/мин в 2006 году, однако к сезону 2007 года разработка двигателей была заморожена, и FIA ограничила все двигатели до 19 000 об/мин для повышения надежности и контроля при увеличении частоты вращения. В 2008 году FIA усилила меры по сокращению расходов, установив, что коробки передач должны служить четыре гоночных уик-энда, в дополнение к правилу об использовании двигателя в течение двух гоночных уик-эндов. Кроме того, все команды должны были использовать стандартизированный блок управления двигателем (ECU), поставляемый компанией MES (McLaren Electronic Systems), разработанный совместно с Microsoft. Эти ECU наложили ограничения на использование электронных систем помощи пилоту, таких как контроль тяги, контроль старта и торможение двигателем, и были опломбированы для предотвращения модификаций. Акцент был сделан на снижении затрат и возвращении внимания к мастерству пилотов, а не к так называемым "электронным приспособлениям", которые в основном управляли автомобилями. В сезоне 2009 года были внесены изменения для увеличения зависимости от механического сцепления и создания возможностей для обгона, что привело к возвращению сликов, более широкому и низкому переднему крылу со стандартизированной центральной секцией, более узкому и высокому заднему крылу, а также смещению диффузора назад и увеличению его высоты при снижении эффективности создания прижимной силы. Общая аэродинамическая сцепка была значительно снижена за счет запрета сложных элементов, таких как винглеты, баржеборды и другие аэродинамические устройства, ранее использовавшиеся для улучшения направления воздушного потока над и под автомобилями. Максимальная частота вращения двигателя была снижена до 18 000 об/мин для дальнейшего повышения надежности и соответствия требованиям к ресурсу двигателя. В связи с растущим экологическим давлением со стороны лоббистских групп и других организаций, многие поставили под сомнение актуальность Формулы-1 как движущей силы будущих технологических достижений (особенно в области эффективных автомобилей). FIA была попрошена рассмотреть, как она может побудить спорт к более экологически безопасному пути развития. Поэтому, в дополнение к вышеуказанным изменениям, запланированным на сезон 2009 года, команды были приглашены к разработке системы KERS, включающей определенные типы регенеративных тормозных систем, которые должны были быть установлены на автомобили к сезону 2009 года. Эта система направлена на снижение количества кинетической энергии, преобразуемой в тепло при торможении, путем преобразования ее в полезную форму (например, электрическую энергию или энергию в маховике) для последующей подачи обратно в двигатель для увеличения мощности. Однако, в отличие от систем, используемых в серийных автомобилях, которые автоматически накапливают и высвобождают энергию, энергия высвобождается только при нажатии водителем кнопки и доступна в течение до 6,5 секунд, обеспечивая дополнительно 60 кДж. Это фактически имитирует кнопку "push to pass" из серий IndyCar и A1GP. Система KERS не использовалась в чемпионате 2010 года – хотя она и не была технически запрещена, команды FOTA коллективно договорились не использовать ее. Однако она вернулась в сезоне 2011 года, при этом все команды, кроме HRT, Virgin и Lotus, использовали это устройство. Правила сезона 2014 года ограничивают максимальный массовый расход топлива на двигатель до 100 кг/ч, что снизило максимальную мощность с 550 кВт до примерно 450 кВт. Правила также удваивают предельную мощность электромотора до 120 кВт как для разгона, так и для рекуперации энергии, и увеличивают максимальное количество энергии, которое KERS может использовать за круг, до 4 МДж, при ограничении зарядки до 2 МДж за круг. Дополнительный электромотор-генератор может быть подключен к турбокомпрессору.

In an effort to reduce speeds and increase driver safety, the FIA has continuously introduced new rules for F1 constructors since the 1980s. These rules have included the banning of such ideas as the "wing car" (ground effect) in 1983 (reintroduced in 2022); the turbocharger in 1989 (these were reintroduced for 2014); active suspension and ABS in 1994; slick tyres in 1998 (these were reintroduced for 2009); smaller front and rear wings and a reduction in engine capacity from 3.5 to 3.0 litres in 1995; reducing the width of the cars from over 2 metres to around 1.8 metres in 1998; again a reduction in engine capacity from 3.0 to 2.4 litres in 2006; launch control and traction control in 1994, and again in 2004 and 2008, alongside engine braking, after electronic driver aids were reintroduced in 2001. Yet despite these changes, constructors continued to extract performance gains by increasing power and aerodynamic efficiency. As a result, the pole position speed at many circuits in comparable weather conditions dropped between 1.5 and 3 seconds in 2004 over the prior year's times. The aerodynamic restrictions introduced in 2005 were meant to reduce downforce by about 30%, however, most teams were able to successfully reduce this to a mere 5 to 10% downforce loss. In 2006 the engine power was reduced from by shifting from the 3.0L V10s, used for a decade, to 2.4L V8s. Some of these new engines were capable of achieving 20,000 rpm during 2006, though for the 2007 season engine development was frozen and the FIA limited all engines to 19,000 rpm to increase reliability and control at increasing engine speeds. In 2008, the FIA further strengthened its cost cutting measures by stating that gearboxes are to last for 4 Grand Prix weekends, in addition to the 2 race weekend engine rule. Furthermore, all teams were required to use a standardised ECU supplied by MES (McLaren Electronic Systems) made in conjunction with Microsoft. These ECUs have placed restrictions on the use of electronic driver aids such as traction control, launch control, and engine braking and are tagged to prevent modification. The emphasis is on reducing costs as well as placing the focus back onto driver skills as opposed to the so called 'electronic gizmos' mainly controlling the cars. Changes were made for the 2009 season to increase dependency on mechanical grip and create overtaking opportunities – resulting in the return to slick tyres, a wider and lower front wing with a standardized centre section, a narrower and taller rear wing, and the diffuser being moved backward and made taller yet less efficient at producing downforce. The overall aerodynamic grip was dramatically reduced with the banning of complex appendages such as winglets, bargeboards and other aero devices previously used to better direct airflow over and under the cars. The maximum engine speed was reduced to 18,000 rpm to increase reliability further and conform to engine life demand. Due to increasing environmental pressures from lobby groups and the like, many have called into question the relevance of Formula 1 as an innovating force towards future technological advances (particularly those concerned with efficient cars). The FIA has been asked to consider how it can persuade the sport to move down a more environmentally friendly path. Therefore, in addition to the above changes outlined for the 2009 season, teams were invited to construct a KERS device, encompassing certain types of regenerative braking systems to be fitted to the cars in time for the 2009 season. The system aims to reduce the amount of kinetic energy converted to waste heat in braking, converting it instead to a useful form (such as electrical energy or energy in a flywheel) to be later fed back through the engine to create a power boost. However, unlike road car systems that automatically store and release energy, the energy is only released when the driver presses a button and is useful for up to 6.5 seconds, giving an additional and 400 kJ. It effectively mimics the 'push to pass' button from IndyCar and A1GP series. KERS was not seen in the 2010 championship – while it was not technically banned, the FOTA collectively agreed not to use it. It however made a return for the 2011 season, with all teams except HRT, Virgin and Lotus utilizing the device. The regulations for the 2014 season limit the maximum fuel mass flow to the engine to 100 kg/h, which reduced the maximum power output from 550 kW to about 450 kW. The rules also double the power limit of the electric motor to 120 kW for both acceleration and energy recovery, and increase the maximum amount of energy the KERS is allowed to use to 4 MJ per lap, with charging limited to 2 MJ per lap. An additional electric motor generator unit may be connected to the turbocharger.