Zapewne wiecie, że bolid Formuły 1 musi być zbudowany z jak najlżejszych i jednocześnie niezwykle wytrzymałych materiałów. Przyjrzyjmy się szczegółowo jego kluczowym elementom.
Podwozie i monokok – fundament konstrukcji
Każdy bolid F1 jest projektowany wokół podwozia, zwanego chassis, które stanowi bazę całej konstrukcji. Jego integralnym elementem jest monokok – centralna część bolidu, ważąca około 35 kg. To właśnie ona odpowiada za ochronę kierowcy, absorbując siłę uderzenia w razie wypadku. W strukturze monokoku znajdują się m.in. zbiornik paliwa i komponenty systemu hybrydowego (baterie). Do tej konstrukcji mocowane są także przednie zawieszenie, strefy zgniotu oraz jednostka napędowa wraz ze skrzynią biegów.
Sam monokok składa się z co najmniej 60 warstw giętkiego włókna węglowego, które powlekają aluminiowy szkielet w kształcie plastra miodu. Proces jego produkcji obejmuje aż 600 operacji laminowania, 30 cykli próżniowego odsysania powietrza oraz 10 pełnych etapów utwardzania w autoklawie – specjalnym hermetycznym piecu wysokociśnieniowym. Warto dodać, że każdy zespół stosuje własne rozwiązania konstrukcyjne, wpływające na wytrzymałość i aerodynamikę bolidu.
Dodatkowym wzmocnieniem monokoku są boczne warstwy z włókna węglowego o grubości 6 mm oraz zylonu – materiału stosowanego m.in. w kamizelkach kuloodpornych. Dzięki temu struktura nośna doskonale pochłania energię uderzenia, co ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa kierowcy. Podobne właściwości absorpcyjne wykorzystuje się również w konstrukcji zagłówka.
Zgodnie z regulacjami FIA, każdy zespół musi przeprowadzić testy zderzeniowe swojego podwozia i monokoku przed rozpoczęciem sezonu. Testy te są niezbędnym warunkiem homologacji bolidu do rywalizacji na torze.
Kokpit
Kokpit to serce monokoku i jednocześnie przestrzeń, w której kierowca F1 ma pełną kontrolę nad bolidem. Znajdują się w nim odlewany na wymiar fotel, pedały oraz kierownica – kluczowe elementy zapewniające komfort, ergonomię i precyzyjne sterowanie.
Konstrukcja kokpitu jest niezwykle kompaktowa – w najszerszym miejscu, na wysokości ramion kierowcy, ma zaledwie 52 cm, a w okolicy stóp zwęża się do 35 cm. Taka budowa nie tylko zwiększa bezpieczeństwo kierowcy, ale także wpływa na aerodynamikę bolidu i optymalny rozkład masy.
Pozycja kierowcy w kokpicie jest niemal horyzontalna – jego stopy znajdują się wyżej niż linia bioder. To rozwiązanie minimalizuje opory powietrza i pozwala na maksymalne obniżenie środka ciężkości, co przekłada się na lepszą stabilność i prowadzenie bolidu.
Kierownica w bolidzie F1
Kierownica w bolidzie F1 jest dopasowana indywidualnie do każdego kierowcy. Jej kształt powstaje na podstawie odlewu dłoni zawodnika, co zapewnia maksymalną ergonomię i precyzję operowania. Na przestrzeni lat jej konstrukcja oraz funkcjonalność ewoluowały, dostosowując się do rosnących wymagań technologicznych i regulacji FIA.
Obecnie, od sezonu 2014, standardowa kierownica składa się z centralnego ekranu LED, bocznych uchwytów oraz całej gamy przycisków i pokręteł, umożliwiających regulację kluczowych parametrów bolidu w trakcie jazdy. Najważniejsze z nich odpowiadają za:
balans hamulców,
tryby jednostki napędowej,
dyferencjał, czyli rozkład momentu obrotowego między kołami osi napędowej.
Z tyłu kierownicy standardowo znajdują się łopatki zmiany biegów oraz łopatki sprzęgła. Sprzęgło wykorzystywane jest jedynie przy ruszaniu z miejsca – na starcie wyścigu oraz podczas postojów w alei serwisowej.
Niektóre zespoły implementują dodatkowe przyciski funkcyjne na tylnej części kierownicy. Przykładem jest kierownica Lewisa Hamiltona, który stosuje osobny przycisk do procedury startowej, co można zauważyć na jego onboardach.
Halo – kluczowy element ochrony kierowcy
Od sezonu 2018 w Formule 1 obowiązuje system Halo, stanowiący jeden z najważniejszych elementów ochrony kierowcy. Jego konstrukcja składa się z tytanowej ramy otaczającej głowę zawodnika oraz poprzecznego wspornika, który stabilizuje całą strukturę. Głównym celem Halo jest minimalizowanie ryzyka urazów głowy w przypadku kolizji lub uderzenia dużymi odłamkami. System waży około 7 kg, ale jego wytrzymałość jest imponująca – potrafi wytrzymać nacisk rzędu 12 ton, co zapewnia kierowcy dodatkową warstwę bezpieczeństwa nawet w najbardziej ekstremalnych sytuacjach.
Jednostka napędowa – serce bolidu F1
Bez odpowiedniego napędu bolid Formuły 1 nie jest w stanie ruszyć z miejsca. Nasze Williamsy FW29 wciąż korzystają z klasycznych, wolnossących silników V8, jednak od 2014 roku w F1 obowiązują zupełnie inne regulacje techniczne. Wprowadzone wtedy jednostki to turbodoładowane, hybrydowe silniki V6 o pojemności 1,6 litra, które zrewolucjonizowały układ napędowy bolidów.
Obecnie jednostki napędowe F1 osiągają moc około 1100 KM, z czego:
około 750 KM pochodzi z silnika spalinowego,
pozostałe 350 KM dostarczają systemy elektryczne:
MGU-K (odzyskujący energię kinetyczną z hamowania),
MGU-H (odzyskujący energię cieplną z turbosprężarki).
Silnik F1 znajduje się bezpośrednio za monokokiem, pełniąc rolę strukturalnego elementu bolidu. To do niego przymocowane są skrzynia biegów, tylne zawieszenie oraz koła, co pozwala na optymalne rozmieszczenie masy i poprawę aerodynamiki.
Chłodzenie tej niezwykle wydajnej jednostki zapewniają dwie duże chłodnice, umieszczone po bokach bolidu, oraz jedna mniejsza, której wlot powietrza znajduje się nad głową kierowcy. Podczas jazdy przez układ chłodzenia przepływa około 650 litrów powietrza na minutę, co pozwala utrzymać optymalną temperaturę silnika i systemów hybrydowych.
Skrzynia biegów – kluczowy element bolidu F1
Wraz z wprowadzeniem hybrydowych jednostek napędowych w 2014 roku, Formuła 1 zdecydowała się również na zmianę konstrukcji skrzyń biegów, dostosowując je do nowego układu napędowego.
Obecnie bolidy F1 wykorzystują ośmiobiegową, półautomatyczną, sekwencyjną skrzynię biegów. Wcześniej stosowano skrzynie sześcio- i siedmiobiegowe, jednak obecna konfiguracja zapewnia optymalne wykorzystanie momentu obrotowego i efektywność paliwową.
Każda skrzynia umożliwia błyskawiczną zmianę biegów – cały proces trwa zaledwie kilkadziesiąt milisekund, co czyni je jednymi z najbardziej zaawansowanych systemów na świecie. Dla porównania, w samochodach osobowych z manualnymi skrzyniami synchronizowanymi, nawet najsprawniejsi kierowcy potrzebują około pół sekundy na zmianę biegu.
Czy bolidy F1 mają bieg wsteczny?
Wbrew powszechnej opinii, bolidy Formuły 1 posiadają bieg wsteczny. Co więcej, jest on obowiązkowy zgodnie z regulaminem technicznym FIA. Mimo że w wyścigach rzadko się go używa, jest niezbędny w sytuacjach takich jak powrót na tor po zatrzymaniu w żwirze czy wyjeździe awaryjnym.
Bolid F1 – aerodynamika na najwyższym poziomie
W 2022 roku zdecydowano się uprościć aerodynamikę bolidów, powracając do koncepcji efektu przypowierzchniowego (ground effect). Zmiany te miały na celu zwiększenie docisku generowanego przez podłogę, a nie przez nadwozie, co miało poprawić wyścigowe widowisko i umożliwić kierowcom bliższą jazdę za rywalem.
W związku z tym zrezygnowano z rozbudowanych sekcji bocznych, takich jak sidepody i bargeboardy, które wcześniej generowały duże ilości „brudnego powietrza” (turbulentnego strumienia powietrza utrudniającego jazdę bolidu za rywalem). Eliminacja tych elementów miała ułatwić podążanie za innymi samochodami i poprawić możliwość walki "koło w koło", szczególnie w technicznych, krętych sekcjach torów.
Nowa, a zarazem stara koncepcja sprzed 40 lat opiera się na zastosowaniu systemu kanałów w podłodze bolidu, które gwałtownie przyspieszają wpadające do nich powietrze. Obniżenie ciśnienia powietrza pod podłogą skutkuje generowaniem większego docisku, co rekompensuje straty wynikające z uproszczonej aerodynamiki nadwozia.
Pomimo założeń poprawiających wyścigową rywalizację, nowa filozofia projektowania bolidów nie jest pozbawiona wad. Wielu kierowców narzeka na zjawisko "morświnowania" (porpoising) – efekt podskakiwania bolidu przy wysokich prędkościach, który wpływa na komfort jazdy oraz stabilność prowadzenia. W porównaniu do poprzedniej generacji bolidów, niektórzy zawodnicy twierdzą, że nowe konstrukcje zapewniają mniejszą przyjemność z jazdy.
Docisk aerodynamiczny – klucz do prędkości
Podstawową zasadą aerodynamiki w F1 jest maksymalizacja docisku przy minimalnym oporze powietrza. Kluczowe jest tu zjawisko, zgodnie z którym:
„Im szybciej jedziesz, tym więcej docisku generujesz.”
Z tego powodu może wydawać się paradoksalne, że wolne przejechanie zakrętu bolidem F1 jest trudniejsze niż pokonanie go z pełnym gazem – ponieważ przy niskiej prędkości samochód generuje mniej docisku, co zmniejsza przyczepność.
Przy maksymalnych prędkościach bolid F1 może wygenerować ponad 2500 kg docisku – czyli mniej więcej tyle, ile waży mały słoń.
Najważniejsze elementy aerodynamiczne bolidu F1
Kluczową rolę w aerodynamice bolidu F1 odgrywają następujące komponenty:
przednie skrzydło
To pierwszy element styku bolidu z opływającym go powietrzem, który ma fundamentalne znaczenie dla całej koncepcji aerodynamicznej samochodu. Jego zadaniem jest uporządkowanie strugi powietrza i skierowanie jej na kolejne elementy aerodynamiczne, takie jak podłoga, sidepody czy tylne skrzydło. Współczesne przednie skrzydła składają się z wielu regulowanych sekcji, umożliwiających dostosowanie balansu aerodynamicznego do charakterystyki toru.
podłoga i dyfuzor
Podłoga to obecnie główne źródło docisku aerodynamicznego w bolidzie F1. Odpowiada za zbieranie zawirowanych strug powietrza pochodzących z przedniego skrzydła i kół, a następnie ich uporządkowanie i wykorzystanie do generowania siły dociskowej.
Integralnym elementem podłogi jest dyfuzor, umieszczony w tylnej części bolidu. Jego zadaniem jest przyspieszanie przepływu powietrza pod samochodem, co skutkuje dodatkowym dociskiem tylnej osi. Odpowiednia konstrukcja dyfuzora pozwala na minimalizację strat aerodynamicznych i poprawę stabilności pojazdu w zakrętach.
sidepody (boczne sekcje nadwozia)
Sidepody, czyli boczne sekcje nadwozia, znajdują się po obu stronach kokpitu kierowcy. Ich głównym zadaniem jest mieścić chłodnice, odpowiadające za regulację temperatury jednostki napędowej i układów hybrydowych. W ich wnętrzu znajdują się również struktury zderzeniowe, które zwiększają bezpieczeństwo kierowcy.
Choć sidepody nie generują docisku, ich kształt ma kluczowe znaczenie dla oporu powietrza oraz przepływu strug powietrza wzdłuż poszycia bolidu. W ostatnich latach zespoły eksperymentowały z ich konstrukcją, dążąc do poprawy efektywności aerodynamicznej.
tylne skrzydło i system DRS
Tylne skrzydło, podobnie jak dyfuzor, odpowiada za docisk tylnej osi bolidu. Jego zadaniem jest wyłapywanie strug powietrza przepływających nad i wokół bolidu oraz optymalizacja docisku w tylnej sekcji pojazdu. Od 2011 roku tylne skrzydło wyposażone jest w system DRS (Drag Reduction System), który zmniejsza opór powietrza na prostych odcinkach toru. Umożliwia to osiąganie wyższych prędkości maksymalnych i ułatwia wyprzedzanie, co znacząco wpłynęło na dynamikę wyścigów.
Nieustanny rozwój aerodynamiki w Formule 1 wpływa nie tylko na osiągi bolidów, ale także na przygotowanie fizyczne kierowców. Im szybciej zawodnik może przejechać dany zakręt, tym większe siły przeciążenia działają na jego ciało. W skrajnych przypadkach przeciążenia mogą osiągać nawet 6G, co wymaga od kierowców wyjątkowej siły mięśni szyi i odporności na ekstremalne warunki wyścigowe.
Zawieszenie w bolidach F1
Podstawową funkcją zawieszenia w każdym pojeździe jest połączenie nadwozia z kołami. Jednak w przeciwieństwie do samochodów drogowych, gdzie zawieszenie ma przede wszystkim poprawiać komfort jazdy, w Formule 1 liczy się precyzja prowadzenia, stabilność aerodynamiczna oraz optymalna praca opon. Konstrukcja musi również wytrzymać ogromne siły przeciążenia i obciążenia, działające na bolid podczas jazdy.
Rodzaje elementów zawieszenia w bolidzie F1
W zawieszeniu bolidu F1 wyróżniamy trzy kluczowe grupy elementów:
Zawieszenie wewnętrzne (inboard suspension)
Obejmuje elementy ukryte wewnątrz nadwozia, takie jak sprężyny, amortyzatory, stabilizatory poprzeczne oraz mocowania. To one odpowiadają za precyzyjne tłumienie drgań i kontrolę nad zachowaniem samochodu.
Zawieszenie zewnętrzne (outboard suspension)
Choć nazwa sugeruje, że jest ono widoczne, w rzeczywistości składa się głównie z osi, łożysk oraz mocowań kół, które znajdują się poza główną strukturą nadwozia, ale są mniej eksponowane niż wahacze.
Elementy aerodynamiczne zawieszenia
Są to widoczne na zewnątrz wahacze i elementy układu kierowniczego, które poza funkcją mechaniczną pełnią również istotną rolę aerodynamiczną. Ich kształt jest zoptymalizowany tak, aby generować docisk i kierować strugi powietrza w sposób poprawiający osiągi bolidu.
Dwie koncepcje montażu zawieszenia w F1
W Formule 1 stosuje się dwa główne układy zawieszenia:
Push-rod – najbardziej popularne i standardowe rozwiązanie. Wahacze są ustawione tak, aby wypychać powietrze na zewnątrz bolidu, co pozwala na redukcję oporu aerodynamicznego.
Pull-rod – konstrukcja stosowana coraz częściej od 2022 roku, ze względu na nowe regulacje techniczne. Pozwala na skierowanie większej ilości powietrza pod spód bolidu, co zwiększa wydajność aerodynamiczną podłogi, kluczową w generowaniu docisku w nowej erze F1.
Elementy zawieszenia ukryte wewnątrz podwozia są zazwyczaj metalowe, aby zapewnić wysoką wytrzymałość. Natomiast widoczne części, takie jak wahacze, są wykonane głównie z włókna węglowego, co pozwala na redukcję masy przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości.
Zawieszenie to jeden z najbardziej narażonych na uszkodzenia elementów bolidu, dlatego musi spełniać surowe normy FIA. Jednym z kluczowych wymagań jest zastosowanie linek zabezpieczających, które mają zapobiec oderwaniu się kół w razie wypadku – rozwiązanie to znacząco zwiększa bezpieczeństwo kierowców oraz osób znajdujących się w pobliżu toru.
Opony
Od sezonu 2022 w Formule 1 wprowadzono nowe 18-calowe opony, zastępując używane przez lata 13-calowe ogumienie. Zmiana ta miała na celu poprawę prowadzenia bolidu, zmniejszenie degradacji opon oraz zwiększenie stabilności w zakrętach.
Nowe koła wyposażono również w kołpaki aerodynamiczne, których zadaniem jest redukcja generowania „brudnego powietrza” za bolidem. To rozwiązanie miało ułatwić jazdę za rywalem i poprawić możliwości wyprzedzania.
Zwiększono również średnicę opon do 720 mm (do 2021 roku było to 670 mm). Utrzymano z kolei szerokość kół, wynoszącą: 305 mm z przodu i 405 mm z tyłu. Dostawcą opon pozostała firma Pirelli, która opracowuje mieszanki dostosowane do specyficznych warunków każdego wyścigu.
Hamulce
Przyspieszenie i prędkości maksymalne w Formule 1 od zawsze imponowały, ale równie niezwykłe są siły hamowania. Bolidy F1 potrafią zatrzymać się ze 100 km/h do zera w mniej niż 15 metrów, a kierowcy podczas ostrego hamowania odczuwają przeciążenia sięgające 5G – oznacza to, że ich ciało jest dociskane do pasów z siłą pięciokrotności ich masy ciała.
W przeciwieństwie do aut drogowych, w bolidach F1 stosuje się karbonowe tarcze hamulcowe. Wytrzymują one jednak zaledwie 800 km, zamiast 50 000 km. Każda z nich waży jedynie 1,2 kg i jest pokryta 1,400 otworami wentylującymi, które mają za zadanie odprowadzić temperaturę sięgającą 1000 °C. Każdy zespół zużywa ok. 500 tarcz hamulcowych w sezonie.
Paliwo w F1 – coraz bardziej ekologiczne
Paliwo wykorzystywane w Formule 1 podlega ścisłym regulacjom i jest nieustannie kontrolowane przez delegatów FIA. Zgodnie z przepisami, maksymalne zużycie paliwa podczas wyścigu nie może przekroczyć 110 kg (około 145 litrów). Dodatkowo, od sezonu 2020 jego przepływ jest mierzony przez dwa niezależne przepływomierze, co ma na celu zapobieganie nadużyciom i zwiększenie kontroli nad zużyciem paliwa.
Zbiornik paliwa w bolidzie F1 znajduje się bezpośrednio za monokokiem, w najbardziej chronionej strefie pojazdu. Wykonany jest z kompozytów wykorzystywanych w przemyśle militarnym, co minimalizuje ryzyko przecieków i pożarów w razie wypadku. Dzięki temu nowoczesne bolidy są znacznie bezpieczniejsze od swoich historycznych odpowiedników.
Regulacje techniczne ograniczają skład paliwa do związków chemicznych dozwolonych w produkcji paliwa drogowego, co oznacza, że jest ono coraz bliższe klasycznym paliwom dostępnym na stacjach benzynowych. Od 2022 roku zwiększono zawartość bioetanolu w mieszance paliwowej F1 z 5% do 10%, co stanowi kolejny krok w stronę zrównoważonego rozwoju i redukcji emisji spalin. Kolejne zmiany planowane są na 2026 rok, kiedy to F1 ma przejść na paliwo w 100% syntetyczne, co pozwoli znacząco ograniczyć emisję dwutlenku węgla.
Współczesne bolidy F1 spalają średnio około 40 l/100 km. Choć wydaje się to ogromnym zużyciem, jest to znacząca poprawa w porównaniu z przeszłością. W początkowych latach Formuły 1 samochody spalały nawet 190 l/100 km, co pokazuje, jak bardzo rozwój technologii hybrydowej i aerodynamiki wpłynął na poprawę efektywności paliwowej.
Ile waży bolid F1?
Począwszy od sezonu 2022, minimalna dozwolona masa bolidu F1 wynosi 798 kg łącznie z kierowcą. Jest to wzrost, aż o 46 kg w porównaniu do 2021 r. Masa paliwa nie jest liczona do tego limitu.
Ile kosztuje bolid F1?
Koszt budowy bolidu F1 jest ogromny. Średnia wartość całego samochodu, uwzględniając rozwój technologiczny i produkcję elementów, wynosi około 13,5 miliona dolarów.
Przykładowe koszty poszczególnych komponentów:
jednostka napędowa – około 10 mln USD
podwozie i monokok – 700 tys. USD
skrzynia biegów – około 500 tys. USD
przednie i tylne skrzydło – łącznie ok. 350 tys. USD
zawieszenie i układ hamulcowy – około 300 tys. USD
kierownica – ok. 50 tys. USD
Ostateczna wartość bolidu może się różnić w zależności od zespołu i stopnia zaawansowania technologicznego. Należy pamiętać, że największe wydatki w F1 dotyczą rozwoju aerodynamiki, testów i dostosowywania bolidu do różnych torów.