Na długo przed pierwszym wyjazdem

Opublikowany przez mrbigstuff 16 Feb 2012 | Komentarze: 4

Podwozie jest kręgosłupem samochodu, do którego przymocowane są wszystkie pozostałe elementy. Musi to być wyjątkowo mocna i sztywna struktura, która poradzi sobie ze wszystkimi obciążeniami przenoszonymi z zawieszenia, układu kierowniczego, silnika, skrzyni biegów czy różnych elementów aerodynamicznych. Jednocześnie musi zapewnić kierowcy najlepszą możliwą ochronę podczas wypadku. Dodatkowo musi pomieścić pojemnik paliwa, a jednocześnie zachować formę, która z aerodynamicznego punktu widzenia zapewni dobre osiągi.

Projektanci nowej maszyny kładą główny nacisk na aerodynamikę, a zadaniem inżynierów jest upakowanie wszystkich elementów, tak aby zmian w pierwotnym projekcie było jak najmniej. Idealnie byłoby zbudować bolid ściśle według kreski projektanta, ale jak w każdej dziedzinie również i tu konieczny jest kompromis. Podwozie współczesnego bolidu to jeden, spójny element, który musi spełnić bardzo rygorystyczne wymagania narzucone przez FIA. Dlatego element, którego proces produkcyjny przedstawię Wam poniżej przed dopuszczeniem do ścigania (w tym roku także do testowania) musi przejść serię testów sprawdzających jego właściwości.

Wbrew powszechnie używanemu terminowi nie są to jedynie testy zderzeniowe. Równie ważne jak “spotkanie ze ściana” są również testy penetracyjne czy odporności na ściskanie. Z każdym rokiem FIA dokłada kolejne testy do listy i tak na przykład przed sezonem 2010 samochody musiały przejść 14 obowiązkowych testów. W tym roku ich liczba została zwiększona do 17.

Poniższa tabela zawiera spis obowiązkowych testów FIA, opisanych w regulaminie technicznym na sezon 2012. Niektóre nazwy lub sformułowania trudno jest przełożyć na nasz ojczysty język, więc dla większej czytelności umieściłem również anglojęzyczne nazwy. Znajdziecie tam również kilka odnośników do zewnętrznych materiałów.

Numer	Nazwa	Rodzaj testu	Dodatkowe informacje
1	Pierwszy test zderzeniowy przedni	Uderzenie wózka testowego w ścianę rozpędzone go do prędkości 15 m/s z przymocowaną strukturą bolidu o wadze 780 kg	Bolid z pustym bakiem, nos przymocowany
2	Drugi test zderzeniowy przedni	Uderzenie wózka testowego rozpędzone go do prędkości 15 m/s z przymocowaną strukturą bolidu o wadze 900 kg	Test bez zamocowanego nosa
3	Test zderzeniowy boczny	Uderzenie wózka testowego o masie 780 kg rozpędzonego do prędkości 10 m/s w boczną sekcję bolidu przymocowaną do ściany
4	Test zderzeniowy tylnej sekcji	Uderzenie wózka testowego o masie 780 kg rozpędzonego do prędkości 11 m/s w tylną sekcję bolidu przymocowaną do ściany
5	Test zderzeniowy kolumny kierowniczej	W kolumnę kierowniczą uderza ciężar o masie 8 kg rozpędzony do prędkości 7 m/s	Kierownica po teście musi dać się łatwo ściągnąć
6	Test wytrzymałości na zgniatanie strefy ochronnej nad głową kierowcy (rear roll structure)	Stała siła (120kN) działająca pod odpowiednim kątem (x-60kN, y-50kN, z-90kN) jest przyłożona do elementu zamocowanego w specjalnej ramce testowej FIA
7	Test wytrzymałości na zgniatanie strefy ochronnej przed kierowcą (front roll structure)	Stała siła (75kN) działająca od góry jest przyłożona do elementu zamocowanego w specjalnej ramce testowej FIA
8	Pierwszy test wytrzymałości na zgniatanie strefy bocznej	Stała siła (25kN) jest przykładana w odpowiednim miejscu bocznej sekcji bolidu	Powierzchnia nacisku 100mm na 300mm
9	Drugi test wytrzymałości na zgniatanie strefy bocznej	Stała siła (30kN) jest przykładana w odpowiednim miejscu bocznej sekcji bolidu	Średnica powierzchni nacisku 200mm
10	Trzeci test wytrzymałości na zgniatanie strefy bocznej	Stała siła (30kN) jest przykładana w odpowiednim miejscu bocznej sekcji bolidu	Średnica powierzchni nacisku 200mm, środek elementu naciskającego musi zostać umieszczony 350mm powyżej poziomu podłogi.
11	Test podłogi pod zbiornikiem paliwa	Stała siła (12,5kN) jest przykładana na środku podłogi pod zbiornikiem paliwa	Średnica powierzchni nacisku 200mm, siła przyłożona od spodu podłogi pod kątem 90 stopni
12	Test podłogi pod siedzeniem kierowcy	Stała siła (15kN) jest przykładana do podłogi znajdującej się pod kierowcą	Średnica powierzchni nacisku 200mm
13	Test ramy (wejścia) kokpitu	Stała siła (15kN) jest przykładana do ramy kokpitu po obu stronach	Dwa elementy naciskające o średnicy 50mm są umieszczone na ramie kokpitu pod katem 90 stopni w stosunku do osi symetrii samochodu
14	Test odporności nosa na odpychanie (push-off)	Stała siła (40kN) jest przykładana do bocznej części nosa bolidu	Powierzchnia nacisku 100mm na 300mm umieszczona 550mm od osi przednich kół, czas trwania 30 sekund
15	Test penetracyjny bocznych paneli ochronnych (umieszczonych na wysokości kierowcy)	Panel o wymiarach 500mm na 500mm jest naciskany za pomocą sztywnego, ściętego stożka.podróżującego z prędkością 2mm/s	Test kończy się w momencie gdy odkształcenie na panelu osiągnie 150mm
16	Test odporności tylnej sekcji na odpychanie (push-off)	Stała siła (40kN) jest przykładana do bocznej części tylnej struktury zderzeniowej	Powierzchnia nacisku 100mm na 300mm umieszczona 400mm od osi tylnych kół, czas trwania 30 sekund
17	Horyzontalny test odporności bocznych stref zderzeniowych (SIT's) na odpychanie (push-off)	Element ma wytrzymać nacisk 20kN
18	Wertykalny test odporności bocznych stref zderzeniowych (SIT's) na odpychanie (push-off)	Element ma wytrzymać nacisk 10kN

Bardzo ciekawy materiał poświęcony testom zderzeniowym, przygotowany przez zespół Williamsa znajdziecie na YouTube i co ważne w polskiej wersji językowej. Zaprezentowana powyżej tabela jest jedynie minimalną porcją informacji dotyczącą testów bezpieczeństwa. Osoby zainteresowane szczegółami każdego z testów, oraz kryteriami ich przejścia odsyłam do regulaminu technicznego F1, który znajdziecie na stronie FIA.

Po krótkim wprowadzeniu pora przyjrzeć się procesowi produkcji kompletnego podwozia. Projekt wykonany za pomocą oprogramowania CAD oraz sprawdzony pod kątem wytrzymałości (FEA) trafia bezpośrednio do bardzo zaawansowanej frezarki, która z epoksydowych bloków wycina formę, z w której powstanie pierwsze podwozie. Każdy, nawet minimalny błąd popełniony na tym etapie zostanie powielony na wszystkich wytworzonych elementach, więc wykorzystywany jest najwyższej klasy sprzęt pracujący z dokładnością do 0,05mm. Przy pracy z włóknem węglowym nie stosuje się form wykonanych z metalu, bo są zdecydowanie bardziej podatne na wpływ wysokiej temperatury od form epoksydowych.

Gotowe formy po bardzo szczegółowej inspekcji są następnie wyścielane warstwami włókna węglowego. Ten proces jest niezwykle skomplikowany i wymaga od inżynierów ogromnej precyzji. Również z tego powodu prace odbywają się w warunkach laboratoryjnych gdzie takie parametry jak ciśnienie czy temperatura są ściśle monitorowane. Mimo, że podwozie stanowi jedna całość, górna i dolna część są wykonywane osobno, a następnie łączone. Wypełnione materiałem oraz żywicą formy są na różnych etapach obrabiane próżniowo oraz poddawane działaniu wysokiej temperatury (około 130 stopni Celsjusza) w specjalnych piekarnikach (autoklawach).

Każda warstwa jest wnikliwie sprawdzana pod kątem rodzaju użytych materiałów (stosuje się klika różnych odmian) oraz sposobu ułożenia włókien. Jest to tak istotny proces z punktu widzenia wytrzymałości, że inżynierowie otrzymują wielostronicowe instrukcje, które ściśle precyzują wymiary, kształt, typ oraz sposób ułożenia każdego fragmentu materiału. Całość ponownie poddawana jest działaniu próżni oraz wysokich temperatur. Należy wspomnieć, że na etapie układania poszczególnych warstw możliwe jest umieszczenie elementów, do których zostaną później przymocowane kolejne części bolidu. Gotowe połówki podwozia po wyjęciu z formy są ze sobą mocowane, tworząc mocną i sztywną strukturę. Od tego momentu wszystkie prace związane z zamocowaniem kolejnych elementów są wykonywane jedynie ręcznie.

Jako dodatek polecam obejrzeć jak wygląda cały proces w materiale udostępnionym przez ekipę USF1, która jak wiadomo nigdy nie sprawdziła swojej konstrukcji w warunkach wyścigowy.