Priečna dynamika

Správanie sa v zákrute

Odstredivá sila pôsobí v ťažisku a jej účinok závisí od mnohých faktorov ako sú: polomer zákruty, rýchlosť monopostu, hmotnosť  monopostu, rozchod kolies, trecie pomery dvojice pneumatika, vozovka , ťažiska monopostu ktoré sa nachádza pod vozovkou vďaka tomu je vozidlo enormne stabilné v zákrute

Odstredivá sila v zákrute

Nebezpečenstvo pri prechádzaní zákruty vzniká vtedy, keď odstredivá sila hrozí prevýšením bočnej sily na kolesách a monopost nie je schopný udržať predpokladanú stopu. Pozitívny vplyv na silové pomer môže  mať klopenie zákruty

Nedotáčavosť a pretáčavosť  

Bočné vodiace sily môžu medzi vozovkou a pneumatikou len vtedy, keď sa koleso odvaľuje šikmo vzhľadom k rovine otáčania kolesa. Preto musí existovať uhol smerovej úchylky.

Za nedotáčavosť je považovaní jav pri ktorom s pribúdajúcim priečnym zrýchlením a uhlom smerovej úchylky na prednej náprave rastie rýchlejšie ako na zadnej náprave.

Pretáčavosť je opačný jav pri ktorom s pribúdajúcim priečnym zrýchlením a uhlom smerovej úchylky rastie rýchlejšie na zadnej náprave ako na prednej.

Jazdci F1 tieto javy nemajú radi pretože sú nežiaduce je však veľmi ťažké ich odstrániť  dajú sa však minimalizovať nastavením monopostu. 

Pozdĺžna dynamika

Ak na monopost pôsobí bočná sila pri prejazde zákrutami aj brzdný moment pri spomaľovaní, vozovka zachytáva všetky reakcie k bočnej aj k brzdnej sile, ktorá pôsobí na pneumatiku. Až po dosiahnutí fyzikálnej hranice sú podľa toho všetky sily , ktoré pôsobia na otáčajúce sa koleso preberané a vyrovnávané vozovkou, ktorá vytvára reakcie rovnakej veľkosti pôsobiace v opačnom smere. Po prekročení síl sa monopost stáva neovládateľní. Sily ktoré spôsobujú pohyb monopostu hnacie sily a sily ktoré pôsobia proti pohybu  jazdne odpory, musia byť neustále v rovnováhe. Stále pôsobiace sily sú len valivý odpor a odpor vzduchu. Ostatné sily pôsobia podľa okolností.

Celkový jazdný odpor

Celkový jazdný odpor je súčtom valivého odporu, odporu vzduchu, odporu proti stúpaniu a odporu proti akcelerácií. Na prekonanie jazdného odporu  treba na poháňacích kolesách vynaložiť zodpovedajúcu hnaciu silu. Hnacia sila, ktorá je na týchto kolesách k dispozícií, je tým väčšia, čím väčší je točivý moment motora, celkový prevodový pomer medzi motorom a hnacími kolesami a čím menšie sú straty pri prenose sily.

Valivý odpor

Tento jav vzniká ako dôsledok deformačnej práce kolesa a vozovky. Je určení zaťažením kolies a koeficientom valivého odporu. Koeficient valivého odporu je tým väčší, čím menší je polomer kolesa a čím väčšia je zmena tvaru pneumatiky. Napr. pri nízkom tlaku vzduchu v pneumatike. Rovnako sa však zvyšuje s rastúcim zaťažením a so zvyšujúcou sa rýchlosťou. Okrem toho sa mení aj podľa povrchu vozovky.

Odpor vzduchu

Odpor vzduchu je určení: hustotou vzduchu, koeficientom odporu vzduchu ( závisí od tvaru monopostu a jeho častí ) prierezom čelnej plochy monopostu v smere jazdy, rýchlosťou jazdy vrátane rýchlosti protivetra.

Odpor proti stúpaniu

Je daný tiažou G a uhlom stúpania respektíve uhlom klesania kladné alebo záporné stúpanie. Odpor proti stúpaniu sa pri stúpaní pripočítava a pri klesaní odpočítava.

Odpor proti akcelerácií

K rovnomerne zrýchlenému alebo spomalenému pohybu v pozdĺžnom smere dochádza vtedy, keď je zrýchlenie alebo spomalenie konštantné. Dráha, ktorú monopost prejde počas spomaľovania má väčší význam ako pri zrýchlení   pretože dĺžka brzdnej dráhy má bezprostrední význam na bezpečnosť.

Odpor v zákrute

Pri jazde v zákrute sa valivý odpor zvyšuje o odpor vyvolaný zakrivením dráhy. Hodnota odporu v zákrute závisí od: rýchlosti monopostu, polomeru oblúka, dynamických vlastností náprav, pneumatík, tlak v pneumatikách a od smerovej úchylky pneumatiky. 

Monokok

Kľúčovým prvkom pre bezpečnosť pilota je monokok, ktorý predstavuje ochranu z karbónových vlákien, ktorá je extrémne odolná voči vonkajším nárazom a voči deformáciám.

Monokok zaviedol do F1 legendárny dizajnér a šéf Lotusu Colin Chapman, ktorý umiestnil do svojho Lotusu 25 v roku 1962 namiesto klasického trúbkového rámu púzdro z obloženého ľahkého kovu. Z hľadiska bezpečnosti sa tak dostal Chapmanov objav na oveľa vyššiu úroveň. 

Monokoky používané vo Formule 1 sú dosť pevné nato, aby vydržali aj tie najťažšie nehody. Aby však ochránili jazdcov, musia byť aj dostatočne flexibilné. To už je úlohou povinných štruktúr absorbujúcich náraz v nose vozidla, postranných krytoch a zadnej časti, ktorých úlohou je absorbovať časť z nárazovej energie. Vyrábajú z karbónových vlákien. Tento materiál je dvakrát silnejší ako oceľ a zároveň je i päťkrát ľahší. Obsahuje až 12 vrstiev uhlíkových vlákien, pričom každé z nich je päťkrát tenšie ako ľudský vlas. Medzi týmito vrstvami je aj hliníková vrstva v tvare medového plástu, ktorá zvyšuje tuhosť monokoku. Celá schránka sa tvaruje pod vysokým tlakom a pri vysokej teplote. Vytvrdzovanie schránky trvá dva a pol hodiny, opakuje sa ale hneď viackrát. 

Výsledkom je mimoriadne pevný monokok, ktorý ochráni pilotov aj pri veľmi ťažkých haváriách, ako bola napríklad tá Giancarla Fisichellu v Silverstone v roku 1997. Údaje z čiernej skrinky ukázali, že jeho Jordan vtedy zastavil na nulu z rýchlosti 227 km/h za neuveriteľných 0,72 sekundy. To matematicky zodpovedá pád z výšky 200 metrov. Talian ale utrpel len ľahké zranenie kolena. Za to samozrejme vďačí monokoku. 

Testy sú vykonávané pod dohľadom FIA a zvyčajne prebiehajú v nárazovom centre Cranfield v anglickom Bedfordshire. Napríklad pri simulácii čelnej zrážky je na monokok pripevnený nos, palivová nádrž je naplnená vodou a k sedadlu je pripútaná 75 kilogramov vážiaca figurína. Celá táto konštrukcia váži 780 kilogramov a naráža do múru v rýchlosti 15 metrov za sekundu (50,4 km/h). Zadné a postranné štruktúry absorbujúce náraz a ochranný oblúk sú testované tiež. 

V záujme najvyšších štandardov prijala medzinárodná automobilová federácia FIA štandardy, ktoré sú v porovnaní s minulosťou oveľa prísnejšie. Od roku 1985 musí prejsť monokok každého tímu crash testom, ktorý je z roka na rok prísnejší.

                                                                                     

                                                 

S-DUCT

S-Kanál alebo S-Duct je aerodynamické vylepšenie, ktoré umožňuje vzduchu z pod šasi prejsť na jeho vrch a využiť ho na dodatočne na utesnenie toku vzduchu. Ako vstup pre vzduch sa používajú otvory v spodnej časti šasi. Samotné "potrubie" je aerodynamicky tvarované tak, aby dochádzalo k čo najmenšej deformácií toku vzduchu. Ako prvý s týmto systémom prišiel tím Sauber v roku 2011. S-Kanál si postupne adoptovalo množstvo tímov ako napríklad RedBull, ktorý ho dokázal ešte viac zdokonaliť. Z pohľadu TV onboard kamery ho môžeme vidieť ako malú štrbinku v oblasti spojenia nosovej časti so šasi - to je výstup. Viac už naznačia fotografie.

DRS

Systém Drag Reduction System (DRS) je novinkou od roku 2011 v snahe zlepšiť preteky Formule 1 (zvýšením počtu predbiehacích manévrov). DRS umožňuje jazdcovi otvoriť medzeru na zadnom prítlačnom krídle , čím sa odstráni veľké množstvo z aerodynamického odporu produkovaného na zadnom krídle. Podvihnutie hornej časti (klapky ) spôsobí zmenu smeru prúdenia vzduchu čím sa zvýši maximálna rýchlosť .Tento účinok zadného krídla je možné ovládať tlačidlom na volante alebo dodatočným pedálom. Elektrické impulzy sú vysielané do elektronicko - hydraulickej časti umiestnenej na krídle. Deaktivácia je možná jazdcom ktorý stlačí gombík DRS alebo brzdovým pedálom ktorý je prepojení s elektronickou častou.

Difúzor

Automobilový difúzor je špeciálne tvarovaná časť podvozku, ktorá zlepšuje aerodynamické vlastnosti vozidla. Ide o rozširujúci sa kanál smerom k zadnej časti. Vzduch nasávaný spodnou časťou sa u urýchľuje a vďaka Bernoulliho rovnici má nižší tlak ako okolitý vzduch. Kvôli podtlaku vzniká sila (prítlak), ktorá monopost "pritláča" k trati. Difúzor prúdiaci vzduch usmerňuje a vzadu spomaľuje na rýchlosť blízku okolitému prúdeniu. Vďaka tomu sa znižujú vzdušné turbulencie v úplavu (oblasti za monopostom, kde sa obidva prúdy zmiešajú). Difúzor svojím regulatívnym účinkom znižuje odpor vzduchu. Čím väčší je difúzor, tím väčší je prítlak

Venturiho efekt (hydrodynamický či aerodynamický paradox) je jav pomenovaný po Talianskom fyzikovi Giovannim Battistovi Venturim. Vychádza zo skutočnosti, že tlak v prúdiacej tekutine je nepriamo úmerný rýchlosti prúdenia tekutiny . V zúženej časti trubice má kvapalina nižší tlak a kvôli tomu sa zvýši rýchlosť prúdenia (zákon zachovania energie). Takto získaná kinetická energia je vyrovnaná znížením tlaku. Tento jav platí aj pre plyny. Napr. podvozky Formule 1 sú konštruované tak, aby pod Nimi dochádzalo k zosilneniu Venturiho efektu - vzduch sa pod podvozkom urýchľuje, a dochádza k podtlaku, ktorý je kompenzovaní so silou pritláčajúcou formulu k vozovke (prítlak). To zvyšuje stabilitu monopostu.

Gourneyho klapka je jeden z ďalších doplnkov ktorý zosilňuje účinok difúzora jeho úlohou je zredukovať tlak v oblasti nízkeho tlaku za difúzorom čím pomôže vytiahnuť z pod podlahy ešte viac vzduchu

ERS

Pre krátkodobé zvýšenie výkonu sa používa systém ERS. Jeho plný výkon 161 koní je možné využiť až po dobu 33,3 sekundy v jednom kole. Pri zníženom výkone aj viac napr. 80,5 "koňa" až na 66,6 sekundy a pod. Systém ERS ako taký pozostáva z dvoch motor-generátorov MGU-K a MGU-H.

MGU-H je elektromotor využívajúci horúčavu výfukových plynov (ich kinetická energia) funguje podobne ako MGU-K rozdiel spočíva v režime generovania. Tu bude rotor generátora roztáčaný hriadeľom turbodúchadla a získaná elektrická energia sa následne uloží do úložiska energie ES (ENERGY STORAGE)

MGU-K jedná sa o synchrónny elektromotor s permanentnými magnetmi premena kinetickej energie na elektrickú dochádza pri brzdení kde jazdec stlačí brzdový pedál. Následne riadiaca jednotka brzdenie vyhodnotí a hriadeľ elektromotora sa cez sústavu hydraulických spojok a prevodov pripojí ku kľukovému hriadeľu a začína sa zber energie. Opačný postup znamená využitie tejto energie ktorá sa uložila v ES - je to lithium-iontový akumulátor s napätím 3,6V.

Systémy sú medzi sebou prepojené takže je možné energiu využiť naraz z oboch motor generátorov