[ozed]

Кого интересует, могу выложить здесь немного теории о подвеске и ее настройке, аэродинамике и резине. Почему немного- потому что об этом можно написать добрую библиотеку.

Итак, если есть желание почитать и по обсуждать - просьба здесь отписаться.

[Tendmess]

Меня интересует!

[artem9000]

И меня

[ozed]

ВАЖНО!!

Материал, который будет излагаться мной в этой ветке получен в процессе общения с очень интересными людьми, некоторые из которых профессионалы международного класса. Потому сразу говорю, что самое интересное в тексте не мое) я просто компилировал и получал ответы на вопросы!!

Ну а теперь самое интересное :

Часть 1

Автомобильная шина. С нее все начинается и ей же заканчивается. Это очень сложная и объемная тема, сложная потому что даже сами производители резины, до конца, не знают, что происходит с шиной в движении.

Объем знаний накопленный инженерами таких компаний как Michelin, Good Year, Bridgestone огромен, но они же и признают, что эта область знаний хотя и бурно развивается, но все еще находится на довольно ранней стадии развития. Проще говоря, вопросов, больше чем ответов.
Проблема в том, что слишком велико количество факторов, как внутренних – состав и конструкция, так и внешних – свойства конкретного покрытия дороги, погодные условия и т.д., которые могут радикально влиять на поведение шины.

Тем не менее, разобраться в основных свойствах автомобильной шины абсолютно необходимо – без этого понять, как мы можем влиять на поведение автомобиля, не стоит даже и пытаться.
Так что же такое автомобильная шина? По своей сути это обыкновенный воздушный пузырь, т.е. резервуар стенки которого представляют собой эластичную мембрану. Давление газа (чаще всего воздуха или азота) внутри этой мембраны создает силы, которые работают на растяжение внешних стенок. Не вдаваясь в научные дебри, выделим два основных принципа, за счет которых шина способна поддерживать автомобиль, и самое главное генерировать силы, ускоряющие автомобиль в том или ином направлении.

Первый принцип общеизвестен – любое тело, вне зависимости от того из чего оно сделано, деформируется под воздействием внешней нагрузки. Деформируясь, тело, согласно закона о равенстве действия и противодействия, «отвечает» равной по величине, но противоположной по направлению силой. Попросту говоря все, без исключения является пружиной (конечно одни тела деформируются неизмеримо меньше чем другие).

Второй основной принцип это трение. Здесь стоит остановиться чуть подробнее. Дело в том, что шина не желает укладываться в старый добрый 3-й закон Ньютона о трении, согласно которому коэффициент трения μ (Коэффициент трения, между объектами, равен силе трения, поделенной на силу, сжимающую эти тела. μ = Fтр/N) не может превышать единицу, т.е. сила трения (Fтр) не может превышать силу (N) прижимающую тела друг к другу. Современная шина, применяемая в Ф1, имеет коэффициент трения около 1.7, а квалификационные шины, применяемые в начале 80-х достигали значений до 2.2! Другими словами шина «цеплялась» за асфальт с силой превосходящей вертикальную нагрузку более в чем два раза! Так что же Ньютон был не прав?! Да нет, этот уважаемый джентльмен, прав, как всегда. Просто закон Ньютона описывает трения между ТВЕРДЫМИ и ГЛАДКИМИ поверхностями, а автомобильная шина, даже гоночный слик, и асфальт таковыми не являются. Кроме традиционного трения есть еще два важнейших механизма за счет которых и достигаются столь феноменальные результаты.

Итак второй механизм. В английском языке принято несколько терминов для его описания mechanical interlocking, gearing and hysteresis – все эти термины описывают один и тот же механизм «механического зацепления». Шина, является упруго-пластической структурой. Под воздействием вертикальной нагрузки, поверхность шины в пятне контакта деформируется, принимая форму микронеровностей асфальта – т.е. теперь микронеровности, возникшие на шине, механически зацепляются за микронеровности асфальта – так же как зубья в шестеренках. Резина с высоким уровнем механического зацепления отличается тем, что переход от накопленной в результате нагрузки и деформации потенциальной энергии в кинетическую, происходит относительно медленно, медленнее, чем например, в детском мячике, который моментально отскакивает от пола.

Этот механизм значительно повышает коэффициент сцепления, обеспеченный «сухим» трением. То насколько он повышается, зависит от характера покрытия (образивности) на трассе, степени жесткости резины и от температуры шины и трассы. С другой стороны если трасса слишком образивна, резина слишком мягкая или температура слишком высока, сцепные свойства шины деградируют очень быстро – возможно значительно быстрее, чем то время, которое нужно чтобы пройти дистанцию.
Механическое зацепление, значительно, меньше подвержено отрицательному воздействию воды на трассе, по сравнению с «молекулярным приклеиванием» и ньютоновским трением. Таким образом, этот механизм является главным при разработке дождевых шин. Следует помнить, что для получения оптимального результата необходимо, чтобы химический состав протектора подгонялся под каждую трассу отдельно.

[Dionisiy]

ozed
с удовольствием прочту)

Добавлено спустя 31 секунду:
...ок)

[ozed]

Часть 2

Третий механизм. Malecular bonding – Молекулярное прилипание.
Этот механизм обусловлен взаимным зацеплением молекул поверхности шины и трассы – под вертикальной и боковой (или продольной) нагрузкой. Как пример такого взаимодействия можно привести известный продукт 3M – желтые листочки для заметок “Post It Notes”.
Взаимное зацепления клейкого слоя на листочке и поверхности, к которой он прилеплен достаточно, чтобы листок держался, но не достаточно, чтобы повредить бумагу, если вы снимите его со стены.
Этот механизм играет важную роль на сухой трассе, но под дождем его значение сильно снижается. Так же как и в предыдущем случае для получения максимального результата необходимо чтобы химический состав шин соответствовал конкретной трассе и погодным условиям на ней.
Эффект механического зацепления и молекулярного прилипания несколько снижается, с ростом скорости автомобиля, вызывая снижение суммарного коэффициента трения.

Добавлено спустя 4 минуты 54 секунды:

с удовольствием прочту)

с удовольствием поделюсь накопленным материалом)

Добавлено спустя 1 минуту 38 секунд:
по мере того как буду приводить все в читабельный вид - буду здесь выкладывать)

[artem9000]

А можно вопрос?
Почему Формулы ездят высокопрофильной резине?

[ozed]

всему свое время)) ответ обязательно будет) но он будет наверна оч неожиданным для кого-то))

[Bebeha]

Почему Формулы ездят высокопрофильной резине?

я конечно глуповат)
но мне кажется для небольшой баржеобразности,чтобы малость машина плыла,и не поворачивала как в старых мультиках)

[ozed]

но мне кажется для небольшой баржеобразности,чтобы малость машина плыла,и не поворачивала как в старых мультиках)

не не)))

[ozed]

Почему начал с шин, ибо если очень коротенько то: Резина это САМОЕ ГЛАВНОЕ! Все что делается с машиной - подвеска, шасси, аэродинамика имеет одну конечную цель - создать оптимальные условия работы для резины. Четыре пятна контакта это единственная и последняя инстанция которая связывает пилота с дорогой. Все что происходит (ну кроме лобового сопротивления наверна) происходит ЧЕРЕЗ шины.

но мне кажется для небольшой баржеобразности,чтобы малость машина плыла,и не поворачивала как в старых мультиках)

Когда автомобиль поворачивает он всегда скользит, в каком то смысле. При повороте, направления пятна контакта и колесных дисков ( за счет деформации шины под воздействием сил вызванных трением с асфальтом) отличаются друг от друга на определенный угол. Этот угол называется Угол увода. При определенном, для каждой шины и покрытия, угле увода, шина способна генерировать максимальную боковую силу.

На асфальте:
Гоночный слик 4-6градусов.
Дорожная резина 6-10 градусов
Снег/лед - ваще дофига, тока там деформации почти нет, и вообще все несколько по другому происходит.

Чуть подробнее на примере слик. 4 -6 градусов, оптимальные углы, но "окно" угла при котором шина работает в оптимальном температурном режиме (а это Очень важно) еще уже ~1 градус. Умение вести машину на этой тонкой грани отличает гениальных пилотов от очень хороших. Айртон Сенна, славился тем, что мог чувствовать именно "тот" угол. Этот дядя вообще много чего мог и чувствовал.

Таким образом, на пределе автомобиль фактически всегда скользит - передней осью, задней осью, обеими осями. Очень грубо говоря - разница между углами увода передней и задней оси и есть угол "заноса" либо "сноса" автомобиля, т.е. угол между фактическим направлением движения и направлением "морды" машины. При малых углах увода (слик), угол шасси в целом - мало заметен глазу, но даже Ф1, в быстром повороте - скользит.

[Shved111]

Где то слышал что в ф1 шины выскокпрофильные, только потому что FIA не хочет перепрофилировать шинников на новый тип шин, это дорого и болезненно, поэтому по старинке гоняют на высоком профиле.

[ozed]

в общем-то верно. но это не единственная причина.

[Shved111]

Ну может ещё дело в колёсных дисках 13 радиуса которые по привычке клепают на боллиды ф1.

[ozed]

Часть 3

Современная гоночная шина это сложная структура, сделанная из композитных материалов, в состав которых входят углеволокно, кевлар, стекло, сталь, нейлон, волокна хлопка и т.д. Все это переплетено и уложено в строго определенной форме и направлении и склеено вместе в матрице состоящей из резины, сажи (carbon black), технологических смол и различных химических реагентов (катализаторы, акселераторы реакции и т.д.)

Резина как правило изготовлена на основе синтетических полимеров (стирен-бутадиен, полибутадиен) и, как было сказано ранее является упруго-пластичным материалом.
Сажа это укрепляющий наполнитель, который регулирует и определяет коэффициент трения и задает характеристику чувствительности шины к температуре. В данном случае сажа это порошок, черного цвета, который получается как результат нагрева различных масел и других органических и неорганических соединений. Сам процесс нагрева может быть очень сложным и многоступенчатым. В результате инженер может варьировать технологические процессы и состав, в результате получая сажу с желаемым размером частиц и тем, как она реагирует с остальными составляющими. Как правило, меньший размер частиц сажи позволяет получить, большую площадь контакта – выше коэффициент сцепления, что в свою очередь сопровождается более интенсивным выделением тепла.

Существуют сотни формул изготовления сажи, и в высших эшелонах автоспорта, на непрерывной основе разрабатываются все новые варианты, для каждой трассы и погодных условий.

Конструкция радиальной шины представляет собой довольно сложную структуру, каждый элемент которой выполняет свои функции.

Основным элементом является эластичный каркас (Flexible carcass), который состоит из корда, обладающего высокой прочностью на растяжение, который сплетен в определенном порядке и «вварен» в матрицу из резины различных составов. К корду и резиновой рубашке с двух сторон прикреплены кольца из стального троса – Bead – брекер, Эти кольца используются для «посадки» шины на колесный диск. Давление воздуха в колесе создает ответную силу, которая поддерживает каркас и удерживает Bead на диске.

Добавлено спустя 3 минуты 57 секунд:
Часть 4

Материалы, применяемые в каркасе, а так же то, как сплетены и в каком направлении и порядке они уложены, определяют то, как шина будет работать. Так же важен состав резины в «рубашке». Состав резины и соответственно свойства резины неоднородны – они могут сильно различаться - под протектором, в районе «плеча» шины и т.д. В классической радиальной шине волокна в каркасе идут от брекера к брекеру радиально, т.е. перпендикулярно центру окружности колеса – такое расположение обеспечивает оптимальную жесткость на растяжение, но не обеспечивает жесткости на изгиб, что в свою очередь ведет к недостаточной продольной стабильности – колесо будет плохо «держать прямую». Для того чтобы преодолеть этот недостаток радиальной шине требуется дополнительный корд – circumferential belt, который уложен по окружности шины между каркасом и протектором. В отличие от гражданских моделей, гоночные шины должны передавать очень высокий крутящий момент – при разгоне и торможении. Радиальное расположение волокон корда в основном каркасе не обеспечивает нужной жесткости на изгиб, поэтому в гоночных шинах, рассчитанных на высокие нагрузки, волокна корда уложены под небольшим углом, а не абсолютно радиально.

Размер пятна контакта определяется давлением воздуха внутри шины и вертикальной нагрузкой на нее. S= N/P, где S площадь пятна контакта,
N вертикальная нагрузка, и P давление в шине. Таким образом, ясно, что площадь пятна контакта не зависит от размера колеса! В это трудно поверить, но площадь контакта задней шины Формулы1 (330 мм) и «бублика» на дедушкином «Запорожце» (при условии, что давление в шине, вертикальная нагрузка и жесткость боковин шины равны) одинаковы. Это легко проверить опытным путем – возьмите две шины разного размера, нанесите краску на протектор и накачайте до одинакового давления и, положив на весы чистый лист бумаги, поместите на него колесо. Весы нужны для того, чтобы убедится в том, что вертикальная нагрузка одинакова. Затем измерьте полученный на листе отпечаток – разница будет минимальна, и обусловлена только жесткостью боковины. Разница будет не в размере а в форме пятна – у более широкого колеса пятно будет коротким, но широким, а у менее широкого, соответственно вытянутым и узким.
Для того, чтобы разобраться с причинами, которые позволяют более широкой шине, развивать большую боковую силу, рассмотрим, что происходит с колесом в динамике и каким образом шина генерирует силу ускоряющие автомобиль.

Когда машина поворачивает, она испытывает ускорение, направленное к центру дуги. Центростремительные силы, это силы которые толкают автомобиль к центру дуги, а центробежными силами принято называть силы пытающиеся вытолкнуть машину наружу дуги.
Поворачивая в машине, мы чувствуем силу толкающую нас наружу поворота, в реальности это просто наше тело пытается, согласно первого закона, все того же Ньютона сохранить свое первоначальное, прямолинейное движение. Хорошим примером будет, положить на переднюю панель пачку из под сигарет, немного разогнаться и быстро повернуть – в результате пачка переместится в бок, по панели, но на самом деле она просто пытается сохранить свое первоначальное положение – это не пачка ушла в бок, а машина, пачка же попыталась остаться на месте.

Как шина генерирует силу, ускоряющую машину поперечно? Вспомним два основных фактора, которые мы описывали – трение и то, что пневматическая шина является пружиной. Когда, двигаясь в машине, водитель поворачивает руль и передние колеса, автомобиль стремится продолжить движение по прямой. Дальше вступает в силу 3-й закон (догадайтесь кого) - на каждое действие есть равное ему по силе противодействие. Так как передние шины повернуты, на определенный угол и имеют боковой коэффициент трения, а поверхность дороги воздействует на шину деформируя ее, шина в ответ вырабатывает боковую силу и ускоряет автомобиль, изменяя направление его движения. Сопротивление шины к деформации - вот каким образом шина генерирует силы, заставляющие автомобиль ускорятся.