به طور اساسی ماشین های فرمول یک تفاوت چندانی با ماشین های داخل گاراژ شما ندارند. همه آن ها از موتور های احتراق داخلی استفاده می‌کنند و شامل سیستم انتقال قدرت، سیستم تعلیق، چرخ ها و ترمز می‌باشند و این تشابه همینجا به پایان می‌رسد. ماشین های فرمول یک برای سواری های معمولی و گشت و گذار در خیابان ساخته نمی‌شوند. همه چیز در مورد آن ها بسیار پیچیده است و تنها برای یک هدف ساخته می‌شوند، فقط سرعت!!

سرعت ماشین فرمول یک می‌تواند به راحتی به 322 کیلومتر در ساعت برسد، اما راننده ها در حین مسابقه همیشه با این سرعت نمی‌رانند. در مسابقه گرند پریکس مجارستان سال 2006، سرعت متوسط برنده مسابقه 164 کیلومتر بر ساعت بود، و در همان سال در گرند پریکس ایتالیا سرعت متوسط برنده 245 کیلومتر بر ساعت بود.

بیشتر بخوانید: 10 ماشین سوپر اسپرت برتر سال 2020

شاسی و بدنه ماشین فرمول یک

قلب یه ماشین فرمول یک شاسی و بدنه آن می‌باشد. شاسی قسمتی از ماشین می‌باشد که تمام اجزا ماشین به این قسمت متصل می‌شوند و روی آن سوار می‌شوند. مانند همه ماشین های مدرن و هواپیما ها، ماشین های فرمول یک از قابلیت مونوکاک استفاده میکنند. مونوکاک لغت فرانسوی به معنایی « تک غالبی » می باشد، به این معنا که تمام بدنه آن ها از  یک ماده ساخته می‌شود. در گذشته این ماده آلومینیم بود اما امروزه از مواد کامپوزیت مستحکم تری استفاده می کنند، مانند فیبر کربن ها یا آلومینیم به همراه روکش های فیبر کربنی. نتیجه این تغییرات ماشین های سبک وزنتری می‌باشند که ضربه های شدید و ناگهانی در حین مسابقه را تحمل می‌کنند. در کاکپیت یا همان اتاقک راننده هم از مونوکاک استفاده می‌شود. این اتاقک ها بسیار محکم بوده و تنها برای یک نفر جا دارد، هم چنین بر خلاف ماشین های معمولی که اتاقک راننده بسیار شکیل و متفاوت از یکدیگر می باشند، اتاقک های ماشین های فرمول یک همگی شکل مشابهی دارند و باید قوانین خاصی در طراحی آن ها رعایت شود. به عنوان مثال باید حداقل فضای استاندارد رو رعایت کنند و کف مسطحی داشته باشند. اما صندلی راننده دقیقا بر اساس اندازه های فیزیکی راننده طراحی می شود، به همین دلیل حرکات راننده بسیار محدود می‌شود.

بیشتر بخوانید: نقش سنسورها در موتورهای کلاس MotoGP

موتور ماشین فرمول یک

تا قبل از سال 2006 قدرت ماشین های فرمول یک توسط موتور های بزرگ سه لیتری V10 تامین میشد. بعد از آن قوانین تغییر کرد و از موتور های 2.4 لیتری V8 استفاده می‌شود. با وجود آنکه با تغییر قوانین قدرت ماشین های فرمول یک کاسته شد، اما به اندازه کافی قدرتمند هستند که 900 اسب بخار تولید کنند. برای این که بهتر متوجه شوید، یک ماشین فلوکس واگن جتا که موتور 2.5 لیتری دارد تنها 150 اسب بخار تولید می‌کند. البته موتور فلوکس واگن جتا برای مسافت حداقل 160934 کیلومتر مناسب می‌باشد، اما موتور ماشین فرمول یک بعد از هر 800 کیلومتر تعویض می‌شود. حتما می‌پرسید چرا، و دلیل این موضوع این است که موتور های فرمول یک با هر بار کار کردن قدرت بسیار زیادی تولید می کند و تعداد دور چرخش موتور نیز بسیار بالا است، تقریبا حدود 19000 چرخش در هر دقیقه می باشد! بنابراین کار کردن موتور در این تعداد چرخش بالا و حرارتی که تولید می شود به همراه فشار زیادی که بر روی قطعات متحرک موتور وارد می‌شود، همگی باعث کاهش طول عمر موتور می‌شود.

سوخت این موتور ها بنزین یا گازوئیل معمولی که ما استفاده می کنیم نیست. تا مقادیر کمی از مواد ترکیبی غیر هیدروکربنی برای استفاده در سوخت مجاز است، اما مواد افزاینده قدرت به طور کامل غیر مجاز شده اند. همه تیم های فرمول یک در هر فصل از مسابقات ترکیبی از 50 سوخت مختلف استفاده می کنند که وابسته به شرایط مختلف مانند آب و هوا و پیست مسابقه ترکیب سوخت تغییر می‌کند.  تمامی این سوخت های ترکیبی ابتدا باید تایید فدراسیون بین المللی اتوموبیل ها ( FIA ) را از لحاظ ترکیبات استفاده شده و مشخصات فیزیکی دریافت کنند تا در مسابقه از آن ها استفاده شود.

سیستم انتقال قدرت ماشین فرمول یک

کار سیستم انتقال قدرت این است که تمام قدرت تولید شده توسط موتور را به چرخ های عقبی ماشین فرمول یک منتقل کند. سیستم انتقال قدرت به طور مستقیم به پشت موتور متصل شده است و شامل تمام قطعاتی است که شما در سیستم های انتقال قدرت ماشین خود دارید، مانند: گیرباکس، سیستم دیفرانسیل و شفت ها. برای ماشین های فرمول یک، گیرباکس باید حداقل چهار دنده و حداکثر هفت دنده جلوبرنده داشته باشند. تا مدتی گیرباکس های شش سرعته محبوب بودند اما امروزه از گیرباکس های هفت سرعته استفاده می شود، همچنین گیرباکس ها باید شامل دنده عقب نیز باشند. گیرباکس به سیستم دیفرانسیل متصل می باشد، که کار آن تنظیم سرعت چرخش چرخ های عقب هنگام عبور از پیچ می‌باشد. خود سیستم دیفرانسیل مستقیما به چرخ های عقب متصل نیست و شفت ها این دو را به هم مرتبط می‌کنند.

تعویض دنده در ماشین های فرمول یک مانند تعویض دنده ماشین های معمولی نیست. به جای استفاده از شکل معمولی تعویض دنده که به صورت H می‌باشد، راننده ها از پدال های نصب شده در پشت فرمان خود برای تعویض دنده استفاده می کنند. کم کردن دنده با پدال های یک طرف فرمان و اضافه کردن دنده با طرف دیگر می باشد. استفاده از سیستم های تعویض دنده خودکار با دقت و بالا در ماشین های فرمول یک امکان پذیر می‌باشد اما بر خلاف قوانین مسابقات می‌باشد. تعویض دنده به صورت دستی مهارت راننده را نشان می‌دهد، و علاوه بر آن راننده نیز می تواند از قدرت موتور خود بهتر و دقیق تر استفاده کند.

آیرودینامیک ماشین فرمول یک

ماشین های فرمول یک علاوه بر موتور های خاص شان، به آیرودینامیک خاصی که بدنه آنها دارند نیز شناخته می شوند. آیرودینامیک به این دلیل بسیار مهم است که هر ماشینی که در سرعت های بالا حرکت می کند نیاز دارد تا از پس دو موضوع به خوبی بر بیاید، اول آنکه مقاومت ناشی از هوا را کاهش دهد و دوم آنکه نیروی به سمت پایین (به سمت جاده) را افزایش دهد. ماشین های فرمول یک ارتفاع کم و پهنای زیادی دارند تا بتوانند مقاومت هوا را کاهش دهند. بال ها، دیفیوزر و صفحه های انتهایی بارگیری برای افزایش نیروی به سمت پایین می‌باشند. بیاید این موارد را دقیق تر بررسی کنیم.

بال ها: بال ها اولین بار در سال 1960 استفاده شدند که از قوانین مشابه بال های هواپیما، اما با کاربرد برعکس استفاده می کنند. بال های هواپیما باعث بلند شدن آن از زمین می شوند اما بال های ماشین فرمول یک، همان نیرو را به سمت پایین وارد می‌کنند که باعث می‌شود ماشین در سرعت های بالا از زمین جدا نشود مخصوصا در پیچ ها. زاویه بال های جلو و عقب قابل تنظیم است تا بتوان به بهترین بالانس بین مقاومت هوا و نیروی سمت پایین دست یافت.

دیفیوزر: مهندسان شرکت لوتوس در سال 1970 دریافتند که ماشین فرمول یک به تنهایی مانند یک بال عظیم عمل کند. با یه طراحی خاص آن ها توانستند تا از زیر ماشین هوا را استخراج کنند، این کار باعث ایجاد ناحیه ای با فشار هوای کم می شود که باعث می شود که ماشین به سمت پایین کشیده شود و نیروی به سمت پایین ایجاد شود. این اثر که بعنوان « اثر زمین » یاد می‌شود خیلی سریع توسط قوانین جدید ممنوع شد، به همین دلیل امروزه زیر ماشین های فرمول یک از ابتدا تا انتهای کاملا صاف می باشد. به غیر از این ناحیه مهندسان اختیار کامل همه قسمت ها را دارند. اکثر مهندسان از دیفیوزر استفاده می کنند، وسیله ای که دقیقا زیر موتور و گیر باکس نصب شده است و یک نوع مکش را ایجاد می کند که مانند یک قیف هوا را به داخل کشیده و از عقب ماشین خارج می‌کند.

صفحه های بارگیری: یکی از اهداف مهم آیرودینامیک این است هوا را در محلی که خودمان می خواهیم به حرکت در بیاریم. صفحه هایی انتهایی، صفحه های کوچکی هستند و قسمت های لبه دار در کناره های بال های جلویی باعث می شوند هوایی که از روبرو به ماشین برخورد می‌کند را به طرفین ماشین هدایت کرده و از مقاومت هوا بکاهند. صفحه های بارگیری دقیقا پشت چرخ های جلویی نصب شده اند، باعث می‌شوند که هوای آن قسمت را بارگیری کرده و به آن شتاب بدهند تا نیروی به سمت پایین بیشتری ایجاد کنند.

سیستم تعلیق ماشین فرمول یک

سیستم تعلیق ماشین فرمول یک نیز همان تجهیزاتی را دارد که یک ماشین معمولی دارد، مانند: فنر ها، دامپر ها، بازو ها و میله هایی برای جلوگیری از تاب خوردن ماشین. بررسی سیستم تعیلق به تنهایی بحثی بسیار مفصل و طولانی می‌باشد اما اگه بخواهیم به طور ساده موضوع را شرح دهیم؛ اکثر ماشین های فرمول یک از قابلیت سیستم تعلیق دوگانه استفاده می‌کنند. یکی از کار هایی که تیم ها قبل از شروع مسابقه انجام می‌دهند، چک کردن سیستم تعلیق می باشد که هنگام ترمز و گذراندن پیچ ها کنترل ماشین از بین نرود.

ترمز ماشین فرمول یک

اگر شما به دیسک ترمز یک ماشین فرمول یک نگاه کنید می‌توانید اجزا مختلف آن را تشخیص دهید و ظاهر کلی آن مانند دیسک ترمز های ماشین های معمولی می‌باشد. چیزی که باعث تفاوت ترمز های ماشین فرمول یک از ماشین معمولی می شود این است که، ترمز های به کار رفته در ماشین فرمول یک توانایی متوقف کردن ماشین با سرعت های بالاتر از 322 کیلومتر در ساعت را در کمتر از چند ثانیه دارند. این باعث می شود که وقتی ترمز ها استفاده می شوند بسیار داغ شده و به رنگ سرخ در آیند. امروزه برای کاهش سرعت از بین رفتن ترمز ها و همچنین بهبود عملکرد آن ها از دیسک های فیبر کربنی به همراه پد ها استفاده می‌شود. ترمز های ماشین های فرمول یک در دمای حدود 750 درجه سانتی گراد به بیشترین عملکرد خود می‌رسند، با وجود اینکه ماشین های فرمول یک وزن زیادی ندارند.

برای کاهش دمای ترمز ها و همچنین دفع حرارت، در لبه دیسک های ترمز سوراخ هایی وجود دارند که مرتبا باعث خروج حرارت می‌شوند. همچنین در قسمت های بیرونی چرخ ها روزنه هایی برای ورود هوا وجود دارد که تا به خنک سازی ترمز ها کمک کند. این روزنه ها را قبل از هر مسابقه وابسته به مسیر، تنظیم می‌کنند.

تایر ماشین فرمول یک

مهم ترین بخش یک ماشین فرمول یک تایر های آن می باشد، شاید با خودتان بگویید این جمله اغراق است اما تا وقتی که متوجه می شوید که چرخ ها تنها چیزی هستند که مسیر مسابقه را لمس می‌کنند. یعنی تمام اجزا مهم مانند: موتور، سیستم تعلیق، ترمز ها و... تاثیر خود را توسط تایر ها می گذارند. اگر تایر ها به خوبی عمل نکنند کل مجموعه ماشین خوب عمل نمی کند هر چند که بهترین و برترین اجزا و سیستم را داشته باشد.

مانند تمام بخش های فرمول یک، برای تایر ها نیز قوانینی در نظر گرفته شده است ولی سختگیرانه تر از دیگر بخش ها. تایر های صاف ( تایر هایی بدون شیار و دارای بیشترین سطح تماس با زمین ) در سال 1960 معرفی شدند و تا سال 1998 از آن ها استفاده میشد. سپس FIA  قوانین را تغییر داد تا سرعت ماشین ها هنگام عبور از پیچ ها کاهش یابد و رقابت در مسابقات بیش از پیش شود. در ماشین های فرمول یک امروزی، تایر های جلویی باید پهنایی بین 30 تا 38 سانتی متر و تایر های عقب هم پهنایی بین 35 تا 38 سانتی متر داشته باشند. هر تایر شامل چهار شیار می باشد که به صورت طولی ادامه پیدا کرده اند. پهنای این شیار ها و فاصله آن ها از یکدیگر به ترتیب باید حداقل 2.5 و 50 میلی متر باشد. برای شرایط بارانی تایر های مخصوصی وجود دارد یعنی « متوسط » و « بارانی »، که توسط شیار هایی که بر روی آن ها قرار دارند به راحتی آب را از روی جاده به کنار می‌زنند.

تایر هایی که در فرمول یک استفاده می شوند از لاستیک هایی با مواد ترکیبی نرم ( مانند کائوچو ) ساخته می شوند که هر چه بیشتر گرم شوند، چسبندگی آنها به زمین نیز بیشتر می شود و که باعث می شود راننده کنترل بهتری روی ماشین داشته باشد و در هنگام پیچیدن ماشین نلغزد. در حقیقت تایر های فرمول یک بهترین عملکرد خود را دما های بالا نشان می‌دهند، به همین دلیل تمامی راننده ها قبل از شروع مسابقه تایر های خود را به خوبی گرم می کنند. در مقابل تمام مزیت های این تایر ها، عمر آن ها بسیار کوتاه است و عمر مفید هر تایر حداکثر 201 کیلومتر می باشد.

سیستم های کنترل مسیر می‌توانند عمر تایر ها را با محدود کردن چرخش فرمان افزاییش دهند، مخصوصا زمانی که ماشین در پیچ در حال گردش می باشد و فشار زیادی به تایر ها وارد می شود. سیستم های کنترل مسیر از سنسور ها الکترونیکی استفاده می‌کنند که سرعت چرخش فرمان را با سرعتی که ماشین بر روی مسیر حرکت می‌کند را مقایسه می‌کند. اگر سرعت چرخش فرمان بیشتر از سرعت ماشین بر روی مسیر باشد ( که نشان دهنده این می‌باشد که تایر ها به طور خطرناکی به حالت لغزش نزدیک می باشند )، سیستم کنترل مسیر باعث می شود که دور موتور به صورت خودکار کاهش یافته تا تناسب میان سرعت چرخش فرمان و سرعت ماشین بر روی مسیر دوباره ایجاد شود. استفاده از سیستم کنترل مسیر بار ها در تاریخ فرمول یک مدرن مجاز و غیر مجاز شده است. به عنوان مثال استفاده از این سیستم از اوایل فصل 2002 مجاز شد و در شروع فصل 2008 غیر مجاز شد.

فرمان ماشین فرمول یک

فرمان ماشین فرمول یک شباهت بسیار کمی نسبت به فرمان ماشین های معمولی دارد. فرمان ماشین فرمول یک شامل تعداد زیادی دکمه و سویچ می باشد که شما با نگاه اول به آن گیج می‌شوید. در حین مسابقه راننده تقریبا می تواند هر جنبه از عملکرد ماشین خود را کنترل کند، مانند: تعویض دنده ها، ترکیب سوخت، بالانس ترمز ها و .... آن هم تنها با فشردن یک دکمه. نکته عجیب فرمان ماشین های فرمول یک، آن است که تمام این دکمه ها و سوییچ ها همگی در فرمانی به اندازه نصف فرمان ماشین های معمولی قرار می گیرند.

یکی از قوانین فرمول یک این است که راننده باید بتواند در عرض پنج ثانیه از ماشین خود بیرون بیاید، که برای بیرون آمدن در عرض پنج ثانیه چاره ای جز جدا کردن فرمان نیست. فرمان های ماشین های فرمول یک به یک محور چرخشی متصل می‌باشند که به راحتی با یه ضربه متصل شده و با یک دکمه جدا می‌شوند.