گاز نده، ایده بده

ماشین، محصول مستقیم دانش و فناوری است،‌ برای همین شرکت‌کنندگان در مسابقات اتومبیل‌رانی همیشه بهترین مشتری تکنیک‌های جدید و ابزارهای پیشرفته‌ در حوزه خودرو بوده‌اند.

در این مطلب نگاهی می‌اندازیم به بخشی از فناوری‌های به کار رفته در آخرین نسل ماشین‌های مسابقه؛ کورس‌هایی که در رقابت‌های فرمول یک،‌ با سرعت‌هایی بیشتر از 350کیلومتر در ساعت، ده‌ها میلیون‌ نفر را در سراسر کره خاکی هیجان‌زده می‌کنند.

موتور اتومبیل‌های فرمول یک، شاهکارهای مهندسی جدید هستند. این موتورها حدود 5  هزار قطعه دارند که 1500تای آنها متحرک هستند. هر بار سر هم کردن این قطعات، 2 هفته وقت می‌خواهد.

طبق آخرین مقررات (2006)، موتورهای فرمول یک باید چهارزمانه باشند و حداکثر می‌توانند ۲۴۰۰ سی‌سی حجم  و 8 سیلندر داشته باشند. با این محدودیت‌ها، موتورسازان توانسته‌اند موتورهایی با قدرت‌ بیشتر از 700 اسب بخار  و دور موتور بالاتر از ۱۹ هزار دور در دقیقه بسازند.

وزن این موتورها معمولا کمتر از 10۰ کیلوگرم است. در اتومبیل‌های معمولی، موتوری با همین حجم معمولا حدود ۱5۰ اسب بخار قدرت و حداکثر دور موتوری معادل 6 هزار دور در دقیقه دارد. البته چون هدف اصلی موتورهای F1 به دست آوردن حداکثر سرعت است، مصرف آنها به ۶۰ لیتر در هر ۱۰۰ کیلومتر هم می‌رسد؛ در حالی که اتومبیل‌‌های معمولی کمتر از ۱۰ لیتر در هر ۱۰۰ کیلومتر می‌سوزانند.

شاسی و جعبه دنده
 اما فقط تولید قدرت مهم نیست،‌ انتقال درست نیرو به چرخ‌ها هم مسئله بسیار مهمی است. جعبه دنده یکی از پیچیده‌ترین اجزای اتومبیل‌های F1 محسوب می‌شود. بیش از ۲۰۰ سنسور وضعیت موتور را می‌سنجند و با استفاده از ابزارهای کمکی، بهترین زمان برای تغییر دنده را برای راننده مشخص می‌کنند.

 راننده، دنده را با دست و توسط پدالی که پشت فرمان نصب شده عوض می‌کند. تغییر دنده در داخل جعبه دنده در زمانی معادل دو صدم ثانیه انجام می‌شود.

بدون فیبر کربن، تصور بسیاری از پیشرفت‌های اساسی در وسایل حمل ‌و نقل امروزی ممکن نبود. این ماده 4 بار محکم‌تر از فولاد اما 3 بار سبک‌تر از آن است. از دهه 80میلادی، در ساخت قطعات مختلف ماشین‌های مسابقه‌ای هم به حد زیادی از فیبر کربن استفاده می‌شود.

 شاسی، اولین قسمتی است که در اتومبیل‌های F1‌ ساخته می‌شود. جنس آن از فیبر کربن است و چون طبق قوانین نباید در عملکرد آیرودینامیک اتومبیل تاثیر داشته باشد، کف آن صاف است. این قطعه با وزنی حدود ۳۰ کیلوگرم، باید بتواند فشارهای سنگین و متناوبی را تحمل کند، در عین حال، چون راننده عملا در داخل شاسی می‌نشیند، قسمت عمده‌ای از ایمنی راننده به استقامت آن بستگی دارد.

بدنه
فرق ماشین‌های معمولی با ماشین‌های مسابقه فقط در ضعیف‌تر بودن موتورشان نیست؛ آیرودینامیک، نقش اساسی در رسیدن به سرعت‌های بیشتر از 350کیلومتر در ساعت دارد. جریان هوایی که در زیر بدنه ماشین در سرعت‌های بالا ایجاد می شود، به حدی قوی است که می‌تواند اتومبیل را به هوا پرتاب کند، برای همین، بدنه اتومبیل‌های فرمول یک را شبیه بال هواپیما طراحی می‌کنند؛ البته به صورت برعکس.

برخلاف هواپیما، شکل بدنه ماشین‌های F1 هوا را به بالا و اتومبیل را به پایین می‌راند و باعث چسبیدن اتومبیل به زمین در سرعت‌های بالا و در پیچ‌ها می‌شود. این طراحی به حدی مؤثر و کارآمد است که براساس محاسبات، یک اتومبیل فرمول یک می‌تواند در سرعت‌های بالا به‌طور معکوس و روی سقف یک تونل بدون آنکه به زمین بیفتد،  حرکت کند.

نقش دیگر بدنه، راندن بخشی از هوا به سمت رادیاتورهای اتومبیل جهت خنک کردن موتور و سیستم‌های هیدرولیک است.

سیستم تعلیق (فنربندی)
سیستم تعلیق در ماشین‌های مسابقه، نقش بسیار مهمی دارد و مثل ماشین‌‌های عادی، کار این سیستم ثابت نگه داشتن فاصله کف اتومبیل با زمین و جذب ارتعاشات است.

سیستم تعلیق پیچیده و سفت اتومبیل‌های F1‌ تفاوت زیادی با فنربندی ماشین‌های عادی دارد؛ در حالی که فنربندی یک ماشین معمولی، محدوده حرکتی حدود ۳۰ سانتی‌متر دارد، در اتومبیل فرمول یک، این محدوده حرکت به 3سانتی‌متر در چرخ‌های جلو و 6 سانتی‌متر در چرخ‌های عقب کاهش می‌یابد.

اصولا برخلاف اتومبیل‌های عادی، قرار نیست که سیستم تعلیق در اتومبیل‌های فرمول یک، اسباب راحتی راننده را فراهم کند. این سیستم، قابل تنظیم است و مثلا در هوای بارانی، راننده می‌تواند امکان انعطاف بیشتری به سیستم بدهد.

لاستیک‌ها
لاستیک‌ها بیشتر از هر عامل دیگری در سرعت اتومبیل‌های فرمول یک مؤثر هستند. روی هر لاستیک 4 شیار وجود دارد که باعث کنترل بهتر سرعت می‌شوند. لاستیک‌ها بر روی رینگ‌های سبک آلومینیومی سوار شده و فقط با یک مهره به بدنه ماشین متصل می‌شوند.

در حالی که لاستیک اتومبیل‌های معمولی بیشتر از چند 10 هزار کیلومتر کار می‌کند، لاستیک اتومبیل F1 طوری ساخته می‌شود که معمولا بین 80 تا ۲۰۰ کیلومتر کار می‌کند.

برای همین است که در طول یک مسابقه چند بار باید لاستیک‌های یک ماشین را عوض کرد. این لاستیک‌ها برای مسابقه باید حرارتی بین 80 تا ۱0۰ درجه سانتی‌گراد داشته باشند، به همین دلیل، پیش از شروع مسابقه، درجه حرارت آنها را با روش‌هایی مثل پتوهای برقی مخصوص در حدود ۹۰ درجه نگه می‌دارند.

ترمز
یک اتومبیل فرمول یک با سرعت 300 کیلومتر بر ساعت، فقط در 4 ثانیه به طور کامل متوقف می‌شود. (توجه دارید که در این مدت، شتابی بیشتر از 5 برابر شتاب جاذبه به ماشین و راننده وارد می‌شود!) برای رسیدن به چنین قابلیتی به یک سیستم ترمز بسیار قوی احتیاج است.

 به طور کلی، سیستم ترمز اتومبیل‌های F1 شبیه سیستم ترمز دیسکی اتومبیل‌های معمولی است؛ با این تفاوت که از فیبرکربن ساخته شده‌اند تا بتوانند حرارتی تا یک هزار درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند. عمر این دیسک‌های ترمز که ساخت هر کدام از آنها تا 5 ماه وقت می‌گیرد، فقط در حدود ۸۰۰ کیلومتر است.

فرمان
فرمان یک اتومبیلF1، وسیله الکترونیکی پیچیده‌ای است که کارهای بیشتری از صرف تعیین جهت حرکت اتومبیل انجام می‌دهد و راننده با استفاده از آن می‌تواند بیشتر تنظیمات ماشین را کنترل کند؛ مثلا دنده را خلاص،‌ خاصیت محدودیت سرعت را فعال، نسبت ترکیب سوخت و هوا را تنظیم و فشار ترمزهای عقب و جلو را میزان کند، صفحه نمایش روی فرمان هم تمام اطلاعات لازم را به راننده نشان می‌دهد. سیستم هیدرولیک اتومبیل‌های F1 هم بسیار پیچیده و حساس است؛ نیم دور چرخش فرمان برای تغییر جهت حرکت ماشین در یک پیچ ۹۰ درجه کافی است.

در هر تیم فرمول یک، یک مهندس مسئول فرمان‌ اتومبیل است. فرمان فرمول یک را باید برای سوار و پیاده شدن راننده، از جای خودش بیرون آورد. ساخت هر کدام از این فرمان‌ها حدود ۴۰ هزار دلار هزینه دارد و 100 ساعت وقت می‌گیرد.

اندکی بیشتر درباره فرمول یک
فرمول یک- که به اختصار F1 نوشته می‌شود-  مهم‌ترین مسابقات اتومبیل‌رانی دنیا ست که زیرنظر و طبق مقررات فدراسیون بین‌المللی اتومبیل‌رانی (FIA) برگزار می‌شود. منظور از کلمه «فرمول»، مجموعه‌ای از مقررات است که تمامی شرکت‌کنندگان و خودروها باید آن را رعایت کنند.

هر فصل فرمول یک- که به جایزه بزرگ هم مشهور است- از مجموعه‌ای از مسابقات تشکیل شده که معمولا در پیست‌ها و در موارد کمی در جاده‌های بسته شهری انجام می‌شوند. فصل 2007 شامل 17 دور بود.

این مسابقات هر 2 هفته یک‌ بار و در کشورهای مختلف برگزار می‌شوند. در پایان هر فصل، نتایج تمامی مسابقات جمع بندی می‌شود تا 2 قهرمان سال، یکی از بین رانندگان و یکی از میان تیم‌ها -شرکت‌های سازنده- مشخص شوند.

 قوانین این مسابقات هر چند سال یک‌ بار تغییر می‌‌کند. قوانین فعلی مصوب 2006 هستند. اولین دوره رسمی فرمول یک در سال 1950 برگزار شد. علاوه بر فرمول‌یک، مسابقات فرمول 2 (با نام جدید فرمول 3000) و فرمول 3 هم وجود دارند که به نوعی دسته پایین‌تر فرمول یک به حساب می‌آیند. اتومبیل‌رانی را می‌شود گران‌ترین ورزش دنیا بدانیم.

طبق گزارش‌های رسمی، 11 تیم حاضر در فرمول یک در سال 2006، 9/2 میلیارد دلار صرف این مسابقات کرده‌اند. البته از آن طرف، فرمول یک درآمدهای کلانی دارد که ادامه آن را امکان‌پذیر کرده؛ به عنوان مثال بدانید این مسابقات بعد از المپیک و جام‌ جهانی فوتبال، پربیننده‌ترین جاذبه ورزشی در تلویزیون‌های دنیاست که در  بیش از 200 کشور حق پخش مستقیم دارد. خودتان حدس بزنید فقط درآمد حاصل از حق پخش این بازی‌ها چقدر می‌شود!

 مجازی اصل می‌شود
درست مثل لیگ‌های فوتبال، در مسابقات فرمول یک هم از نیمه فصل به بعد، هیجان رقابت‌ها بیشتر می‌شود و از همین وقت است که بازار حدس و گمان و پیش‌بینی‌ها درباره بهترین راننده و تیم داغ می‌شود. در هفته‌های آخر فصل همه منتظر هورا کشیدن برای قهرمان فرمول یک سال هستند اما در پشت صحنه، اوضاع فرق می‌کند. در آنجا خیلی‌ها به فکر سال بعد هستند.

 طراحان و مهندسان تیم‌ها هفته‌هاست مشغول مدل‌سازی و آزمایش ماشین‌هایی هستند که در فصل آینده وارد پیست خواهند شد.

وظیفه اصلی طراحان بدنه ماشین‌های فرمول یک، استفاده هر چه بهتر از اصول آیرودینامیک است. آنها از ابزارهای زیادی برای آزمایش نتایج کارهایشان استفاده می‌کنند. تونل‌ باد، یکی از اصلی‌ترین و قدیمی‌ترین تجهیزات لازم برای تست طرح‌های جدید است که در آن اوضاع برعکس شرایط واقعی است؛ یعنی ماشین را ثابت می‌کنند و با استفاده از فن‌های قوی،‌ جریان باد را با سرعت‌ها و خصوصیات مختلف و قابل تنظیم به ماشین می‌کوبند.

با پیشرفت فناوری‌‌های جدید در سال‌‌های اخیر،‌ دقت و کارآمدی تونل‌های باد هم بالا رفته است؛ هر نمونه جدید در حالی وارد تونل باد می‌شود که سنسورهای زیادی روی بدنه آن نصب شده‌اند تا شدت جریان هوا را در همه جوانب ماشین اندازه‌گیری کنند. در هر آزمایش تونل باد، بیش از هزار پارامتر و شاخص مختلف سنجیده می‌شود.

اما مثل همه‌جا، پای کامپیوتر‌های اساسی به این حیطه هم باز شده و استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای به عنوان مکمل ـ و کم‌کم جایگزین ـ آزمایش‌های فیزیکی رایج‌تر می‌شود. آلکس برنز، مسئول ارشد طراحی تیم ویلیامز می‌گوید: «استفاده از محیط‌های مجازی برای آزمایش، تغییر بزرگی در روند آزمایش‌های آیرودینامیکی ایجاد کرده.

در آزمایش‌های تونل باد یا آزمایش‌های پیست نمی‌شود به طور کامل فهمید که هوا از کجاها عبور می‌کند و در کدام قسمت‌ها تغییر فشار ایجاد شده اما با نرم‌افزار تحلیل رایانه‌ای ما می‌شود گردبادهای کوچک ایجاد شده توسط هر قطعه روی بدنه را دقیقا دید و فشار موجود روی اجزای مختلف ماشین را حساب کرد».

استفاده از کامپیوتر برای تایید صحت نتایج آزمایش‌های فیزیکی، مسئله جدیدی نیست اما با افزایش توان محاسباتی کامپیوترها، در آینده نزدیک، باید انتظار شرایط برعکسی را داشته  باشیم؛ یعنی این آزمایش‌های فیزیکی هستند که برای تایید صحت نتایج محاسبات کامپیوتری انجام خواهند شد.