Автомобиль с открытыми колёсами (формула, монопост, одноместный автомобиль) — тип автомобиля, представляющий собой автомобиль с колёсами, вынесенными из кузова. Этот тип, появившийся в начале XX века — ныне один из самых распространённых типов гоночных автомобилей.
Названия Этот тип имеет два названия, указывающие на его конструктивные особенности — в Америке укоренилось название — автомобиль с открытыми колёсами, тогда как в Европе указывают на его одноместную конструкцию — монопост (, , , ). В Америке же технические требования к таким автомобилям начали сводить в специальные документы, получившие название «формул». Постепенно слово «формула» стало фигурировать в названии большинства чемпионатов и серий монопостов, начиная с Формул-1, −2, и −3, что дало повод называть такие гонки «гонками формульного типа». В России слово «формула» всё чаще стало применяться и к самим машинам, участвующим в таких гонках. Также и в Западной Европе всё шире распространяется термин «formula car». Большинство картов также относятся к автомобилям с открытыми колёсами.
История
Первые автомобили данного типа появились в США в начале XX века, и поначалу были не одноместными, вместе с водителем в гонке участвовал механик, так как дистанции были большими, а надёжность машин невысока. Постепенно гонки переместились на закрытые трассы относительно небольшой длины, а надёжность машин выросла, после чего механик переместился на обочину, а позже в специальную зону технического обслуживания. Результаты гонок на «больших автомобилях» начали идти в специальный зачёт, который проводила Американская автомобильная ассоциация. Так родился первый чемпионат. Технические требования стали сводиться в специальные документы, получившие название «формул».
В Европе гонки на автомобилях с открытыми колёсами стали проводиться в 1920-х годах. Новые машины получили название монопостов и они начали участвовать в престижных гонках Гран-При. С 1930 года результаты некоторых Гран-При стали заноситься AIACR в отдельный зачёт, создав личный чемпионат Европы, а в 1946 году была создана FIA, которая определила основные классы монопостов — Формула-1, −2 и −3. В 1950 году был организован чемпионат мира, проводившийся ежегодно на машинах Ф1 (за редким исключением 1952—53 годов, когда он проводился на машинах Ф2).
Устройство
Ходовая часть
Согласно названию, колёса автомобилей должны находиться вне корпуса. , выставляла на некоторые гонки, преимущественно скоростные, машины с колёсами, закрытыми лёгким кузовом. В дальнейшем регламент Ф1 был пересмотрен с целью исключения подобных случаев.
Также вне корпуса находятся и некоторые элементы подвески. Сейчас это двойной поперечный рычаг с толкаемой либо тянущей штангой (push-rod и pull-rod, соответственно).
Число колёс, как правило, не превышает 4, хотя были случаи применения и 6-колёсных автомобилей — впервые такой появился в 1948 г. в , в 1976 г. команда Ф1 Тиррелл также представила автомобиль с шестью колёсами, однако попытка команды Ф1 Уильямс выставить в 1982 г. шестиколёсный болид натолкнулась на запрет. С тех пор все автомобили с открытыми колёсами имеют их не больше четырёх.
Двигатель
Двигатель долгое время находился впереди гонщика, приводя в движение заднюю ось посредством карданного вала, так или иначе проходившего через кабину. Иное расположение двигателя — позади кабины, но в пределах колёсной базы — было предложено в 1920-х гг. компанией Benz & Cie. с оглядкой на легковую модель , и реализовано в металле на модели 1923 годаПра-пра-формула: спорткар, вдохновленный авиацией, летел впереди времени. Motor.ru. Впоследствии эта схема получила развитие на гоночных автомобилях Ауто Унион, где на ведущих ролях оказались руководители и конструкторы, работавшие ранее в компании Benz & Cie.H. C. Graf von Seherr-Thoss: Die deutsche Automobilindustrie. Eine Dokumentation von 1886 bis 1979. Deutsche Verlags-Anstalt, 1979, S. 82Werner Oswald: Mercedes-Benz. Personenwagen 1885 bis 1945. Motorbuch Verlag, 2007, S. 58–59Michael Behrndt, Jörg Thomas Födisch, Matthias Behrndt: Deutsche Rennfahrer. Heel Verlag, Königswinter 2008, ISBN 978-3-86852-042-2, S. 20. Но Вторая мировая война приостановила её эволюцию, и после войны она некоторое время не использовалась. Вновь эта схема была применена уже в 1950-х гг. Эшли Купером. В 1961 г. автомобили среднемоторной схемы дебютировали в США, в 1965 г. выиграли гонку Инди-500, и с тех пор заднемоторная схема стала стандартом для автомобилей с открытыми колёсами, за исключением , используемых для гонок по грунтовым овалам.
Сами двигатели — почти исключительно четырёхтактные поршневые, работающие по циклу Отто, атмосферные или с наддувом. В первые годы существования гонок двигатели были сплошь атмосферные, достигая порой огромных величин рабочего объёма, до 20-30 литров. После Первой Мировой войны, когда были опробованы механические компрессоры, с приводом от самого двигателя, то, переместившись на гоночные трассы, они вызвали существенное падение рабочих объёмов (а следовательно и массы) до 1,5-2 литров в Европе, и 3 литров в Северной Америке. Во время Второй мировой войны моторостроители освоили производство турбокомпрессоров, с приводом от турбины отработавших газов, но свою дорогу на гоночные трассы они нашли не сразу. Турбокомпрессоры имели турболаг — задержку в раскрутке при изменении режимов работы двигателя, что затрудняло управление ими, уменьшало их надежность. Оборотистые безнаддувные моторы вновь получили широчайшее распространение. Однако моторостроители справились с турболагом, сначала в США, где гонки по овалам не предъявляли больших требований по приёмистости двигателя, а затем и в Европе — с 1977 года команда «Рено» начала активное использование турбокомпрессоров, вначале ненадежных. Но затем, в благодаря в том числе турбокомпрессорным двигателям, был завоеван титул сначала в командном (в 1982-м, командой «Феррари»), а затем и личном зачете (в 1983-м, командой «Брэбем» с двигателями БМВ), положив начало так называемой «турбоэре» в Формуле-1, продлившейся до конца десятилетия, когда турбонаддув был запрещен в рамках борьбы за повышение безопасности и снижение стоимости участия для команд. В Северной Америке CART использовал турбодвигатели до самого конца своего существования в 2008 г. В начале XXI столетия прогресс в технологиях и рост цен на нефть привели к росту спроса на двигатели с турбокомпрессором, более дешевые и экономичные по сравнению с прежними моделями.
В американском чемпионате проводили опыты с дизельными двигателями (долгие гонки по овалам благоприятствуют дизелям с их узким рабочим диапазоном и меньшим удельным расходом топлива), Фред Агабашьян даже выиграл поул на Инди-500 1952 года. Также в Америке и в Европе были попытки применения газовых турбин. При этом если на американских овалах турбина продемонстрировала все свои положительные качества — турбинный автомобиль едва не выиграл Инди-500 1967 года, после чего турбина попала под фактический запрет — то на европейских трассах, с частыми разгонами и торможениями, турболаг оказался неистребимым недостатком.
Топливо долгое время (В Формуле-1 до 1958 годаГран-При Аргентины 1958 г. Исторический проект F1News.ru ) никак не регламентировалось, что привело к использованию сложных алкогольных смесей, порой настолько токсичных, что требовался полный слив по окончании квалификации, иначе на следующий день двигатель оказывался безнадежно испорчен. Однако такие смеси повсеместно оказались под запретом, уступив место «коммерческому» бензину (предполагалось, что бензин с октановым числом 100 можно найти в коммерческой продаже), к которому разрешались некоторое количество присадок (до 1 %). В США бензин в 1960-х гг. уступил место менее взрывоопасному метанолу, а в 2000-х гг его сменил, в свою очередь, этанол, в рамках борьбы за экологичность и безопасность (метанол горит практически бесцветным пламенем, а потому тушение возгорания может быть начато с задержкой).
Аэродинамика
В начале XX столетия вопросы аэродинамики не сильно волновали конструкторов массовых автомобилей, которые ещё не развивали высоких скоростей. Гоночные конструкции тех лет уже достигали скоростей, на которых влияние характера обтекания воздухом кузова автомобиля становилось заметно, однако представление об аэродинамике их конструкторы имели как правило довольно смутное: например, кузову придавали сигарообразные обводы, а затем устанавливали его на совершенно открытую угловатую раму, которая сводила на нет весь достигаемый за счёт обтекаемости такого кузова эффект.
Первая Мировая война дала толчок исследованиям в области аэродинамики, и с возобновлением в 1920-х годах гонок Гран-При некоторые инженеры (как, например, Фердинанд Порше) решили применить каплевидные обтекаемые кузова с закрытыми колёсами. Между тем, основная масса гоночных автомобилей этого периода всё ещё имела открытые колёса. Их создатели исходили из ложной предпосылки — полагали, что снижение сопротивления воздуха за счёт уменьшения лобовой площади (миделя) автомобиля с открытыми колёсами может быть более весомым, чем преимущество имеющего ощутимо большую площадь миделя полностью закрывающего шасси кузова в обтекаемости. Дальнейшие исследования показали обратную картину — уже к началу пятидесятых годов стало понятно, что аэродинамическое совершенство формы кузова намного важнее величины его лобовой площади. После этого автомобили с открытыми колёсами окончательно выделяются в отдельный класс, а полностью закрывающими шасси кузовами снабжаются в основном рекордно-гоночные машины, рассчитанные не на соревнование друг с другом, а на достижение наилучших скоростных характеристик в абсолютном измерении.
С середины 1950-х — 1960-х годов требования аэродинамики все больше учитываются при создании гоночных автомобилей, конструкторы стараются добиваться не только уменьшения лобового сопротивления, как раньше, но и увеличения прижимной силы — лёгкие машины не могли реализовать всю мощь своих моторов из-за пробуксовки в поворотах. Монопосты начинают обрастать теми или иными аэродинамическими приспособлениями. Наиболее часто встречаются переднее и заднее антикрылья, прижимающие к дороге соответственно переднюю и заднюю часть автомобиля. Поначалу, в 1968—1969 гг., крылья крепились непосредственно к подвеске на высоких стойках, и снабжались средствами механизации, однако ненадежность таких конструкций (вибрации передавались прямо на крыло) привела к нескольким тяжелым авариям, после чего антикрылья были ограничены в размерах, конструкции и способе крепления к кузову.