Voitures de Formule 1 - tout ce que vous devez savoir à leur sujet

Les voitures de Formule 1 sont l'incarnation physique des dernières avancées de l'industrie automobile. Regarder les courses fournit la bonne dose d'excitation en soi, mais les vrais fans savent que les choses les plus importantes se passent en dehors de la piste. L'innovation, les tests, l'ingénierie ont du mal à rendre la voiture encore plus rapide de 1 km/h.

Tout cela signifie que la course n'est qu'une petite partie de ce qu'est la Formule 1.

Et vous? Vous êtes-vous déjà demandé comment une voiture de Formule 1 est construite ? Quelles sont ses caractéristiques et pourquoi atteint-il une vitesse aussi incroyable ? Si oui, alors vous êtes au bon endroit.

Vous apprendrez tout de l'article.

Voiture de Formule 1 - éléments structurels de base

La Formule 1 est construite autour de quelques éléments clés. Considérons chacun d'eux séparément.

Monocoque et châssis

Les concepteurs de la voiture ont adapté tous les éléments à sa partie principale - le châssis, dont l'élément central est ce qu'on appelle la monocoque.Si une voiture de Formule 1 avait un cœur, ce serait ici.

Le monocoque pèse environ 35 kg et remplit l'une des tâches les plus importantes - protéger la santé et la vie du conducteur. Par conséquent, les concepteurs mettent tout en œuvre pour résister aux collisions même critiques.

Également dans cette zone de la voiture, il y a un réservoir de carburant et une batterie.

Cependant, la monocoque est au cœur de la voiture pour une autre raison. C'est là que les concepteurs assemblent les principaux éléments de la voiture, tels que :

• unité d'entraînement,
• boîtes de vitesses,
• zones de broyage standard,
• suspension frontale).

Passons maintenant aux questions principales : en quoi consiste une monocoque ? Comment ça marche?

La base est un cadre en aluminium, c'est-à-dire maille, de forme peu différente du nid d'abeille. Les concepteurs recouvrent ensuite ce cadre d'au moins 60 couches de fibre de carbone flexible.

Ce n'est que le début du travail, car ensuite la monocoque passe par laminage (600 fois !), aspiration d'air sous vide (30 fois) et durcissement final dans un four spécial - autoclave (10 fois).

De plus, les concepteurs accordent une grande attention aux zones de déformation latérales. Dans ces endroits, la voiture de Formule 1 est particulièrement vulnérable aux collisions et aux accidents divers, et nécessite donc une protection supplémentaire. Il est toujours au niveau monocoque et comporte une couche supplémentaire de 6 mm de fibre de carbone et de nylon.

Le deuxième matériau peut également être trouvé dans les gilets pare-balles. Il a des propriétés d'absorption de force cinétique, il est donc également idéal pour la Formule 1. On le trouve également ailleurs dans la voiture (par exemple, dans l'appui-tête qui protège la tête du conducteur).

tableau de bord

Photo de David Prezius / Wikimedia Commons / CC BY 2.0

Tout comme la monocoque est la pièce maîtresse de toute la voiture, le cockpit est le centre de la monocoque. Bien entendu, c'est aussi l'endroit d'où le conducteur conduit le véhicule. Par conséquent, il y a trois choses dans le cockpit :

• fauteuil,
• volant,
• pédales.

Une autre caractéristique importante de cet élément est l'étanchéité. En haut, la cabine mesure 52 cm de large - juste assez pour passer sous les bras du conducteur. Cependant, plus il est bas, plus il est étroit. A hauteur de jambes, le cockpit ne fait que 32 cm de large.

Pourquoi un tel projet ?

Pour deux raisons très importantes. Tout d'abord, la cabine exiguë offre au conducteur beaucoup plus de sécurité et de protection contre les surcharges. Deuxièmement, cela rend la voiture plus aérodynamique et répartit mieux le poids.

Enfin, il convient d'ajouter que la voiture de F1 est presque encline à braquer. Le conducteur est assis sur une pente avec les pieds plus hauts que les hanches.

Volant

Si vous pensez que le volant de la Formule 1 n'est pas très différent du volant d'une voiture standard, vous vous trompez. Il ne s'agit pas seulement de la forme, mais aussi des boutons de fonction et d'autres choses importantes.

Tout d'abord, les concepteurs créent un volant individuellement pour un conducteur spécifique. Ils prennent un plâtre de ses mains serrées, puis sur cette base et en tenant compte des suggestions du pilote de rallye, ils préparent le produit final.

En apparence, le volant d'une voiture ressemble à une version quelque peu simplifiée d'un tableau de bord d'avion. En effet, il comporte de nombreux boutons et molettes que le conducteur utilise pour contrôler diverses fonctions de la voiture. De plus, dans sa partie centrale, il y a un écran LED et sur les côtés, il y a des poignées qui, bien sûr, ne pouvaient pas manquer.

Fait intéressant, l'arrière du volant est également fonctionnel. Le plus souvent, l'embrayage et les palettes de changement de vitesse sont placés ici, mais certains conducteurs utilisent également cet espace pour des boutons de fonction supplémentaires.

Halo

Il s'agit d'une invention relativement nouvelle en Formule 1 car elle n'est apparue qu'en 2018. Quoi? Halo est chargé de protéger la tête du conducteur en cas d'accident. Il pèse environ 7 kg et se compose de deux parties :

• un cadre en titane qui entoure la tête du cavalier ;
• un détail supplémentaire qui soutient l'ensemble de la structure.

Bien que la description ne soit pas impressionnante, Halo est en fait extrêmement fiable. Il peut résister à une pression allant jusqu'à 12 tonnes. A titre d'illustration, c'est le même poids pour un bus et demi (selon le type).

Voitures de Formule 1 - Éléments de conduite

Vous connaissez déjà les éléments de base d'une voiture. Il est maintenant temps d'explorer le sujet des composants fonctionnels, à savoir :

• pendentifs,
• bus
• freins.

Considérons chacun d'eux séparément.

Support de suspension

Photo de Morio / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

Dans une voiture de Formule 1, les exigences de suspension sont légèrement différentes de celles des voitures sur des routes normales. Tout d'abord, il n'est pas conçu pour offrir un confort de conduite. Au lieu de cela, il est censé faire :

• la voiture était prévisible
• le travail des pneus était approprié,
• l'aérodynamique était au plus haut niveau (nous parlerons d'aérodynamique plus loin dans l'article).

De plus, la durabilité est une caractéristique importante de la suspension F1. Cela est dû au fait que pendant le mouvement, ils sont exposés à d'énormes forces qu'ils doivent surmonter.

Il existe trois principaux types de composants de suspension :

• interne (y compris ressorts, amortisseurs, stabilisateurs);
• externe (y compris essieux, roulements, supports de roues);
• aérodynamiques (culbuteurs et boîtier de direction) - ils sont légèrement différents des précédents, car en plus de la fonction mécanique, ils créent une pression.

Fondamentalement, deux matériaux sont utilisés pour fabriquer la suspension : le métal pour les composants internes et la fibre de carbone pour les composants externes. De cette façon, les concepteurs augmentent la durabilité de tout.

La suspension en F1 est un sujet assez délicat, car en raison du risque élevé de casse, elle doit répondre à des normes FIA strictes. Cependant, nous ne les détaillerons pas ici.

Pneus

Nous sommes arrivés à l'un des problèmes les plus simples de la Formule 1 : les pneus. C'est un sujet assez vaste, même si nous nous concentrons uniquement sur les questions les plus importantes.

Prenons, par exemple, la saison 2020. Les organisateurs avaient 5 types de pneus pour les pistes sèches et 2 pour les pistes mouillées. Quelle est la différence? Eh bien, les pneus pour piste sèche n'ont pas de bande de roulement (leur autre nom est slicks). Selon le mélange, le fabricant les étiquette avec des symboles allant de C1 (le plus dur) à C5 (le plus doux).

Plus tard, le fournisseur officiel de pneus Pirelli sélectionnera 5 types parmi le pool de 3 composés disponibles, qui seront disponibles pour les équipes pendant la course. Les marque avec les couleurs suivantes :

• rouge (doux),
• jaune (moyen),
• blanc (dur).

Il est connu de la physique que plus le mélange est mou, meilleure est l'adhérence. Ceci est particulièrement important dans les virages car cela permet au conducteur de se déplacer plus rapidement. D'autre part, l'avantage d'un pneu plus rigide est la durabilité, ce qui signifie que la voiture n'a pas à descendre dans la boîte aussi rapidement.

Lorsqu'il s'agit de pneus pluie, les deux types de pneus disponibles diffèrent principalement par leur capacité de drainage. Ils ont des couleurs :

• vert (avec pluie légère) - consommation jusqu'à 30 l/s à 300 km/h ;
• bleu (forte pluie) – consommation jusqu'à 65 l/s à 300 km/h.

Il existe également certaines exigences pour l'utilisation de pneus. Si, par exemple, un pilote accède au troisième tour de qualification (Q3), il doit partir avec les pneus ayant réalisé le meilleur temps au tour précédent (Q2). Une autre exigence est que chaque équipe doit utiliser au moins 2 composés de pneus par course.

Cependant, ces conditions ne s'appliquent qu'aux pneus pour piste sèche. Ils ne fonctionnent pas quand il pleut.

Hamulce

À des vitesses vertigineuses, des systèmes de freinage avec la bonne quantité de force sont également nécessaires. Quelle est sa taille? A tel point qu'appuyer sur la pédale de frein provoque des surcharges allant jusqu'à 5G.

De plus, les voitures utilisent des disques de frein en carbone, ce qui constitue une autre différence par rapport aux voitures traditionnelles. Les disques fabriqués dans ce matériau sont beaucoup moins résistants (assez pour environ 800 km), mais aussi plus légers (poids environ 1,2 kg).

Leur caractéristique supplémentaire, mais non moins importante, est 1400 trous de ventilation, qui sont nécessaires car ils éliminent les températures critiques. Lorsqu'elles sont freinées par les roues, elles peuvent atteindre jusqu'à 1000°C.

Formule 1 - moteur et ses caractéristiques

Il est temps pour ce que les tigres aiment le plus, le moteur de Formule 1. Voyons en quoi il consiste et comment il fonctionne.

Eh bien, depuis plusieurs années, les voitures sont propulsées par des moteurs hybrides turbocompressés V6 de 1,6 litres. Ils se composent de plusieurs parties principales :

• Moteur à combustion interne,
• deux moteurs électriques (MGU-K et MGU-X),
• turbocompresseurs,
• batterie.

Combien de chevaux possède la Formule 1 ?

Le déplacement est faible, mais ne vous y trompez pas. L'entraînement atteint une puissance d'environ 1000 ch. Le moteur à combustion interne turbocompressé produit 700 ch, avec 300 ch supplémentaires. généré par deux systèmes électriques.

Tout cela se situe juste derrière la monocoque et, outre le rôle évident de la motorisation, est aussi une partie constructive. En ce sens que les mécaniciens attachent la suspension arrière, les roues et la boîte de vitesses au moteur.

Le dernier élément important dont le bloc d'alimentation ne pourrait pas se passer est les radiateurs. Il y en a trois dans la voiture : deux grands sur les côtés et un plus petit juste derrière le conducteur.

La combustion

Alors que la taille d'un moteur de Formule 1 est discrète, la consommation de carburant est une tout autre affaire. Les voitures consomment environ 40 l/100 km de nos jours. Pour le profane, ce chiffre semble énorme, mais comparé aux résultats historiques, il est assez modeste. Les premières voitures de Formule 1 consommaient même 190 l/100 km !

La diminution de ce résultat honteux est due en partie au développement de la technologie et en partie à des limitations.

Les règles de la FIA stipulent qu'une voiture de F1 peut consommer un maximum de 145 litres de carburant en une course. Une curiosité supplémentaire est le fait qu'à partir de 2020, chaque voiture disposera de deux débitmètres qui surveillent la quantité de carburant.

Ferrari a contribué en partie. Il est rapporté que la Formule 1 de cette équipe a utilisé des zones grises et a ainsi contourné les restrictions.

Enfin, nous mentionnerons le réservoir de carburant, car il diffère de celui standard. Lequel? Tout d'abord, le matériel. Le constructeur fabrique le char comme s'il le faisait pour l'industrie militaire. C'est un autre facteur de sécurité car les fuites sont minimisées.

Transmission

Photo de David Prezius / Wikimedia Commons / CC BY 2.0

Le sujet de l'entraînement est étroitement lié à la boîte de vitesses. Sa technologie a changé à peu près au même moment où la F1 a commencé à utiliser des moteurs hybrides.

Qu'est-ce qui est typique pour lui ?

Il s'agit d'une boîte à 8 rapports, semi-automatique et séquentielle. De plus, il a le plus haut niveau de développement au monde. Le conducteur change de vitesse en quelques millisecondes ! A titre de comparaison, la même opération prend au moins quelques secondes pour les propriétaires de voitures ordinaires les plus rapides.

Si vous êtes sur le sujet, vous avez probablement entendu le dicton selon lequel il n'y a pas de marche arrière dans les voitures. C'est vrai?

Ne pas.

Chaque entraînement F1 a une marche arrière. De plus, sa présence est requise conformément aux règles de la FIA.

Formule 1 - forces g et aérodynamique

Nous avons déjà évoqué les surcharges de freinage, mais nous y reviendrons au fur et à mesure que le sujet de l'aérodynamisme se développera.

La question principale, qui dès le début égayera un peu la situation, est le principe de l'assemblage de la voiture. Eh bien, toute la structure fonctionne comme une aile d'avion inversée. En ce sens qu'au lieu de soulever la voiture, tous les blocs de construction créent une force d'appui. De plus, ils minimisent bien sûr la résistance de l'air pendant le mouvement.

L'appui aérodynamique est un paramètre très important en course car il fournit la soi-disant traction aérodynamique, ce qui facilite les virages. Plus il est grand, plus le conducteur passera le virage rapidement.

Et quand la poussée aérodynamique augmente-t-elle ? Quand la vitesse augmente.

En pratique, si vous roulez au gaz, il vous sera plus facile de passer le virage que si vous étiez prudent et accélériez. Cela semble contre-intuitif, mais dans la plupart des cas, c'est le cas. À vitesse maximale, l'appui atteint 2,5 tonnes, ce qui réduit considérablement les risques de dérapage et autres surprises dans les virages.

D'autre part, l'aérodynamisme de la voiture a un inconvénient - des éléments individuels créent une résistance, qui ralentit (en particulier sur les sections droites de la piste).

Éléments clés de conception aérodynamique

Alors que les concepteurs travaillent dur pour maintenir l'ensemble de la voiture F1 en conformité avec l'aérodynamique de base, certains éléments de conception n'existent que pour créer un appui. Il s'agit de:

• aile avant - c'est le premier en contact avec le flux d'air, donc la chose la plus importante. Tout le concept commence avec lui, car il organise et distribue toute la résistance parmi le reste de la machine ;
• éléments latéraux - ils font le travail le plus dur, car ils collectent et organisent l'air chaotique des roues avant. Ils les envoient ensuite aux entrées de refroidissement et à l'arrière de la voiture ;
• Aile arrière - Collecte les jets d'air des éléments précédents et les utilise pour créer une force d'appui sur l'essieu arrière. De plus (grâce au système DRS), il réduit la traînée sur les sections droites ;
• plancher et diffuseur - conçus de manière à créer une pression à l'aide de l'air circulant sous la voiture.

Développement de la pensée technique et surcharge

L'aérodynamisme de plus en plus amélioré augmente non seulement les performances du véhicule, mais aussi le stress du conducteur. Vous n'avez pas besoin d'être un expert en physique pour savoir que plus une voiture tourne vite dans un virage, plus la force agissant sur elle est grande.

C'est la même chose avec la personne assise dans la voiture.

Sur les pistes avec les virages les plus raides, les forces G atteignent 6G. C'est beaucoup? Imaginez si quelqu'un appuie sur votre tête avec une force de 50 kg et que les muscles de votre cou doivent y faire face. C'est ce à quoi les coureurs sont confrontés.

Comme vous pouvez le voir, la surcharge ne peut pas être prise à la légère.

Le changement arrive ?

De nombreux signes indiquent qu'une révolution dans l'aérodynamique automobile aura lieu dans les années à venir. À partir de 2022, une nouvelle technologie apparaîtra sur les pistes de F1 en utilisant l'effet d'aspiration au lieu de la pression. Si cela fonctionne, la conception aérodynamique améliorée n'est plus nécessaire et l'apparence des voitures changera radicalement.

Mais en sera-t-il vraiment ainsi ? Le temps nous montrera.

Combien pèse la Formule 1 ?

Vous connaissez déjà toutes les pièces les plus importantes d'une voiture et vous voulez probablement savoir combien elles pèsent ensemble. Selon les dernières réglementations, le poids minimum autorisé du véhicule est de 752 kg (conducteur compris).

Formule 1 - données techniques, c'est-à-dire résumé

Existe-t-il une meilleure façon de résumer un article sur une voiture de F1 qu'une sélection des données techniques les plus importantes ? Au final, ils montrent clairement de quoi la machine est capable.

Voici tout ce que vous devez savoir sur une voiture de F1 :

• moteur - hybride V6 turbocompressé;
• capacité - 1,6 l;
• puissance du moteur - env. 1000 ch;
• accélération à 100 km / h - environ 1,7 s;
• vitesse maximale - cela dépend.

Pourquoi « cela dépend des circonstances » ?

Car dans le cas du dernier paramètre, nous avons deux résultats, qui ont été obtenus par la Formule 1. La vitesse maximale dans le premier était de 378 km / h. Ce record a été établi en 2016 sur une ligne droite par Valtteri Bottas.

Cependant, il y a eu aussi un autre essai dans lequel la voiture, conduite par van der Merwe, a franchi la barre des 400 km / h. Malheureusement, le record n'a pas été reconnu car il n'a pas été atteint en deux manches (au près et au près).

Nous résumons l'article au prix de la voiture, car c'est aussi une curiosité intéressante. Le miracle de l'industrie automobile moderne (en termes de pièces détachées) coûte un peu plus de 13 millions de dollars. Cependant, gardez à l'esprit qu'il s'agit du prix hors coût de développement de la technologie et que l'innovation en vaut la peine.

Le montant consacré à la recherche atteint plusieurs milliards de dollars.

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