H τεχνολογία στην F1
Η μοναδική ευκαιρία που έχει κανείς να παρακολουθήσει δοκιμές και εξέλιξη πάνω σε
τεχνολογία αιχμής δίνεται μέσω της Formula 1.
Κείμενο: Τάκης Πουρναράκης
Φωτογραφίες: Αutomedia, Toyota, Renault
Γνωρίζετε, ίσως, ότι σήμερα στα εργαστήρια έρευνας και τεχνολογίας μελετώνται οι
τελευταίες δυσλειτουργίες των συσκευών που θα χρησιμοποιήσουν τα παιδιά μας. Στις
αυτοκινητοβιομηχανίες οι μηχανικοί προσπαθούν να διορθώσουν τα τελευταία προβλήματα των
ηλεκτροκινητήρων, ενώ στις αεροδυναμικές σήραγγες των πολεμικών βιομηχανιών μελετώνται τα
μαχητικά αεροσκάφη πέμπτης γενιάς. Σχεδόν κανείς, όμως, από εμάς δεν μπορεί να ξέρει
ακριβώς τι σχεδιάζεται, πόσο μάλλον να δει σε «απευθείας μετάδοση» την κατάληξη των
προβλημάτων. Μοναδική ευκαιρία για να παρακολουθήσει κανείς δοκιμές και εξέλιξη σε
τεχνολογία αιχμής είναι τα μονοθέσια της Formula 1. Η φράση «τεχνολογία αιχμής», όμως,
περικλείει τόσα πολλά που καθίσταται αδύναμη έως ασαφής, εάν δεν ακολουθεί ανάλυση. Ας
δούμε, λοιπόν, αναλυτικά τους τομείς στους οποίους έχουν γίνει τα πιο σημαντικά βήματα
προόδου στη Formula 1 τα τελευταία χρόνια.
Κατασκευαστικές μέθοδοι
Επανάσταση στον τρόπο δουλειάς των μηχανικών έφερε η χρήση της τεχνολογίας Advanced
Digital Manufacturing. Ουσιαστικά, πρόκειται για την κατασκευή εξαρτημάτων χωρίς τη χρήση
καλουπιών. Για να επιτευχθεί αυτό, σχεδιάζεται το εξάρτημα στον υπολογιστή, ο οποίος
είναι συνδεδεμένος με μια ακτίνα λέιζερ. Δίπλα του υπάρχει μια λεκάνη με ρητίνη την οποία
το λέιζερ κόβει στο σχήμα του εξαρτήματος. Αμέσως μετά, το εξάρτημα μπορεί να δοκιμαστεί
στην αεροδυναμική σήραγγα. Από τη στιγμή που θα ξεκινήσει να σχεδιάζεται έως τη στιγμή
που θα μπει στη σήραγγα δεν απαιτούνται περισσότερες από 24 ώρες. Αυτήν τη στιγμή,
υπάρχουν ελάχιστες τέτοιες μηχανές σε όλο τον κόσμο. Μέχρι πρότινος, μια ολόκληρη ομάδα
μηχανικών χρειαζόταν μέρες για την κατασκευή ενός εξαρτήματος από ανθρακονήματα.
Kαθοριστικής σημασίας, όπως εξηγεί ο Μπομπ Μπελ, βοηθός του τεχνικού διευθυντή της
Renault, Μάικ Γκασκόιν, είναι η ακρίβεια που επιτυγχάνεται: «Eκτός του ότι κατασκευάζουμε
δεκάδες κομμάτια κάθε εβδομάδα, επιτυγχάνουμε, πλέον, ακρίβεια της τάξης του 0,1 χλστ.,
τη στιγμή που μέχρι χθες μιλούσαμε για 0,5 χλστ. στην καλύτερη περίπτωση. Εκτός από τη
ρητίνη, χρησιμοποιούμε κεραμικά υλικά και μεταλλικά κομμάτια. Πολύ σύντομα θα μπορούμε να
δουλέψουμε με αλουμίνιο ή ατσάλι. Το μόνο μέρος του μονοθεσίου-μοντέλου που συνεχίζει να
κατασκευάζεται από ανθρακονήματα είναι οι αεροτομές, διότι αλλιώς είναι αδύνατον να
επιτευχθεί η επιθυμητή ακαμψία.
Στον πάγκο
Προτού ένας κινητήρας πάρει το δρόμο για την πίστα, θα περάσει απαραίτητα από τον πάγκο,
όπου θα δοκιμαστεί. Εκεί υποβάλλεται σε όλων των ειδών τις φορτίσεις που θα αντιμετωπίσει
τοποθετημένος πάνω στο πλαίσιο. Για να γίνει αυτό, ο κινητήρας συνδέεται με μια δεξαμενή
που περιέχει 8.000 λίτρα καύσιμο, με παροχή αέρα, με ένα σύστημα διοχέτευσης των
καυσαερίων, με ψυκτικό υγρό και λιπαντικό και με ρεύμα.
Επίσης, στην άκρη του στροφάλου συνδέεται ένα ηλεκτρικό φρένο το οποίο δημιουργεί
προσομοίωση της επίδρασης των πίσω τροχών. Υπάρχουν αρκετοί πάγκοι, που ο καθένας είναι
επιφορτισμένος με διαφορετική αποστολή. Για παράδειγμα, στο εργοστάσιο της Renault
υπάρχει ξεχωριστός πάγκος όπου ελέγχεται η λειτουργία των περιφερειακών υποσυστημάτων
(ψύξης, λίπανσης και τροφοδοσίας). Υπάρχει, ακόμη, πάγκος όπου απομονώνεται ο ένας
κύλινδρος από τους δέκα και ελέγχεται η καύση. Eπίσης, υπάρχει ειδικός πάγκος για συλλογή
δεδομένων από διακόσια σημεία του κινητήρα μέσα σε 4 δλ. Αυτό απαιτείται για να γίνουν
ακριβή διαγράμματα για τη θερμοκρασία των καυσαερίων, την κατανάλωση κ.ά. Τέλος, υπάρχει
και ο δυναμικός πάγκος, στον οποίο ο κινητήρας «τρέχει» ολόκληρο αγώνα σε οποιαδήποτε
πίστα επιλέξουν οι μηχανικοί, με όλες τις φορτίσεις και την αλληλουχία με την οποία αυτές
δημιουργούνται. Σε σύγκριση με το στατικό πάγκο, όπου χρειάζονται 10 δλ. για να φτάσει ο
κινητήρας από τις 8.000 στις 18.000 σ.α.λ., στο δυναμικό πάγκο χρειάζονται 2 δέκατα του
δευτερολέπτου! Στο εργοστάσιο της Renault, ο τελευταίος δυναμικός πάγκος που
κατασκευάστηκε πρόσφατα ενσωματώνει και τη λειτουργία του κιβωτίου. Το μόνο σημαντικό
μειονέκτημά του είναι η αδυναμία προσομοίωσης των εγκάρσιων και διαμηκών επιταχύνσεων,
που αρκετές φορές οδηγούν σε αστοχία των συστημάτων λίπανσης και τροφοδοσίας.
Tεχνολογία της πληροφορίας
Kαθοριστικής σημασίας για την απρόσκοπτη λειτουργία μιας ομάδας είναι η συλλογή,
αποθήκευση και ανάκτηση της πληροφορίας με ασφαλή τρόπο. Τα δεδομένα από τον αγώνα, τις
δοκιμές και τις προσομοιώσεις πρέπει να αποθηκευτούν και να μπορούν ανά πάσα στιγμή να
ανακτηθούν. Σημειώστε ότι μιλάμε για αρκετά terrabytes! Για να είναι ασφαλής η διαχείριση
όλου αυτού του υλικού, απαιτείται η ύπαρξη δύο πανομοιότυπων συστημάτων με αντικριστή
λειτουργία, έτσι ώστε το ένα να αντικαθιστά το άλλο σε περίπτωση βλάβης.
Ηλεκτρονικά
Από όλες τις καινοτομίες που παρουσιάστηκαν στη Formula 1 τα τελευταία δέκα χρόνια,
τίποτα δεν είχε τόσο μεγάλη ανάπτυξη ή τόσο μεγάλη επίδραση στις επιδόσεις όσο τα
ηλεκτρονικά συστήματα.
Η εποχή που τα ηλεκτρονικά ενός μονοθεσίου ήταν ένα απλό «μαύρο κουτί» έχει περάσει
ανεπιστρεπτί. Tα μονοθέσια σήμερα έχουν γίνει κινητοί ηλεκτρονικοί υπολογιστές, με
διάφορα προγράμματα να φροντίζουν για την πρόσφυση, τις αλλαγές ταχυτήτων, την αυτόματη
εκκίνηση, την απόδοση του κινητήρα και άλλες λειτουργίες. Τα μονοθέσια διαθέτουν «φάκελο
λειτουργίας». Aν δοθεί εντολή εκτός αυτού, δεν εκτελείται και οι αναφορές τύπου «το
?σπασε, το ?καψε» ανήκουν σε άλλες, ρομαντικές εποχές. Σήμερα, τίποτα από αυτά δεν μπορεί
να κάνει ο οδηγός. Η απαίτηση για βέλτιστη λειτουργία όλων των ηλεκτρονικών υποσυστημάτων
και η προσαρμογή τους στις απαιτήσεις κάθε πίστας οδήγησε στη δημιουργία μιας νέας γενιάς
μηχανικών αγώνων, οι οποίοι ελέγχουν τα πάντα από την οθόνη του φορητού υπολογιστή τους.
Επικεφαλής στην ομάδα ηλεκτρονικών μηχανικών της Ferrari είναι ο 45χρονος Ρομπέρτο Ντάλα:
«Mπορώ να κατανοήσω γιατί ο κόσμος λέει ότι τα ηλεκτρονικά βοηθούν τον πιλότο. Αυτό είναι
αλήθεια, αλλά θα πρέπει να θεωρούνται ως ένα οποιοδήποτε μέρος του αυτοκινήτου, όπως τα
φρένα, η αεροδυναμική ή οι αναρτήσεις. Επίσης, ένας οδηγός πρέπει να διαθέτει και την
ικανότητα ώστε να τα αξιοποιήσει πλήρως. Είναι σημαντικό για τη Formula 1, όπου
χρησιμοποιείται κορυφαία τεχνολογία σε όλους τους τομείς, να συμβαίνει το ίδιο και με τα
ηλεκτρονικά», αναφέρει ο Ντάλα. Ο ηλεκτρονικός της Ferrari πιστεύει ότι η απαγόρευση των
αυτόματων αλλαγών ταχυτήτων και του συστήματος αυτόματης εκκίνησης για το 2004 δεν είναι
καλή ιδέα: «Βάζουμε κάποιο όριο στη σύγχρονη τεχνολογία και για μένα αυτό είναι λάθος.
Πιστεύω ότι ο πιλότος πρέπει να έχει στη διάθεσή του ό,τι καλύτερο. Δεν παραγνωρίζω ότι
με το σύστημα αυτόματης εκκίνησης ο οδηγός το μόνο που κάνει είναι να πατά ένα κουμπί.
Όμως, δε θα απαγορεύσουμε ό,τι είναι αδύνατο να ελέγξουμε. Θα μπορούσαμε να φτιάξουμε ένα
πρότυπο του συστήματος αυτόματης εκκίνησης και του αυτόματου κιβωτίου ταχυτήτων. Ούτως ή
άλλως, η λειτουργία του συστήματος ελέγχου της πρόσφυσης θα συνεχίσει να βοηθά στην
εκκίνηση. Με αυτό το σκεπτικό αναπτυσσόμαστε, ενώ, ταυτόχρονα, είμαστε σίγουροι ότι όλοι
έχουν το ίδιο πράγμα. Είναι μια λύση συμβιβασμού».
Αεροδυναμική
«Αχίλλειο πτέρνα» της αεροδυναμικής σήραγγας και γενεσιουργό αιτία των περισσότερων
σχεδιαστικών λαθών αποτελεί η ικανότητα προσομοίωσης των πραγματικών συνθηκών. H
αδυναμία, δηλαδή, να γίνουν δοκιμές με μοντέλα 1:1, να αναπαραχθεί η μεταβολή της
αεροδυναμικής πίεσης τη στιγμή που ένα μονοθέσιο στρίβει και διέρχεται πάνω από μια
αναπήδηση, η αντίδραση του μονοθεσίου τη στιγμή που εξέρχεται πίσω από ένα άλλο, η
μεταβολή της ροής του αέρα όταν στρίβουν οι εμπρός τροχοί και άλλα πολλά.
Όταν είχαμε επισκεφθεί την αεροδυναμική σήραγγα της Ferrari, το ?98, στην παρουσίαση της
F300, του τελευταίου μονοθεσίου της Σκουντερία που δε μελετήθηκε εκεί, γράφαμε ότι
αποτελούσε ό,τι πιο σύγχρονο έχει να επιδείξει η Formula 1. Σήμερα, τα δεδομένα έχουν
αλλάξει. Η αεροδυναμική σήραγγα της Toyota στην Κολωνία και της McLaren στο Γουόκινγκ δεν
έχουν τίποτα να ζηλέψουν από τη σήραγγα στο Μαρανέλο (μάλλον το αντίθετο συμβαίνει), ενώ
η Sauber προχώρησε ακόμη παραπέρα, κατασκευάζοντας σήραγγα η οποία διαθέτει δρόμο που
κινείται. Με το rolling road, όπως ονομάζεται, λύνονται όλα τα προαναφερθέντα προβλήματα
των αεροδυναμιστών. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αρκεί ένα μοντέλο μεγέθους 60% του
κανονικού, για να επιτευχθεί ικανοποιητική ακρίβεια. Όμως, ο κινούμενος δρόμος που
κατασκευάστηκε από την αμερικανική MTS Systems Corporation και ζυγίζει 57 τόνους διαθέτει
εκμεταλλεύσιμη επιφάνεια με εμβαδό 15 τ.μ. Aυτό σημαίνει ότι μπορούν να μετρηθούν δύο
κανονικού μεγέθους μονοθέσια ταυτόχρονα, ώστε να διαπιστωθεί η επίδραση των στροβιλισμών
του αέρα τόσο στο προπορευόμενο όσο και σε αυτό που ακολουθεί.
Ο ανεμιστήρας καταναλώνει 3.000 KWh και επιταχύνει τον αέρα έως τα 300 χλμ./ώρα, ενώ η
κυλιόμενη ταινία κινείται συνεχώς με ταχύτητα ίδια με αυτήν του αέρα. Όλος ο μηχανισμός
μπορεί να περιστραφεί κατά 10 μοίρες, δίνοντας, έτσι, τη δυνατότητα να μελετηθεί η
μεταβολή του αεροδυναμικού ζυγίσματος όταν το μονοθέσιο υπερστρέφει ή πλαγιολισθαίνει. Το
μονοθέσιο στηρίζεται πάνω σε ένα μηχανισμό κίνησης ο οποίος έχει τη δυνατότητα
προσομοίωσης των μετατοπίσεων και στους τρεις άξονες. Το κτίριο που φιλοξενεί αυτό το
τεχνολογικό θαύμα έχει διαστάσεις 65x50 μέτρα και ύψος 17 μέτρα!_ T. Π.