دستاوردهای تکنولوژیکی مسابقات، برای خودروهای عادی

سندرومی وجود دارد به نام سندروم دانشجویی، به این معنی که اگر دانشجو، یک ماه برای خواندن یک درس یا انجام یک پروژه وقت داشته باشد، انجام آن کار را به روزهای آخر موکول می‌کند، بسیاری از انسان‌ها در انجام امور با فراغت بال مشکل دارند. البته خواستگاه روان‌شناسی این مسئله شاید به موضوع نیاز و عدم نیاز برمی‌گردد، انسان تا به چیزی نیاز نداشته باشد به دنبال برطرف کردن آن نمی‌رود و به نشستن بر لب جوی و دیدن گذر عمر می‌پردازد.

به همین خاطر اکثر اختراعات بشر در جنگ‌ها و برای حفظ جان و پیروز شدن بوده، جایی که آگه پیروز نمی‌شد جانش از دست می‌رفت. عرصه مسابقات و رقابت‌های اتومبیل‌رانی هم بی‌شباهت به جنگ نیست، تیم‌ها هزینه‌های زیادی صرف می‌کنند تا بتوانند پیروز رقابت شده و در عرصه باقی بمانند، و چون ورزش‌های موتوری نقطه تلاقی تکنولوژی با ورزش و رقابت است، پس تیم‌ها همیشه باید از لحاظ فناوری، در سطح بالایی باشند تا بتوانند در رقابت باقی مانده و پیروز شوند.

با این اوصاف شاید تا الآن نتیجه گرفته باشید که بیشتر تکنولوژی‌های خودرویی از فرمول ۱ و بقیه مسابقات، به صنعت خودرو هدیه داده شده‌اند، جایی که تیم‌ها هزینه‌های میلیون دلاری را صرف می‌کنند تا بتوانند هر دور از مسابقه را شاید چند هزارم ثانیه سریع‌تر طی کنند. به همین دلیل است که تکنولوژی خودروهای مسابقه‌ای همیشه چند قدم جلوتر از خودروهای تولیدی است. اما با گذشت زمان و کاهش هزینه‌های تولید، تکنولوژی‌های مسابقه‌ای به خودروهای تولیدی راه می‌یابند. در ادامه چند

ترمزهای دیسکی

اولین ترمز دیسکی قابل اطمینان، برای جگوار C-type در سال ۱۹۵۳ ساخته شد. ترمز جدید، نسبت به ترمز کاسه‌ای امکان خنک شوندگی بسیار بهتری داشت و به جگوار C-type امکان ترمز گیری قوی‌تر و با ثبات‌تری می‌داد. همچنین رانندگان این خودرو می‌توانستند برای ورود به پیچ، دیرتر از بقیه رانندگان اقدام به ترمز گیری کرده و دورهای سریع‌تری را ثبت کنند. با این سیستم جدید، در مسابقات لمانز سال ۱۹۵۳، ۳ خودروی جگوار در بین ۴ خودروی برتر بودند؛ درحالی‌که بسیاری از رقبا، به دلیل مشکل داغ شدن ترمز از ادامه مسابقه باز ماندند. علاوه بر این، سیستم ترمز دیسکی با ورود به عرصه خودروهای تولید انبوه، و با عملکرد بهتر و قابلیت اطمینان بیشتر، جان‌های بسیاری را کنون نجات داده است.

فیبر کربن

یکی دیگر از نوآوری‌های عظیم در عرصه تولید خودرو، استفاده از فیبرهای کربن است. امروزه فیبر کربن در برخی خودروهای تولید انبوه، بسیاری از سوپر اسپرت‌ها و تمامی خودروهای فرمول ۱ دیده می‌شود. اولین استفاده از فیبر کربن، به سال ۱۹۸۱ و استفاده در شاسی مونوکوک اتومبیل فرمول ۱ مک لارن MP4-1 برمی‌گردد. زمانی که ماده‌ای سبک‌تر و درعین‌حال مقاوم‌تر از فولاد، معرفی شد، بعضی مهندسان در مقاومت آن در تصادفات، شک داشتند. این عقیده بعد از تصادف شدید جان واتسون در گرندپری مونزا به‌کلی تغییر کرد. به صورتی که خود راننده اعلام کرد که بسیار خوش‌شانس بوده که اتومبیلش از شاسی آلومینیومی استفاده نمی‌کرده و مجهز به مدل جدید فیبر کربن بوده.

علت عمده گران بودن فیبر کربن انرژی زیادی است که برای تولید آن مصرف می‌شود. بعضی از شرکت‌های خودروسازی سهم عمده‌ای در تجاری‌سازی این ماه داشتند. ب‌ام‌و سرمایه‌گذاری عظیم ۳۰۰ میلیون دلاری برای تولید فیبر کربن که انرژی مورد نیاز خود را از یک نیروگاه آبی بر روی دریاچه Moses واشینگتن تأمین می‌کند انجام داد، با هدف تولید ۹۰۰۰ تن فیبر کربن در سال برای استفاده در خودروهایش.

تولید انبوه این ماده باعث پایین آمدن قیمت نهایی فیبر کربن شد و آن را برای استفاده در تولید خودروهای تولید انبوه آماده کرد. به‌نحوی‌که دو محصول آینده نگرانه i3 و i8 شرکت ب‌ام‌و از شاسی پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن استفاده می‌کنند که باعث کاهش وزن این خودروها در عین استحکام مثال‌زدنی آن‌ها شده. فیبر کربن حتی به صنعت تولید هواپیماهای مسافربری هم راه یافته به گونه‌ای در ساخت هواپیماهای Boeing 787 Dreamliner و ایرباس A350 XWB از مواد کامپوزیتی بسیاری استفاده شده.

ایرودینامیک

امروزه بهترین متخصصان ایرودینامیک را می‌توان در تیم‌های فرمول ۱ یافت. اما در روزهای ابتدایی شروع مسابقات اتومبیل‌رانی، تفاوت زیادی میان خودروهای مسابقه‌ای و خودروهای جاده‌ای نبود. عرض خودروها کم بود و مرکز جرم آن‌ها در ارتفاع زیادی قرار داشت، در نتیجه این اتومبیل‌ها در هنگام پیچیدن، استعداد زیادی برای واژگونی داشته و به ارابه‌های مرگ تبدیل می‌شدند. اتومبیل‌های مسابقه‌ای اولیه، موتورهای کم قدرتی داشتند، پس برای رسیدن به سرعت‌های بیشتر، مهندسان سعی کردند خودروها را گرد، و غیر مقاوم در مقابل جریان هوا بسازند. طبق قوانین نیوتن، اتومبیل تا جایی می‌تواند شتاب گرفته و بر سرعت خود بیافزاید که نیروی پیش برنده آن، بیشتر از نیروی مقاوم وارد شده به آن باشد.

این تکنولوژی به‌تدریج با پیشرفت خود به جایگاه امروزی رسید. شرکت‌های خودروسازی امروزی برای کاهش مصرف سوخت و افزایش عملکرد محصولات خود، سعی در کاهش درگ (مقاومت در برابر هوا) محصولات خود دارند. نیروی Drag یا پسای آئرودینامیکی همان نیروی بازدارنده‌ای است که در هنگام حرکت یک جسم (خودرو، هواپیما و…) در هوا، در خلاف حرکت جسم، به آن وارد می‌شود.

این نیرو به صورت زیر محاسبه می‌شود. که در آن A مساحت روبروی جریان، V سرعت نسبی جریان هوا نسبت به جسم و حرف شبیه به p به نام رُو چگالی هواست.

می‌توان از فرمول برداشت کرد که با افزایش سرعت، چگالی هوا و ضریب پسا، نیروی مقاوم هوا افزایش می‌یابد. همچنین این نیروی مقاوم با توان ۲ سرعت رابطه داشته و در سرعت‌های بالا، نیروی مقاوم بسیاری باید توسط خودرو خنثی شود، به همین دلیل کاهش ضریب پسا اهمیت بسیار زیادی برای طراحان وسایلی که قرار بود در سرعت‌های بالا کار کنند داشت. چون افزایش اندکی سرعت، نیروی مورد نیاز با توان ۲ افزایش می‌یافت. پس طراحان تلاش کردند تا خودروهایی با ضریب پسای کمتر طراحی کنند تا بتوانند بدون افزایش قدرت موتور، به سرعت‌های بالاتری دست یابند.

به‌عنوان‌مثال، ضریب پسای مربع، ۱.۰۵ و ضریب پسای دایره ۰.۴۷ است، پس با تغییر شکل ضریب پسا و به دنبال آن نیروی پسا تغییر می‌کنند. در ضمن با کمتر کردن مساحت روبروی جریان نیز می‌توان نیروی مقاوم هوا (نیروی پسا) را کاهش داد. خودروسازان همیشه در تلاش برای کاهش این ضریب هستند.

اما با هموارتر ساختن خودروها برای عبور بهتر جریان هوا بر روی آن‌ها و افزایش سرعت خودروها مشکلات جدیدی به وجود آمد. در سرعت‌های بالا، نیروی رو به بالا به خودروها وارد شد و چسبندگی آن‌ها به سطح کاهش یافت، بزرگ‌ترین مشکل این امر، ناپایداری خودروها و ایجاد تصادفات بسیار بود که رانندگی را بیش‌ازپیش خطرناک می‌کرد. در ضمن به دلیل عدم چسبندگی کافی، قدرت هم به صورت کامل به زمین منتقل نمی‌شد.

اولین شخصی که راه‌حلی برای این مشکل پیشنهاد کرد، راننده و مهندس جوان سوئیسی به نام “مایکل می‌” بود. او دریافت که با استفاده از یک Airfoil(شبیه به بال هواپیما) می‌توان نیروی رو به پایین ایجاد کرد و با این کار چسبندگی اتومبیل به سطح را افزایش داد.

او با قرار دادن بالی بزرگ بالای پورشه Type 550 خود، این ایده را عملی کرد. کار او موفقیت‌آمیز بود و توانست در مسابقه ۱۰۰۰ کیلومتری نوربرگ‌رینگ در سال ۱۹۵۶ بقیه اتومبیل‌ها را شکست دهد. در سال ۱۹۶۳، جیم هال با خودروی Chaparral 2E در مسابقه لمانز برنده شد که مجهز به یک بال عقب قابل تنظیم بود. این بال عقب در مسیرهای مستقیم به صورت افقی قرار می‌گرفت تا نیروی درگ را کم کند و در پیچ‌ها زاویه‌دار می‌شد تا نیروی رو به پایین ایجاد کرده و چسبندگی و پایداری اتومبیل را افزایش دهد. درست شبیه بالچه‌هایی که در پاگانی هوایرا استفاده می‌شود. این ایده به سرعت پیشرفت کرد و سازندگان، سعی کردند تمام قسمت‌های بدنه خودرو را با توجه به این اصول بسازند.

برای کسب اطلاعات بیشتر، می‌توانید ویدئوی زیر را مشاهده کنید