Автомобили с открытыми колёсами: история и особенности

Введение

Тип автомобиля

Автомобиль с открытыми колесами – это автомобиль, у которого колеса расположены вне основного кузова, и обычно имеет только одно сиденье. Автомобили с открытыми колесами отличаются от дорожных автомобилей, спортивных автомобилей, автомобилей для кольцевых гонок и туристических автомобилей, у которых колеса находятся под кузовом или внутри крыльев. Автомобили с открытыми колесами создаются как для гонок на дорожных трассах, так и для гонок на овальных трассах. Автомобили с открытыми колесами, допущенные к эксплуатации на дорогах общего пользования (соответствующие требованиям законодательства), такие как Ariel Atom, встречаются редко, поскольку они часто непрактичны для повседневного использования.

История

Американский гонщик и конструктор Рэй Харрун был одним из первых пионеров концепции легкого одноместного гоночного автомобиля с открытыми колесами, так называемого "монопосто". После работы механиком в автомобильной промышленности Харрун начал участвовать в профессиональных гонках в 1906 году, выиграв Национальный чемпионат AAA в 1910 году. Затем его наняла компания Marmon Motor Car Company в качестве главного инженера, которому было поручено построить гоночный автомобиль для участия в первых 500 милях Индианаполиса, которые он и выиграл. Он разработал революционную концепцию, ставшую основоположником и прародителем конструкции одноместных (то есть монопосто) гоночных автомобилей. Некоторые считают, что Харрун изобрел зеркало заднего вида, впервые применив его на своем автомобиле, победившем в гонке Indianapolis 500 в 1911 году, хотя сам он утверждал, что идея пришла ему в голову, когда в 1904 году он увидел подобное зеркало, используемое на повозке, запряженной лошадьми. До Второй мировой войны у дорожных автомобилей обычно колеса выступали за пределы основного кузова, хотя они часто были закрыты грязезащитными щитками для защиты кузова и других транспортных средств от брызг воды и грязи. С появлением кузовной конструкции типа "монокок", стремлением к увеличению внутреннего пространства, улучшению аэродинамики и под влиянием авиационных стилистических тенденций того времени, к концу 1950-х годов большинство новых автомобилей, предназначенных для дорог общего пользования, имели колеса, расположенные под основным кузовом. Таким образом, конструкция с открытыми колесами стала практически исключительно ассоциироваться с гоночными автомобилями. Автомобили Формулы-1 практически на протяжении всей истории чемпионата использовали конструкцию с открытыми колесами. Единственным заметным исключением была модификация "корпуса Монца" гоночного автомобиля Mercedes-Benz W196 образца 1954–55 годов, в которой колеса были закрыты кузовными панелями в целях улучшения аэродинамики. Современные правила Формулы-1 предписывают конструкцию с открытыми колесами.

Дизайн

Типичный болид с открытыми колесами имеет минималистичную кабину, достаточную лишь для защиты тела пилота, при этом голова остается открытой. В Whelen Modified Tour и других сериях модифицированных автомобилей для коротких трасс голова пилота находится внутри автомобиля. В современных болидах двигатель часто располагается непосредственно за пилотом и приводит в движение задние колеса, за исключением автомобилей с модификациями для асфальта, таких как Whelen Modified Tour, где двигатель расположен перед пилотом. В зависимости от правил класса, многие типы болидов с открытыми колесами оснащены крыльями спереди и сзади, а также очень низким и практически плоским днищем, которое помогает создать дополнительную аэродинамическую прижимную силу, прижимающую автомобиль к дороге. Хотя многие другие категории гоночных автомобилей создают прижимную силу, топовые категории болидов с открытыми колесами (особенно Формула-1 и IndyCar) генерируют значительно больше прижимной силы относительно своей массы, чем любая другая гоночная категория, что позволяет развивать гораздо более высокие скорости в поворотах на сопоставимых трассах. Однако это не всегда так: некоторые категории болидов с открытыми колесами, используемые в основном для развития или любительских соревнований, такие как Формула-Форд или Формула-Vee, не допускают использование крыльев или аэродинамики, основанной на эффекте приземления. Некоторые крупные гонки, такие как Гран-при Сингапура, Гран-при Монако (под эгидой Формулы-1) и Гран-при Лонг-Бич (под эгидой IndyCar), проводятся на временных уличных трассах. Однако большинство гонок болидов с открытыми колесами проходят на специализированных дорожных трассах, таких как Уоткинс Глен в США, Нюрбургринг в Германии, Спа-Франкоршам в Бельгии и Сильверстоун в Великобритании. В Соединенных Штатах некоторые престижные соревнования на болидах с открытыми колесами проводятся на овальных трассах, как коротких, так и скоростных, с акцентом на скорость и выносливость, а не на маневренность, необходимую для дорожных и уличных трасс. Whelen Modified Tour – единственная серия гоночных автомобилей с открытыми колесами, одобренная NASCAR. Эта серия проходит на большинстве самых известных трасс NASCAR в Соединенных Штатах. Другие серии модифицированных автомобилей для асфальта соревнуются на коротких трассах в США и Канаде, таких как Wyoming County International Speedway в Нью-Йорке. Самая посещаемая овальная гонка в мире – ежегодная Indianapolis 500 (Indy 500) на спидвее в Индиане, под эгидой IndyCar; в Соединенных Штатах часто называют болиды с открытыми колесами IndyCars из-за их узнаваемого внешнего вида и широкой популярности в Америке во время Indy 500. По сравнению с автомобилями с закрытыми колесами, болиды с открытыми колесами позволяют более точно позиционировать передние колеса на трассе, поскольку шины хорошо видны пилоту. Это позволяет максимально реализовать потенциал автомобиля при прохождении поворотов и обгонах. Кроме того, болиды с открытыми колесами менее терпимы к контактам между автомобилями, что обычно приводит к повреждениям и сходу с дистанции, в то время как определенный уровень контакта допустим в гонках с закрытыми колесами, например, в NASCAR. Пилоты болидов с открытыми колесами должны быть предельно точны, чтобы избежать столкновений. Правила обычно допускают меньший вес болидов с открытыми колесами, чем в категориях, которые больше похожи на дорожные автомобили, такие как спортивные, туристические и сток-кары. Например, болид Формулы-1 должен весить не менее ; минимальный вес для NASCAR составляет .

A typical open wheeler has a minimal cockpit, sufficient only to enclose the driver's body, with the head exposed to the air. In the Whelen Modified Tour and other short track modified series, the driver's head is contained in the car. In modern cars, the engine is often located directly behind the driver and drives the rear wheels; except in asphalt modified cars, such as the Whelen Modified Tour, where the engine is in front of the driver. Depending on the rules of the class, many types of open wheelers have wings at the front and rear of the vehicle, as well as a very low and virtually flat undertray that helps achieve additional aerodynamic downforce pushing the car onto the road. While many other categories of racing cars produce downforce, the top categories of open wheel racing cars (particularly Formula One and IndyCar) produce far more downforce relative to their mass than any other racing category, allowing much higher corner speeds on comparable tracks. However, this is not always the case; some open wheel categories raced primarily as development or amateur categories, such as Formula Ford or Formula Vee, do not permit the use of wings or ground effect aerodynamics. Some major races, such as the Singapore Grand Prix, Monaco Grand Prix (sanctioned by Formula One) and the Long Beach Grand Prix (sanctioned by IndyCar), are held on temporary street circuits. However, most open wheel races are on dedicated road courses, such as Watkins Glen in the US, Nürburgring in Germany, Spa Francorchamps in Belgium and Silverstone in Great Britain. In the United States, some top level open wheel events are held on ovals, of both short track and superspeedway variety, with emphasis more on speed and endurance than the maneuverability required for road and street course events. The Whelen Modified Tour is the only opened wheeled race car series endorsed by NASCAR. This series races on most of NASCAR's most famous tracks in the United States. Other asphalt modified series race on short tracks in the United States and Canada, such as Wyoming County International Speedway in New York. The best attended oval race in the world is the annual Indianapolis 500 (Indy 500) in Speedway, Indiana, sanctioned by IndyCar; in the United States it is quite common to refer to open wheel cars as IndyCars, because of their recognizable appearance and widespread popularity across America at the Indy 500. Compared to covered wheel race cars, open wheeled cars allow more precise placement of the front wheels on the race course, as the tires are clearly visible to the driver. This allows the maximum potential of the cars to be achieved during cornering and passing. Furthermore, open wheeled cars are less tolerant of vehicle to vehicle contact, which usually results in vehicle damage and retiring, whereas some level of contact is expected in covered wheel racing, as for example in NASCAR. Open wheeled drivers must be extremely precise to avoid contact. Regulations tend to permit much lower open wheel car weights than in categories that more closely resemble street legal vehicles, such as sports, touring, and stock cars. For instance, a Formula One car must weigh at least ; the minimum weight for NASCAR is .

Вождение

Гонки на автомобилях с открытыми колесами – одни из самых быстрых в мире. Автомобили Формулы-1 могут развивать скорость, превышающую 320 км/ч. На автодроме «Национале Монца» Антонио Пиццония из команды BMW Williams F1 зафиксировал максимальную скорость в 367,2 км/ч (более 102 м/с) в Гран-при Италии 2004 года. С конца эры двигателей V10 в 2006 году такие высокие скорости больше не достигались, а более поздние автомобили развивали скорость около 320 км/ч. Сложно назвать точные цифры абсолютных максимальных скоростей автомобилей Формулы-1, так как команды обычно не публикуют эти данные. «Скоростные ловушки» на быстрых трассах, таких как Монца, дают хорошее представление, но не всегда расположены в точке трассы, где автомобиль достигает максимальной скорости. Команда BAR Honda зафиксировала среднюю максимальную скорость в 354 км/ч в 2006 году на соляных равнинах Бонневилль, а неофициальная максимальная скорость, достигнутая на их модифицированном автомобиле BAR 007 Формулы-1, составила 370 км/ч. Скорость на овальных трассах может постоянно превышать 320 км/ч, а на трассе в Индианаполисе – более 320 км/ч. В 2000 году Жил де Ферран установил рекорд квалификационного круга в 241,4 км/ч на Калифорнийской трассе. Даже на узких городских трассах с поворотами, таких как Гран-при Торонто, автомобили IndyCar с открытыми колесами достигают скорости до 290 км/ч.

Open wheeled racing is among the fastest in the world. Formula One cars can reach speeds in excess of At Autodromo Nazionale Monza, Antônio Pizzonia of BMW Williams F1 team recorded a top speed of (over 102 m/s) in the 2004 Italian Grand Prix. Since the end of the V10 era in 2006, such high speeds have not been reached, with later vehicles reaching around It is difficult to give precise figures for the absolute top speeds of Formula One cars as the data are not generally released by teams. The 'speed traps' on fast circuits such as Monza give a good indication, but are not necessarily located at the point on the track where the car is travelling at its fastest. BAR Honda team recorded an average top speed of in 2006 at Bonneville Salt Flats, with unofficial top speed reaching using their modified BAR 007 Formula One car. Speeds on ovals can range in constant excess of , and at Indianapolis in excess of In 2000, Gil de Ferran set the one lap qualifying record of at California Speedway. Even on tight non oval street circuits such as the Grand Prix of Toronto, open wheel Indy Cars attain speeds of
Regardless of top speeds, Formula One open wheel race cars hold the outright lap record at the circuits where they race due to their combination of top speed, acceleration, and cornering abilities. For example, at the Monza Circuit the fastest lap in the 2021 Grand Prix (Daniel Ricciardo 1:24.812) is more than six seconds per lap faster than the fastest closed wheel racing car, an LMP1 sports car, and more than 20 seconds per lap faster than the DTM touring car lap record. Driving an open wheel car is substantially different from driving a car with fenders. Virtually all Formula One and IndyCar drivers spend some time in various open wheel categories before joining either top series. Open wheel vehicles, due to their light weight, aerodynamic capabilities, and powerful engines, are often considered the fastest racing vehicles available and among the most challenging to master. Wheel to wheel contact is dangerous, particularly when the forward edge of one tire contacts the rear of another tire: since the treads are moving in opposite directions (one upward, one downward) at the point of contact, both wheels rapidly decelerate, torquing the chassis of both cars and often causing one or both vehicles to be suddenly and powerfully flung upwards (the rear car tends to pitch forward, and the front car tends to pitch backward.) An example of this is the 2005 Chicagoland crash of Ryan Briscoe and Alex Barron.

Несмотря на максимальную скорость, гоночные автомобили Формулы-1 с открытыми колесами держат абсолютный рекорд круга на трассах, где они соревнуются, благодаря сочетанию максимальной скорости, ускорения и управляемости в поворотах. Например, на трассе Монца самый быстрый круг в Гран-при 2021 года (Даниель Риккардо 1:24.812) более чем на шесть секунд быстрее, чем самый быстрый автомобиль с закрытыми колесами – спортивный прототип LMP1, и более чем на 20 секунд быстрее, чем рекорд круга DTM для автомобилей класса Touring. Управление автомобилем с открытыми колесами существенно отличается от управления автомобилем с крыльями. Практически все пилоты Формулы-1 и IndyCar проводят некоторое время в различных категориях с открытыми колесами, прежде чем перейти в одну из топовых серий. Автомобили с открытыми колесами, благодаря своему легкому весу, аэродинамическим характеристикам и мощным двигателям, часто считаются самыми быстрыми гоночными автомобилями и одними из самых сложных в освоении. Контакт колес опасен, особенно когда передний край одной шины соприкасается с задней частью другой шины: поскольку протекторы движутся в противоположных направлениях (одна вверх, другая вниз) в точке контакта, оба колеса быстро замедляются, создавая крутящий момент на шасси обоих автомобилей и часто приводя к внезапному и мощному подъему одного или обоих автомобилей (задний автомобиль обычно клюет носом вперед, а передний – кормой назад). Примером этого является авария Райана Бриско и Алекса Баррона в 2005 году в Чикаго.

Преимущества

Более низкий вес гоночного автомобиля с открытыми колесами обеспечивает лучшую производительность. Хотя открытые колеса создают очень высокое аэродинамическое сопротивление на высоких скоростях, это обеспечивает улучшенное охлаждение тормозов, что особенно важно на дорожных трассах с частыми изменениями темпа.

Безопасность

В 2018 году несколько гоночных серий с открытыми колёсами, таких как Формула-1, Формула-2 (с новым шасси Dallara F2 2018) и Формула-E (с новым шасси Spark SRT05e), внедрили систему защиты кабины пилота, получившую название "halo" – раму в форме подковы, предназначенную для отклонения обломков от головы гонщика. Несмотря на первоначальную критику, в том числе из-за опасений по поводу ограничения обзора, система получила признание после спринтерской гонки Формулы-2 в Каталонии, где Нирей Фукудзуми развернулся, и задняя часть его машины оказалась на "halo" его соотечественника Тадасуке Макино. В Гран-при Бельгии 2018 года гонщик McLaren Фернандо Алонсо взлетел в воздух после столкновения с машиной Нико Хюлькенберга (Renault) и ударился о "halo" пилота Sauber Шарля Леклера, тем самым предотвратив удар в визор для монегасского гонщика. В 2019 году новообразованный чемпионат FIA Формулы-3 представил "halo" на своём новом шасси, которое было впервые показано на Гран-при Абу-Даби 2018 года. В 2020 году серия IndyCar приняла "halo" в сочетании с аэроэкраном, разработанным Red Bull Advanced Technologies. На старте Гран-при Бахрейна 2020 года Ромен Грожан столкнулся с Даниилом Квятом, в результате чего его машина разломилась на две части и загорелась, пробив ограждение. "Halo" помогло предотвратить возможное обезглавливание Грожана и позволило ему выбраться из огня.