Un automóvil con ruedas abiertas ( monopost , single car ) es un tipo de automóvil de carreras , que es un solo [1] automóvil con ruedas desmontadas del cuerpo . Este tipo, que apareció a principios del siglo XX , es ahora uno de los tipos de coches de carreras más comunes.
Este tipo tiene dos nombres que indican sus características de diseño: en América, el nombre de automóvil de rueda abierta ha echado raíces : un automóvil con ruedas abiertas, mientras que en Europa indican su diseño de un solo asiento: monopost ( inglés monoplaza , alemán monoposto , italiano monoposto , monopost checo ). En Estados Unidos, los requisitos técnicos para tales automóviles comenzaron a reducirse a documentos especiales, llamados "fórmulas". Poco a poco, la palabra "fórmula" comenzó a aparecer en el nombre de la mayoría de los campeonatos y series de monopostes, comenzando con Fórmula 1 , -2 y -3 , lo que dio motivos para llamar a tales carreras "carreras de tipo fórmula". En Rusia, la palabra "fórmula" se aplica cada vez más a las propias máquinas que participan en tales carreras. También en Europa occidental , el término "coche de fórmula" se está extendiendo cada vez más.
Los primeros coches de este tipo aparecieron en USA a principios del siglo XX, y en un principio no eran para nada monoplazas, un mecánico participaba en la carrera con el piloto , ya que las distancias eran largas y la fiabilidad de los coches era bajo. Gradualmente, las carreras se trasladaron a pistas cerradas de longitud relativamente corta y la confiabilidad de los autos aumentó, luego de lo cual el mecánico se mudó al costado de la carretera y luego a un área de mantenimiento especial. Los resultados de las carreras en "autos grandes" comenzaron a entrar en una compensación especial, que fue realizada por la Asociación Estadounidense del Automóvil. Así nació el primer campeonato . Los requisitos técnicos comenzaron a reducirse a documentos especiales, llamados "fórmulas".
En Europa, las carreras de coches con ruedas descubiertas comenzaron a celebrarse en los años 20. Los nuevos autos se llamaron monopostes y comenzaron a participar en las prestigiosas carreras de Grand Prix . Desde 1930, los resultados de algunos Grandes Premios comenzaron a ser registrados por la AIACR en una compensación separada, creando un campeonato europeo personal , y en 1946 se creó la FIA , que definió las principales clases de monopostes - Fórmula 1, -2 y -3. En 1950, se organizó el Campeonato del Mundo , que se celebra anualmente con coches de F1 (con la rara excepción de 1952-53, cuando se celebró con coches de F2).
Según el nombre, las ruedas de los coches deben quedar fuera del casco. Sin embargo, hubo excepciones: en 1954, el equipo Mercedes F1 , aprovechando las lagunas en las regulaciones, colocó autos con ruedas cubiertas con una carrocería liviana para algunas carreras, en su mayoría de alta velocidad. En el futuro, las regulaciones de F1 fueron revisadas para excluir tales casos.
También en el exterior de la carrocería se encuentran algunos elementos de suspensión . Ahora es un trapecio doble con varilla de empuje o de tracción (push-rod y pull-rod, respectivamente).
El número de ruedas, por regla general, no supera las 4, aunque ha habido casos de uso de autos de 6 ruedas: este apareció por primera vez en 1948 en el Campeonato Nacional AAA , en 1976 el equipo Tyrrell F1 también presentó un auto. con seis ruedas, sin embargo, un intento del equipo Williams F1 en 1982 de presentar un automóvil de seis ruedas se topó con una prohibición. Desde entonces, todos los autos con ruedas descubiertas no tienen más de cuatro [2] .
La ubicación de las ruedas fuera del cuerpo hace que sea relativamente fácil organizar el suministro de aire de refrigeración a los sistemas de frenos (así como la eliminación del aire caliente), lo que conduce a una mayor eficiencia.
El motor estuvo mucho tiempo delante del piloto, impulsando el eje trasero por medio de un eje propulsor , pasando de una forma u otra por la cabina. En la década de 1920 se propuso una disposición de motor diferente, detrás de la cabina, pero dentro de la distancia entre ejes. de Benz & Cie. con la vista puesta en el modelo de coche Rumpler Tropfenwagen , e implementado en metal en el modelo Benz-Tropfenwagen 1923 . Posteriormente, este esquema se desarrolló sobre los autos de carreras de Auto Union , donde los líderes y diseñadores que habían trabajado anteriormente en Benz & Cie estaban en los roles protagónicos. [3] [4] [5] [6] . Pero la Segunda Guerra Mundial detuvo su evolución, y después de la guerra no se utilizó durante algún tiempo. Nuevamente, este esquema ya se aplicó en la década de 1950. Ashley Cooper. En 1961, los autos con motor central debutaron en los EE. UU., ganaron la Indy 500 en 1965 y, desde entonces, el diseño con motor trasero se ha convertido en el estándar para los autos de ruedas abiertas, con la excepción de los autos sprint que se usan para carreras en óvalos de tierra .
Los motores en sí son casi exclusivamente de ciclo Otto de pistón de cuatro tiempos , de aspiración natural o sobrealimentados . En los primeros años de existencia de las carreras, los motores eran completamente atmosféricos, alcanzando en ocasiones enormes cilindradas , hasta 20-30 litros. Después de la Primera Guerra Mundial, cuando se probaron los compresores mecánicos , impulsados por el propio motor, luego, habiéndose trasladado a las pistas de carreras, causaron una caída significativa en los volúmenes de trabajo (y por lo tanto en masa) a 1,5-2 litros en Europa, y 3 litros en América del Norte. Durante la Segunda Guerra Mundial, los fabricantes de motores dominaron la producción de turbocompresores , impulsados por turbinas de gases de escape , pero no encontraron inmediatamente su camino hacia las pistas de carreras. Los turbocompresores tenían un turbolag: un retraso en el giro cuando cambiaban los modos de funcionamiento del motor, lo que dificultaba su control y reducía su confiabilidad. Los motores rotatorios de aspiración natural vuelven a ser ampliamente utilizados. Sin embargo, los fabricantes de motores se enfrentaron al turbolag, primero en los EE. UU., donde las carreras en óvalo no imponían grandes exigencias en la respuesta del motor , y luego en Europa: desde 1977, el equipo Renault comenzó a utilizar activamente turbocompresores, que al principio no eran confiables. Pero luego, gracias, entre otras cosas, a los motores turbocompresores, ganó el título primero en equipo (en 1982 , por la escudería Ferrari ), y luego en la competición individual (en 1983 , por la escudería Brabham con motores BMW), poniendo el comienzo de la llamada "era turbo" en la Fórmula 1, que se prolongó hasta finales de la década, cuando se prohibió la turboalimentación como parte de la lucha por mejorar la seguridad y reducir el costo de participación de los equipos [7] . En América del Norte , CART usó motores turbo hasta el final de su existencia en 2008. A principios del siglo XXI, los avances tecnológicos y el aumento de los precios del petróleo llevaron a un aumento en la demanda de motores turboalimentados que eran más baratos y más eficientes en combustible que modelos anteriores.
En el campeonato americano, se llevaron a cabo experimentos con motores diesel (las carreras de óvalos largos favorecen a los diesel con su estrecho rango operativo y menor consumo específico de combustible ), Fred Agabashian incluso ganó la pole position en las 500 Millas de Indianápolis de 1952 [8] . También en América y Europa ha habido intentos de utilizar turbinas de gas. Al mismo tiempo, si la turbina demostró todas sus cualidades positivas en los óvalos estadounidenses (el automóvil de turbina casi ganó la Indy 500 de 1967, después de lo cual se prohibió la turbina), luego en las rutas europeas, con frecuentes aceleraciones y desaceleraciones, resultó el retraso del turbo. ser un inconveniente inerradicable [9] .
El combustible durante mucho tiempo (en la Fórmula 1 hasta 1958 [10] ) no estuvo regulado de ninguna manera, lo que llevó al uso de mezclas alcohólicas complejas , a veces tan tóxicas que se requería un vaciado completo al final de la calificación, de lo contrario al siguiente día el motor se dañó irremediablemente. Sin embargo, este tipo de mezclas se prohibieron universalmente, dando paso a la gasolina "comercial" (se suponía que en las ventas comerciales se podía encontrar gasolina con un octanaje de 100), a la que se permitía cierta cantidad de aditivos (hasta un 1%). . En los EE. UU., la gasolina en la década de 1960 dio paso al metanol menos explosivo , y en la década de 2000 fue reemplazado, a su vez, por el etanol , como parte de la lucha por el respeto al medio ambiente y la seguridad (el metanol arde con una llama casi incolora, por lo que la extinción de un incendio se puede iniciar con un demora ).
Las fuentes de energía suplementarias estaban en la agenda a finales de los 90 cuando el equipo de F1 McLaren comenzó a desarrollar la recuperación de energía de frenado , pero la FIA lo prohibió rápidamente, pero diez años después, debido al aumento de la tecnología y los precios de la gasolina, dichos sistemas se permitieron nuevamente. aunque su uso, debido a su elevado coste, se limita únicamente a series de primer nivel, como la F1.
En 2012 se creó la primera serie de monoplazas totalmente eléctricos , la Fórmula E , con la primera temporada de carreras en 2014. A pesar del uso de las tecnologías más modernas, las características energéticas de los nuevos monopostes siguen siendo muy inferiores a las series de nivel superior, estando al nivel de las "fórmulas" juveniles.
A principios del siglo XX, la aerodinámica no preocupaba mucho a los diseñadores de automóviles producidos en masa, que aún no habían desarrollado altas velocidades. Los diseños de carreras de esos años ya alcanzaban velocidades en las que se notaba la influencia de la naturaleza del flujo de aire alrededor de la carrocería del automóvil, sin embargo, sus diseñadores tenían una idea bastante vaga de la aerodinámica: por ejemplo, la carrocería estaba dada. Contornos en forma de cigarro, y luego instalado en un marco angular completamente abierto , lo que reduce todo el efecto logrado debido a la aerodinámica de dicho cuerpo se anula.
La Primera Guerra Mundial dio un impulso a la investigación aerodinámica y, con la reanudación de las carreras de Gran Premio en la década de 1920, algunos ingenieros (como Ferdinand Porsche) decidieron utilizar carrocerías de feria en forma de lágrima con ruedas cerradas. Mientras tanto, la mayor parte de los autos de carreras de este período todavía tenían las ruedas descubiertas. Sus creadores partieron de una premisa falsa: creían que la reducción en la resistencia del aire debido a una disminución en el área frontal ( sección central ) de un automóvil con ruedas descubiertas podría ser más significativa que la ventaja de tener un área central notablemente grande. una carrocería que cubre completamente el chasis en aerodinámico. Investigaciones posteriores mostraron la imagen opuesta: a principios de los años cincuenta quedó claro que la perfección aerodinámica de la forma del cuerpo es mucho más importante que el tamaño de su área frontal. Después de eso, los autos con ruedas abiertas finalmente se destacan en una clase separada, y las carrocerías que cubren completamente el chasis se suministran principalmente con autos de carreras récord, diseñados no para competir entre sí, sino para lograr las mejores características de velocidad en términos absolutos.
Desde mediados de la década de 1950 - 1960, los requisitos de la aerodinámica se han tenido cada vez más en cuenta al crear autos de carreras, los diseñadores están tratando de lograr no solo una disminución en la resistencia, como antes, sino también un aumento en la carga aerodinámica : los autos livianos no podían darse cuenta. toda la potencia de sus motores debido a los derrapes en las curvas. Los monopostes comienzan a adquirir uno u otro dispositivo aerodinámico. Los alerones delanteros y traseros más comunes , presionando la parte delantera y trasera del automóvil contra la carretera, respectivamente. Al principio, en 1968-1969, las alas estaban unidas directamente a la suspensión en bastidores altos y estaban equipadas con equipos de mecanizado, sin embargo, la falta de confiabilidad de tales estructuras ( las vibraciones se transmitían directamente al ala) provocó varios accidentes graves, después que las alas estaban limitadas en tamaño, diseño y método de fijación al cuerpo [11] [12] .
En 1977, el equipo de Lotus introdujo una nueva solución: el efecto suelo, que consiste en restringir el acceso de aire debajo de la parte inferior, a través de una forma especial del casco y faldones protectores elásticos en los costados. Esta solución llegó a América del Norte el año siguiente, en las máquinas Chapparal . A principios de la década de 1980, los coches de F1 prescindían de los guardabarros delanteros, la carga aerodinámica era tan alta que dañaba las llantas [13] y las fuerzas g laterales dejaban inconscientes a los pilotos exhaustos. El escaso conocimiento del efecto suelo condujo a su funcionamiento inestable: la máquina oscilaba en un plano vertical. Para combatir este fenómeno, se utilizaron configuraciones de suspensión más rígidas, lo que provocó una conducción muy incómoda. Como resultado, en 1982, el efecto suelo en la Fórmula 1 fue prohibido por razones de seguridad: requería una posición estrictamente fija del cuerpo, lo que era imposible de garantizar cuando el automóvil saltaba sobre obstáculos y en una pista irregular. En estos momentos, se produjo una irrupción de aire bajo el fondo, con la desaparición total de la carga aerodinámica, la separación del coche de la pista y su movimiento incontrolado (incluso de aproximación) en línea recta, hacia las vallas. En CART, el efecto suelo duraba más tiempo, debido a la naturaleza de las pistas ovaladas, que no requerían ataques al bordillo con el posterior rebote del coche, y con una superficie mucho más suave. Ahora, el efecto suelo en su forma pura está prohibido en casi todas partes, y la carga aerodinámica (la principal contribución a la aerodinámica de los monopostes) es creada por un difusor , un medio tubo abierto en forma de U que se estrecha y se encuentra en la parte trasera del fondo, acelerando el aire que fluye bajo el fondo perfilado ( efecto Venturi ). Sin embargo, el uso del efecto suelo todavía se considera una solución prometedora, siempre que se implemente en un nuevo nivel técnico. Esto ayudaría a garantizar una mayor estabilidad aerodinámica de los automóviles cuando persiguen a un oponente: la alta carga aerodinámica de los monopostes genera un alto nivel de perturbaciones aerodinámicas, lo que lleva a la imposibilidad de una persecución y adelantamiento estrechos. Desde 2018, Indycars ha vuelto a hacer un uso extensivo del efecto suelo [14] .
Las ruedas abiertas son un elemento aerodinámico importante: tienen un gran ancho y su borde superior se mueve hacia el flujo que se aproxima. Como resultado, producen graves turbulencias de aire, que perjudican en gran medida la eficiencia aerodinámica del automóvil (el coeficiente de arrastre alcanza 0,65-0,85 [15] ) y, por lo tanto, no se pueden comparar con los prototipos deportivos , en los que las ruedas están cerradas (coeficiente de arrastre 0, 3-0,4). Las autoridades reguladoras reprimen varios intentos de cerrar las ruedas del flujo que se aproxima.
Los monopostes de baja potencia, así como los sprint cars (utilizados para competir en óvalos de tierra) pueden no tener elementos aerodinámicos en absoluto: desarrollan velocidades no tan altas, el agarre mecánico lo proporcionan completamente los neumáticos (en el caso de los sprint cars, muy amplio).
El cuerpo del monoposte tiene una sección mínima para cubrir únicamente el piloto. Desde 1962, el Lotus F1 Team (Modelo 25) ha adoptado un nuevo diseño de casco utilizando monocascos , estructuras espaciales rígidas que son más resistentes a la torsión y los golpes. Al mismo tiempo, el piloto cambió su posición en la cabina : ya no se sentó más o menos derecho, sino que tomó una posición casi reclinada. Esto no solo redujo la resistencia, sino que también mejoró la tolerancia a la sobrecarga [16] . En la primera mitad de la década de 1980 , aparecieron los monocascos de fibra de carbono en la Fórmula 1 , que luego se extendieron ampliamente a todas las demás series. En el monocasco se encuentra una cabina, una cabina abierta (aunque se han hecho y se siguen haciendo varios intentos para cerrar el piloto [17] , y en el caso de usar marcos espaciales tubulares, el piloto está ubicado en una cápsula de seguridad especial ( jaula antivuelco )). Inmediatamente detrás de la cabina hay un arco de seguridad , diseñado para recibir golpes cuando el automóvil vuelca, a menudo el arco está integrado en la toma de aire superior ubicada sobre la cabeza del piloto para proporcionar al motor un flujo de aire sin perturbaciones, así como dinámico. refuerzo del motor [18] . La suspensión delantera y los elementos aerodinámicos delanteros se unen al monocasco en la parte delantera, el motor al que se une la caja de cambios en la parte trasera y la suspensión trasera y los elementos aerodinámicos traseros a ese. Sin embargo, la planta de energía no siempre está incluida en la estructura de potencia de la carrocería, también existen opciones con un motor en el bastidor al que se unen la suspensión trasera y los elementos aerodinámicos. Desde 1970, el equipo Lotus F1 ha colocado radiadores en los pontones laterales , lo que permitió darle al morro del auto la forma más eficiente aerodinámicamente, en el caso del efecto suelo, allí también se ubican las tomas de aire del motor, lo que permite el alerón trasero para trabajar en un flujo de aire sin perturbaciones. Los roadster con motor delantero utilizados en los campeonatos estadounidenses tienen un diseño asimétrico, causado por las características de las carreras en óvalo, con giros solo a la izquierda; en particular, algunas o todas las unidades se desplazan hacia el lado de babor para compensar las cargas asimétricas de los neumáticos.
La conducción, independientemente de la ubicación del motor, se hacía con mayor frecuencia en la parte trasera, aunque en la serie Indycar hubo intentos de usar autos con tracción delantera (para reducir el centro de gravedad ) y se usó tracción en las cuatro ruedas. tanto en Indycar como en Fórmula 1. El cambio de marchas es siempre manual, aunque en esta última. Al mismo tiempo, se generalizaron , con botones de cambio en el volante y paletas de cambio [19]en 1989las cajas de cambios semiautomáticas secuenciales .
Los autos de ruedas abiertas suelen tener el peso más ligero de cualquier auto de carrera en su clase de rendimiento y la mayor concentración de potencia entre los autos de su peso. Las masas de los monopostes están en el rango de 455-700 kilogramos , y la potencia puede alcanzar y superar los 1.000 caballos de fuerza . Esto, junto con la alta aerodinámica, los convierte en los más capaces de acelerar en las curvas y los convierte en los más rápidos de cualquier automóvil de carreras.
Los prototipos, en principio, difieren solo en las ruedas cerradas y, por lo tanto, en teoría, también pueden lograr tal rendimiento dinámico, pero en este momento, estos autos se usan solo en carreras de resistencia y, por lo tanto, no se pueden comparar con monopostes en velocidad [20] . Al mismo tiempo, es posible construir un prototipo a partir de un monoposte instalando una carrocería liviana que cubra las ruedas; así es como se construyeron los prototipos de Can-Am en la segunda mitad de los años 70.
Las altas características dinámicas de los monopostes imponen mayores requisitos en la preparación física de los pilotos. Además, un coche con ruedas abiertas da una ligera ventaja, ya que es más fácil para el piloto construir una trayectoria de movimiento debido a que puede ver las ruedas del coche. Además, el pilotaje requiere más cuidado, los monopostes son prácticamente incapaces de llevar contactos sin dañarse, y el contacto rueda con rueda es muy peligroso por el hecho de que uno de los coches puede despegar y volcar.
Los corredores de ruedas abiertas pueden construirlos ellos mismos (como en el Campeonato Mundial de Fórmula Uno), o pueden comprarlos a un fabricante externo (en la mayoría de los demás casos). Fabricantes modernos de monopostes:
Los automóviles de ruedas abiertas se utilizan casi exclusivamente en carreras de circuito en pistas pavimentadas: pistas estacionarias, temporales u ovaladas. Los autos Sprint y midjets se utilizan en carreras en pistas cortas de ceniza. También fuera de servicio de otras series, los monopostes se pueden utilizar en competiciones de escalada .