Соревнования.

По сути, каждый этап имитирует проведение технического тендера на производство малой партии гоночных автомобилей. Гонка лишь финальная часть такого этапа. Прежде всего на соревнованиях проходит всесторонняя оценка технической реализации конструкции автомобиля, различные статические и динамические тесты, а так же техническая и бизнес презентации, в ходе которых студенты должны доказать судейской коллегии, что именно их конструкция лучше всего соответствует всем предъявляемым к машине техническим и экономическим требованиям. В связи с этим этап условно можно разделить на статическую и динамическую части.

В статическую часть входят: бизнес презентация, где студенты представляют собой инженерную компанию, принимающую судий в роли инвесторов, которым необходимо предоставить план на производство серии автомобилей, их реализацию и дальнейшее обслуживание. Тут оценивается как сам план, так и манера его подачи судьям. Далее следует презентация конструкции, которую можно назвать “защитой конструкции”: автомобиль осматривает судейская коллегия и оценивает целесообразность и проработанность технических решений. При этом судьи активно общаются со студентами, которые как раз и должны доказать судьям обоснованность своих решений. Здесь необходимо предоставить максимум конструкторской и технологической документации на автомобиль. Следующая дисциплина – анализ стоимости, на которой судьи проверяют насколько отчет о стоимости автомобиля, который студенты должны выслать судьям заранее до начала соревнований, соответствует реальности. Так же проходит общение по “домашнему заданию” – в ответ на отправленный отчет судьи предлагают команде какое-либо задание по снижению стоимости автомобиля или отдельного узла, которое необходимо решить до соревнований. В итоге оценивается экономическая целесообразность применяемых решений, а так же проработанность отчета о стоимости и выполнение задания.

Для допуска к динамической части соревнований каждый автомобиль должен пройти тщательную техническую комиссию и ряд тестов, в основном связанных с безопасностью. Ко всему, что связано с безопасностью, организаторы всегда подходят очень строго. На технической комиссии судьи проверяют соответствие автомобиля регламенту SAE и непосредственно регламенту этапа. Кроме самого автомобиля проверяется так же и экипировка водителя и наличие у команды средств пожаротушения. Во время комиссии пилот должен продемонстрировать, что автомобиль можно покинуть за короткий промежуток времени в 5 секунд. После этого проводится тест на наклонном столе на переворот и на протекание различных технических жидкостей. Далее идет тест на уровень шума – он не должен превышать допустимого по регламенту уровня. В завершение – тест на торможение, в котором необходимо показать, что тормозная система может заблокировать все колеса автомобиля и при этом блокировка происходит одновременно и автомобиль не уходит с прямолинейной траектории. После всего автомобиль получает допуск к динамическим дисциплинам соревнования. На протяжении всех соревнований командам дается время для устранения найденных неисправностей. Поэтому на соревнованиях часто можно увидеть команды, работающие над своими автомобилями без сна ночью.

В динамические дисциплины входят: разгон на 75 метров, “восьмерка”, автокросс и гонка на выносливость. Хочется отметить, что среднее время прохождения 75-ти метров около 4,4 секунды и автомобили развивают скорость в конце отрезка в районе 100 км/ч. Рекорд Европы установлен командой Технического Университета Граца на соревнованиях в Италии в 2009-ом году и составляет 3,74 секунды. “Восьмерка” показывает способность автомобиля проходить поворот на высокой скорости. Автокросс – это заезд на один круг по трассе гонки на выносливость и он служит своеобразной квалификацией на нее. Гонка на выносливость проводиться на дистанции в 22 км без дозаправок с одной обязательной сменой пилота. По результатам гонки оценивается время прохождения дистанции и топливная экономичность автомобиля, которая тоже является отдельной дисциплиной и приносит свои баллы в копилку команды. Вообще эта гонка является кульминацией всего этапа и самой зрелищной его частью. Далеко не всем командам удается закончить ее. В этом году, на этапе в Германии из-за проблем с двигателем не смогли закончить ее одни из фаворитов – команда Технического Университета Штутгарта. У других фаворитов, команды из Граца, на гонке сломалась толкающая штанга амортизатора в передней подвеске. А у команды из Регенсбурга машина в прямом смысле слова сгорела – сорвало топливные шланги около топливной рампы на двигателе, что закончилось огромным столбом пламени, остановкой гонки и выездом пожарной бригады. К счастью гонщик, покинувший горящий автомобиль гораздо быстрее регламентированных 5-ти секунд, не пострадал. Так же следует отметить, что организаторы имеют право устраивать свои дополнительные дисциплины, например, на этапе в Австрии в 2009-ом году была проведена отдельная дисциплина разгон-торможение.

Несмотря на существенную статическую составляющую этапа, примерно три четверти баллов приходится на динамические дисциплины, а самый существенный вклад дает гонка на выносливость – почти одна треть от общего количества баллов.

Помимо основных дисциплин по инициативе различных спонсоров проводятся розыгрыши и в специальных номинациях, например за инновацию в электронике (организована Bosch), за использование легких материалов (организована AUDI) и многие другие. Список специальных дисциплин обычно оглашается в регламенте конкретного этапа. Выигрыш в них не приносит команде дополнительных баллов в общий зачет, но обычно выражается в весьма приятных материальных призах.

Болиды

Двигатель: Yamaha PZ50;

Тип: бензиновый ПДВС, 4-х тактный, жидкостного охлаждения, DOHC;

Рабочий объем: 499 см3;

Кол-во цилиндров / расположение: 2 / поперечной, рядное, наклоненное назад;

Диаметр цилиндра х ход поршня: 77 х 53,6 мм;

Степень сжатия: 12,4:1;

Тип топлива: бензин, 98 RON;

Трансмиссия:

Тип: Бесступенчатая, клиноременный вариатор.

Передаточные отношения: 3,8-0,95 : 1;

Сцепление: Автоматическое, центробежного типа;

Главная передача: цепная;

Передаточное отношение ГП: 2,66

Дифференциал: самоблокирующийся, повышенного трения, типа Quaife;

Подвеска:

Передняя ось: двойные А-образные непараллельные неравные рычаги; привод упругого элемента от нижнего рычага через толкающую штангу.

Задняя ось: двойные А-образные непараллельные неравные рычаги; привод упругого элемента от нижнего рычага через толкающую штангу.

Амортизаторы (пер./зад.): DNM Burner RC

Неподрессоренные массы:

Диски: ВСМПО, 5,5х13" et35

Шины: Hoosier 20,5x6,0-13 R25A

Тормозная система: Двухконтурная.

Суппорта: Wilwood PS-1.

Внеш. диаметр торм.дисков (п./з.): 230 мм

Предварительная стоимость 1,5-2 млн. рублей

Конструкция автомобилей определяется в основном Регламентом SAE. Регламенты на конкретный этап обычно только уточняют его, но не вносят никаких дополнительных требований. Регламент построен таким образом, что бы предоставить командам наибольшую свободу действий. Почти все пункты регламента ограничивают только те аспекты, которые влияют на безопасность конструкции болидов – организаторы за этим пристально следят. Существует даже и такая практика, что если организаторы какого-либо этапа увидят в интернете видеоролики, на которых команды обкатывают автомобиль по дорогам общего пользования или ездят на них без специальной экипировки, то их дисквалифицируют с этапа.

Автомобиль класса Формула SAE – это небольшой гоночный автомобиль формульного типа, то есть с четырьмя открытыми колесами не находящимися на одной линии и приводом на заднюю ось. Большая часть требований относится к несущей системе автомобиля. Стандартной считается пространственная трубчатая рама из стальных труб, однако можно использовать и трубы из алюминиевых, магниевых, титановых сплавов или же изготовлять монокок, но в этом случае организаторы потребуют от вас расчеты и данные испытаний, показывающие, что данная конструкция не уступает стандартной. Многие ведущие мировые команды сами рассчитывают и изготавливают монококи из углеволокна.

Особых требований к конструкции подвески в регламенте нет, но общепринятой считается конструкция с двумя А-образными рычагами и толкающей или тянущей штангой. При такой конструкции с не очень большими ходами подвески (по Регламенту как минимум 25 мм на сжатие и 25 мм на отбой при наличии водителя в автомобиле) можно добиться очень хорошей кинематики подвески, при малом весе. Большая часть команд использует в своих подвесках и стабилизаторы поперечной устойчивости, причем иногда они имеют механическую регулировку жесткости в реальном времени. Так же есть команды, которые устанавливают на свои болиды и гидравлические стабилизаторы, например австралийская команда из Перта, входящая в число сильнейших команд.

В качестве силовой установки на болиде должен стоять четырехтактный поршневой ДВС, объемом не более 610 мл и имеющий ограничительную шайбу на впуске, через которую должен проходить весь воздух получаемый двигателем. Диаметр шайбы 20 мм для двигателей, работающих на бензине, и 19 мм для двигателей использующих смесь Е-85. Обычно это четырех цилиндровые двигатели от спортивных мотоциклов, но встречаются и команды, которые используют одноцилиндровые двигатели меньшего объема от кроссовых мотоциклов. В этом случае они получают дополнительный выигрыш от снижения массы двигателя. К слову сказать, одна из сильнейших мировых команд, команда Технического Университета Делфта (Голландия) на этапе в Германии в этом году показала автомобиль массой всего в 150 кг с таким одноцилиндровым двигателем, который в итоге выиграл автокросс и гонку на выносливость с существенным отрывом от своих конкурентов. На двигатель разрешается так же установка нагнетателей любого типа: механических или турбин – единственное требование, чтобы они были разработаны исключительно студентами и были установлены после ограничительной шайбы. Некоторые команды так же занимаются переборкой двигателя и достаточно серьезной доработкой. А были случаи и собственных разработок двигателей: одна команда из США изготовила “классический” американский V8 объемом 600 мл! К сожалению, они не прошли техническую комиссию, поскольку банально не оборудовали свой автомобиль стационарным стартером, необходимым по регламенту.

Трансмиссия в подавляющем большинстве случаев – это мотоциклетные коробки передач. Наиболее сильные команды разрабатывают свои собственные: меньше и соответственно легче, ведь по регламенту эти автомобили не должны ездить быстрее, чем 160 км/ч, а почти на всех трассах они не развивают больше 110-120 км/ч, и, следовательно, им не нужно много передач. Команда из Штутгарта, которая по праву считается сильнейшей командой, довольствуется всего двумя ступенями. После коробки передач обычно идет цепная главная передача (иногда зубчатым ремнем) на дифференциал, который работает на открытом воздухе. Дифференциалы обычно используют самоблокирующиеся, повышенного трения. Многие команды вынуждены сами точить для них корпуса, потому что большинство дифференциалов рассчитаны на работу в картере, а не на воздухе. А вот компания Drexler, специализирующаяся на гоночных трансмиссиях, выпускает специальные дифференциалы для формулы SAE, массой всего 2,2 кг. Иногда команды экспериментируют и с электронно-управляемыми дифференциалами.

Команда из МАДИ использует непривычное для гоночных автомобилей решение: коробка передач заменена на клиноременный вариатор от спортивного снегохода Yamaha. Данное решение вызвало неподдельный интерес, как у судей, так и у членов других команд за рубежом во время участия на немецком этапе Формулы Студент. Оно идеально отвечает концепции непрофессионального гоночного автомобиля для гонщиков-любителей, поскольку полностью избавляет от необходимости отслеживания переключений. Конечно и при наличии коробки с двумя ступенями проблем тоже не много, но на узких и извилистых трассах формулы SAE лучше, когда гонщика ничего не отвлекает в принципе. С точки зрения технических характеристик же у данного решения есть свои минусы, например неудобство компоновки, несколько больше потери, так и свои плюсы: вариатор позволяет двигателю постоянно работать в лучшем режиме, например, в зоне максимального крутящего момента.

Вообще с точки зрения техники, есть достаточно большое различие в уровне команд. Команды новички часто приезжают с автомобилями, уступающими по большинству характеристик российским болидам. Однако ведущие мировые команды находятся далеко впереди. Зачастую студенты используют технологии аналогичные технологиям Формулы-1: тут и консольно закрепленные гибкие рычаги подвески из углеволокна, и полуоси из углеволокна, и кулаки, и колесные диски из углеволокна, массой всего по 1,5 кг, и даже карбо-керамические тормоза. Используют и множество электронных систем: противобуксовочную, противоблокировочную, аналоги систем курсовой устойчивости, системы детальной телеметрии, динамически регулируемые амортизаторы. Студенты из Технического Университета Граца изготавливают даже свои электронные платы и свое программное обеспечение. При этом студентам часто приходится самим внедрять новые технологии подручными методами. Например, известна история о том что свои первые колесные диски из углеволокна команда из Граца запекала в обычной кухонной печи, помещенной в самодельный вакуумный короб. Одним из показателей совершенства автомобиля можно считать его массу. Средняя масса автомобилей европейских команд от 180 до 220 кг. Самый легкий автомобиль российских команд – последний болид команды МАДИ весит 250 кг. А вот автомобиль сезона 2010 команды DUTRacing из Делфта, получивший в Германии специальные призы за “инновации в электронике” и “использование легких материалов”, весит всего 152 кг. Вообще эта команда знаменита своей концепцией: конструировать автомобили с минимальной массой. Им же и принадлежит рекорд в этом параметре: в 2006 году их автомобиль весил всего 126 кг. Сейчас, однако, такие цифры стали труднодостижимы из-за изменений в регламенте, повысивших требования к безопасности болидов. Но надо сказать, что выглядело очень впечатляюще, когда на фотографирование команд после этапа в Австрии 2009-ого года, команда из Орегона внесла свой автомобиль на вытянутых над головой руках!

Российским командам есть куда стремиться и чему поучиться у своих зарубежных коллег. Но с радостью можно отметить, что проект развивается, появляются новые команды, старые команды улучшают свои результаты. И будем надеяться, что через пару лет они на равных схлестнутся с ведущими зарубежными командами на этапе Формулы SAE в России.