Основные параметры и общая конструктивная компановка скоростных автомобилей

Основные параметры и конструктивная компановка скоростных автомобилей определяются прежде всего их назначением.

Серийные автомобили, приспособленные к спортивным целям, и спортивные автомобили имеют общепринятую для легковых автомобилей конструктивную компановку, а специально гоночные автомобили имеют большей частью оригинальные конструктивные решения и по своей общей компановке не похожи на автомобили серийного производства.

Ниже рассмотрены основные условия, влияющие на конструкцию гоночных автомобилей, и основные конструктивные схемы, принятые в настоящее время для этих автомобилей.

Конструктивная компановка гоночного автомобиля зависит от того, для какого вида соревнований он предназначен. Прежде всего выявляется основное различие между рекордно-гоночными автомобилями, предназначенными для установления рекордов на короткие дистанции, и дорожно-гоночными автомобилями, рассчитанными на длительные шоссейные соревнования.

В настоящее время среди отечественных гоночных автомобилей преобладают модели, предназначенные для установления рекордов на средние дистанции, так, например, «Харьков-6», «Дзержинец», «Шахтер» и др., имеющие кузовы с закрытыми колесами. Эти автомобили можно использовать и для линейных шоссейных гонок.

Типичными представителями рекордно-гоночных автомобилей являются автомобили типа «Звезда» в классах до 250, 350 и 500 см³.

Дорожно-гоночные автомобили должны обладать:

1. высокими динамическими качествами (способностью развивать большую скорость и осуществлять быстрый разгон);
2. хорошей устойчивостью и управляемостью, гарантирующей безопасность движения;
3. достаточной прочностью и надежностью для бесперебойной работы в длительных соревнованиях;
4. высокой маневренностью (особенно при кольцевых гонках).

Для получения высоких динамических качеств необходимы:

1. большая мощность двигателя;
2. малая площадь лобового сопротивления и хорошая обтекаемость автомобиля;
3. небольшой вес автомобиля;
4. высокий к. п. д. силовой передачи;
5. правильный подбор передаточных чисел главной передачи и коробки передач;
6. шины специального типа с высоким внутренним давлением.

На современных гоночных автомобилях устанавливаются специальные двигатели, имеющие высокую литровую мощность*.

Значительная часть мощности гоночного автомобиля затрачивается на преодоление сопротивления воздуха. Поэтому при разработке общей компановки гоночного автомобиля стремятся снизить потери, уменьшая площадь лобового сопротивления и улучшая обтекаемость автомобиля. Совместное решение этих двух задач представляет большую трудность, так как наилучшие результаты по обтекаемости дают автомобили с колесами, закрытыми обтекателями, выполненными вместе с кузовами, а это приводит к некоторому увеличению площади лобового сопротивления.

Автомобили с открытыми колесами дают наименьшую площадь лобового сопротивления, но худшую обтекаемость.

В настоящее время большинство дорожно-гоночных автомобилей имеет кузовы с открытыми колесами. Примером такой конструкции является автомобиль, показанный на рис. 6.

Рис. 6. Дорожно-гоночный автомобиль с открытыми колесами

Площадь лобового сопротивления для автомобилей «средних» классов удается свести при этом до F = 0,9 — 1,0 м2. Коэффициент обтекаемости составляет в среднем Сх = 0,2—0,25.

Рекордно-гоночные автомобили строятся обычно с колесами, закрытыми обтекателями, что значительно улучшает их обтекаемость.

Рис. 7. Рекордно-гоночный автомобиль «Звезда 3М» с колесами, закрытыми обтекателями

На рис. 7 показан внешний вид рекордно-гоночного автомобиля «Звезда 3М» класса до 350 см³ с колесами, закрытыми обтекателями, выполненными заодно целое с кузовом.

В табл. 3 приведены средние данные по основным параметрам рекордно-гоночных автомобилей различных классов. Как видно из таблицы, для автомобилей «младших» классов удается достичь очень хорошего соотношения между F и С.

Улучшение обтекаемости рекордно-гоночных автомобилей с меньшим рабочим объемом двигателя достигается за счет создания более совершенной формы кузова, так как малогабаритные двигатели легче вписываются в заданную форму кузова, не имеют частей, выступающих за его габариты, и не требуют устройства специальных обтекателей для закрытия этих частей.

Рис. 8. Внешний вид автомобиля «Харьков-Л250»

На рис. 8 показан внешний вид автомобиля «Харьков-Л250» с двигателем с рабочим объемом 250 см³, а на рис. 9 — вид автомобиля спереди (ниже, на рис. 70 видна установка двигателя на этом автомобиле). Как видно из этих рисунков, двигатель хорошо вписывается в габариты кузова, который имеет поэтому выгодную обтекаемую форму.

Рис. 9. Вид спереди автомобиля «Харьков-Л250»

На стр. 122 показана установка двигателя с рабочим объемом 3000 см³ на автомобиле «Дзержинец». Двигатель имеет увеличенные габариты по высоте и значительно выступает за пределы верхней панели кузова, вследствие чего размеры обтекателя за сидением водителя значительно увеличиваются, а внешние очертания обтекателя получаются не столь выгодными, как в тех случаях, когда такой обтекатель служит дополнением к колпаку над головой водителя.

На некоторых автомобилях двигатели, имеющие большую высоту, устанавливаются иногда наклонно относительно продольной вертикальной плоскости (рис. 10).

Рис. 10. Наклонная установка на автомобиле двигателя, имеющего большие габариты по высоте

Большой вес увеличивает потери на сопротивление качению и затрудняет разгон автомобиля. Снижение веса гоночных автомобилей достигается созданием деталей наиболее рациональной формы и размеров, а также применением наиболее высококачественных материалов, допускающих высокие напряжения. Во всех случаях, где это возможно по условиям прочности, применяются легкие сплавы.

Высокий к. п. д. η_m силовой передачи достигается тщательной обработкой и сборкой всех деталей и применением высококачественной смазки. Для гоночных автомобилей в среднем к. п. д. силовой передачи η_m = 0,9, но у некоторых автомобилей η_m достигает величины 0,92—0,95.

Для получения высокой скорости движения автомобиль должен иметь передаточное число главной передачи, подобранное в соответствии с повышением мощности, а для совершения быстрого разгона — иметь достаточное число ступеней в коробке передач (4—5 ступеней) и определенное соотношение между их передаточными числами.

Для уменьшения сопротивления качению желательно иметь большое давление в шинах. Это давление ограничивается требованиями плавности хода и опасностью подскакивания колес на самых незначительных неровностях дороги, что вызывает их пробуксовку.

Устойчивость и управляемость автомобиля имеют не менее важное значение, чем динамические качества.

Устойчивость скоростных автомобилей в весьма большой степени зависит от высоты центра тяжести, распределения веса по осям, типа подвески и качества шин.

При разработке конструкции скоростного автомобиля в первую очередь приходится сталкиваться с необходимостью правильного распределения веса по осям. Для обеспечения устойчивости вес между передней и задней осями автомобиля должен распределяться равномерно. Практически у большинства гоночных автомобилей на заднюю ось приходится 54—57% общего веса и соответственно 46—43% на переднюю ось. Такое соотношение в распределении весов дает хорошие результаты как в отношении сохранения устойчивости, так и в отношении увеличения сцепного веса, поскольку ведущими колесами обычно бывают задние.

Возможность допустить небольшое расстояние от нижней точки автомобиля до полотна дороги позволяет понизить расположение рамы и всех основных агрегатов, что уменьшает высоту расположения центра тяжести. Кроме того, следует все агрегаты, обладающие большим весом, располагать вблизи центра тяжести, уменьшая тем самым момент инерции автомобиля относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести, что облегчает автомобилю вход и выход из виражей с высокой скоростью.

Современные дорожно-гоночные автомобили обладают высокой маневренностью: небольшие габариты допускают малые радиусы поворотов, а хорошая устойчивость и управляемость позволяют проходить эти повороты с большой скоростью.