Výzkum a vývoj
Diskuse o zvýšené ochraně hlavy pilota nabraly na intenzitě zejména v průběhu posledních dvou sezón, ovšem pravdou je, že v zákulisí se na ní už dávno předtím naplno pracovalo.
Stalo se tak v roce 2011 na jednom ze setkání k tvorbě technických pravidel, kde přítomní identifikovali jako nejvíce naléhavý a přetrvávající problém právě nekrytou hlavu pilota.
FIA během svého výzkumu analyzovala a zrekonstruovala 21 různých nehod, ke kterým v minulosti došlo nejen ve F1 a vyzkoušeli jejich různé variace bez ochrany kokpitu i s ní. Rozdělené byly na tři skupiny:
- kontakt mezi dvěma vozy,
- kontakt vozu s okolním prostředím,
- kontakt vozu s letícím objektem.
Právě na poslední zmíněnou kategorii nehod byl kladen obzvláště velký důraz. Není to náhodou, protože katalyzátorem této iniciativy byly nehody Henryho Surteese v Brands Hatch a Felipeho Massy na Hungaroringu, ke kterým došlo v odstupu šesti dní v červenci 2009.
Od té doby se toho pro bezpečnost pilotů udělalo hodně. Zavedla se ochrana přilby před malými letícími objekty zylonovým pásem ve vrchní části průzoru, před dvěma lety se zvýšily a zesílily okraje kokpitu a nyní bylo na řadě zavedení ochrany hlavy při čelním nárazu do velkých objektů.
Prvotním cílem při návrhu tak bylo ochránit pilota při nárazu do objektu vážícího 20 kg v rychlosti 225 km/h. Praktickým zkouškám s letícím kolem bylo podrobeno více než deset různých konstrukcí, ze kterých se do užšího výběru dostala trojice designů: svatozář, aeroscreen a štít. Ty byly prověřeny i během četných pátečních tréninků a testů na trati.
Výsledek je dnes snad každému známý. V době, kdy muselo být přijato rozhodnutí, bylo dostatečně připravené pouze řešení svatozáře. To bude od roku 2018 součástí monopostů formule 1 i formule 2 a formule E. Otevřené monoposty ostatních šampionátů pořádaných pod hlavičkou FIA dostanou ochranu kokpitu spolu se zavedením nových generací monopostů příslušných šampionátů.
Vývoj ochrany kokpitu tím však rozhodně nekončí, právě naopak. Kromě toho, že se v současné době pracuje na čtvrté iteraci svatozáře, která by měla poskytovat lepší výhled z kokpitu, pracuje se i na vylepšení řešení aeroscreenu, který je považován za nejkomplexnější ochranu.
Konstrukce
Svatozář (z angl. halo), pravidly označovaná také jako sekundární ochranný oblouk, respektive dodatečná čelní ochrana, vychází z návrhu z dílny Mercedesu.
Jde o svařovanou titanovou konstrukci (podle standardu musí být použita slitina titanu jakosti Grade 5, tedy Ti-6Al-4V) sestávající z několika částí, které můžeme vidět na obrázku níže.
(1) Hlavní obruč je tvořena ze dvou svařenců ve tvaru písmene „J“, které jsou svařeny ve středové rovině a zepředu je k nim přivařena (3) deltovitá část středového nosníku. K oběma koncům hlavní obruče jsou přivařeny (5) zadní úchyty.
V průběhu vývoje prošla konstrukce četnými úpravami, přičemž v závěru minulé sezóny byla testována již její třetí verze. Ta se vyznačovala předsunutím (4) předního úchytu o 20 mm, přítomností čelní kamery na spodní straně (3) deltovité části a doplňkem ve formě nestrukturálního obalu ve vrchní části, kterou některé týmy doplnily o sérii křidélek, či generátorů víření.
Rozměry
Svatozář je dlouhá 1015 mm, široká 630 mm a její nejvrchnější bod (bez aerodynamického nestrukturálního krytu) sahá až do výšky 830 mm, což bude mít poměrně nepříznivý účinek na vertikální polohu těžiště.
Centrální nosník s průměrem 20 mm zabere jen nepatrnou část zorného pole pilota, kterou už i bez něj zabíraly různé antény a Pitotovy trubice. V nejbližší době je navíc plánováno zúžení nosníku na 16 mm.
Půjde přestřihnout nůžkami
Obruč nad kokpitem má průměr 50 mm a tloušťka materiálu je 4 mm – dost na to, aby svatozář obstála při zátěži, na kterou byla navržena a zároveň tak málo, jak je to jen možné, aby konstrukce nezvyšovala hmotnost nad nutnou míru a také aby ji v případě potřeby bylo možné do pěti sekund přestřihnout vyprošťovacími nůžkami.
Už zmíněný přední kotvící bod se nachází 640 mm nad spodní částí podlahy a 975 mm před zadní stranou otvoru kokpitu. V tomto místě je centrální nosník zajištěn jedním kolíkem k montážnímu bodu v šasi.
Obruč je na obou koncích třemi šrouby připevněna k montážním bodům šasi umístěným 675 mm nad úrovní podlahy. Pravidla pro účel integrace těchto montážních bodů do okolní karosérie dala týmům k dispozici navíc tři centimetry po stranách kokpitu, které dříve podléhaly přísnějším předpisům, ale o tom si více povíme později.
Hmotnost
Hmotnost svatozáře musí být v rozmezí 6,85 až 7,05 kilogramu a k tomu ještě musíme připočítat nárůst hmotnosti šasi v důsledku zesílení montážních bodů a jejich okolí.
Luca Pignacca, hlavní designér Dallara odpovědný za monopost F2/18, který rovněž nese identickou ochranu kokpitu jako nové monoposty F1, se nechal slyšet, že svatozář a všechny úpravy šasi nutné na její integraci navýšily hmotnost o 10 až 12 kg. Díky pokročilejším technologiím a materiálům v F1 bude výsledné navýšení hmotnosti pravděpodobně o něco nižší. Rozhodně to však bude více než 5 kg, což je navýšení minimální hmotnosti vozů. Znamená to tedy znevýhodnění těžších pilotů, protože jejich týmy budou mít při přípravě auta ještě méně prostoru pro manipulaci se závažími.
Odolnost
Podle FIA bude svatozář nejsilnější částí auta, která snese 15 násobek jeho hmotnosti. Bude podrobena dvěma statickým zátěžovým testům, během kterých bude maximální zatížení působit 5 sekund a přitom nesmí dojít k selhání žádné části monokoku nebo jakéhokoliv spoje mezi strukturou a monokokem.
Zdroj: FIA
Při prvním testu bude v bodě na vrcholu středového nosníku působit zátěž o ekvivalentní síle 116 kN působící vertikálně směrem dolů a síle 46 kN působící podélně směrem vzad.
Během testu musí být k monokoku připevněna svatozář a monokok musí ležet na rovině, ke které je připevněn skrz montážní body motoru.
Zdroj: FIA
V rámci druhého testu působí na přední část obruče zátěž o ekvivalentní síle 93 kN působící laterálně směrem k středové rovině vozidla a síle 83 kN působící podélně směrem vzad. Během testu může být monokok podepřený jakýmkoliv způsobem za předpokladu, že tento nezvýší sílu testovaných montážních bodů.
Navíc každý tým musí dodat detailní výpočty, které jasně prokáží, že montážní body snesou kromě zmíněných zátěžových testů i zátěž o síle 75 kN působící vertikálně směrem nahoru na každý ze zadních montážních bodů a také zátěž o ekvivalentní síle 88 kN působící vertikálně směrem nahoru a podélně směrem vzad na osu předního montážního bodu.
Aerodynamika
Svatozář působí jako vírové těleso v oblasti, kde by jinak čistý vzduch s vysokou energií nerušeně pokračoval do airboxu, respektive vstupních otvorů chlazení. Nová pravidla proto aerodynamikům umožnila vypořádat se s tímto novým problémem prostřednictvím nestrukturálního karbonového krytu obalujícího svatozář. Žádná část tohoto obalu však nesmí být od titanové konstrukce vzdálena více než 20 mm.
V závěru minulé sezóny jsme mohli vidět několik týmů testovat vlastní prvky karosérie obalující svatozář. S nejkomplexnějším řešením přišel McLaren (na obrázcích níže) s trojicí lopatek ve tvaru bumerangu naskládaných na sebe.
Zdá se, že jejich cílem má být odklonění zvířeného vzduchu za svatozáří do míst, kde tento špinavý vzduch nebude způsobovat problémy airboxu a ostatním částem auta. Takovým ideálním místem bude podle všeho přilba pilota.
Stejným materiálem lze také zakrýt přední úchyt svatozáře, který, jak vidět na mnoha předchozích obrázcích, působí bez krytu trochu neohrabaně.
Co se týče zadních úchytů, na jejich elegantnější integraci do šasi a karoserie bočnic byla uvolněna pravidla v této oblasti.
O 3 centimetry se rozšířil prostor po stranách kokpitu, v němž budou moci týmy realizovat svou kreativitu, aniž by jim ruce svazovala přísná omezení tvarování platné pro celý zbytek karoserie bočnic a krytu motoru.
V souvislosti se zavedením svatozáře byla také upravena velikost, tvar i pozice zpětných zrcátek a pozice TV kamery připevněné na bok ochranného oblouku. Více o těchto změnách si povíme v příštím článku.
Dodavatelé
Na základě standardizovaného designu, který FIA prostřednictvím Globálního institutu pro bezpečnost v motoristickém sportu (GIMSS) a ve spolupráci s týmy vypracovala, jsou svatozáře vyráběny vybranými dílnami specializovanými na kovoobrábění. V prosinci minulého roku získaly homologaci dvě takové firmy. První je německý CP autosport a druhou italský V System. Homologace byla výrobcům udělena na následujících 5 let.
Na závěr této kapitoly už jen dodáme, že cena jedné svatozáře je 12 700 eur a týmy na následující sezónu potřebují nakoupit asi 5 kusů.
Technické změny ve F1 v roce 2018 (seriál článků)
- Svatozář
- Karosářské změny
- Omezení spalování oleje
- Pohonné jednotky
- Lepší zajištění kol
Foto: Getty Images / Peter Fox