Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение города Москвы "Школа № 000"
Предмет Технология
СПОРТИВНЫЕ ШОССЕЙНЫЕ Р/К МОДЕЛИ:
- АЭРОДИНАМИКА Formula 1.
- ДИНАМИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА НА БАЗЕ ШАССИ EPFazerVE 4 WD.
Исполнитель: учащийся 10”А “класса
ГБОУ «Школы № 000» Губанов Александр
Руководитель: учитель технологии
При участии: Технопарк“Москва”
г. Москва
2017-18
Содержание
Введение
Теоретическое обоснование проекта
- Анализ первоначальных идей и требования к проекту Проблематика Схемы изделий и обоснование с точки зрения физических законов Материалы
Практическая часть проекта
- Технологическая карта изделия Итоги Экономическое обоснование Оценка экспертов Самооценка
Заключение
Список источников информации
Введение.
Цель
Я с 14 лет увлекаюсь радиоуправляемыми спортивными моделями автомобилей, в последствии я начал увлекаться и самим автоспортом, в частности Формулой 1. Занимаясь моделями и будучи хорошим пилотом, для себя нашел ряд проблем в пилотаже. Основной целью проекта является улучшение скоростных характеристик и маневренности болидов. Я использовал два шасси в качестве основы, за время создания, они изменились и приобрели полезные для меня, как для пилота качества. Аналогов не существует.
Далее в описании:
Aston Martin GTE Active – будет обозначаться “Project GT3”
McLaren MP4/7 – будет обозначаться “Project One”
Анализ первоначальных идей и требований к проекту
Project GT3
Kyosho EP Fazer VE – полноприводное шасси (4WD), обладает высокими скоростными характеристиками, легкое в эксплуатации и идеально сбалансированно. Но есть одна проблема в пилотаже – это маневренность. Так как шасси 4WD, то появляется недостаток поворачиваемой способности на поворотах, эта проблема преследует все полноприводные шасси, и она является основной. Моя идея заключалась в смещении центра тяжести шасси путем наклона его в сторону поворота. Мои идеи основывались на Мотоспорте, когда мотоциклисты наклоняются в сторону поворота, и на опыте Формулы один: команда Williams в 1992 году создала болид FW14В с активной подвеской, которая базировалась на таком же методе. В результате эта команда выиграла кубок конструкторов. В дальнейшем такие технологии были запрещены.
Подвеска FW14B.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО В ПОЛЬЗУ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНСТРУКЦИИ: ПЕРЕЧЕНЬ ПОБЕДНЫХ ГОНОК КОМАНДЫ Williams 1992 (10 ИЗ 16 ГОНОК)
№ | Гран-при | Автодром | Дата | Победитель | Команда | Поул-позиция | Лучший круг |
1 | Гран-при ЮАР | Кьялами | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Мэнселл | |
2 | Гран-при Мексики | Мехико, Автодром имени братьев Родригес | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Бергер | |
3 | Гран-при Мексики | Мехико, Автодром имени братьев Родригес | 22 марта | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Бергер |
4 | Гран-при Испании | Барселона, Каталунья-Монтмело | 3 мая | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Мэнселл |
5 | Гран-при Сан-Марино | Автодром Энцо и Дино Феррари, Имола | 17 мая | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Патрезе |
8 | Гран-при Франции | Марсель, Маньи-Кур | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Мэнселл | |
9 | Гран-при Великобритании | Сильверстоун | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Мэнселл | |
10 | Гран-при Германии | Хокенхаймринг | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Патрезе | |
14 | Гран-при Португалии | Эшторил | Мэнселл | Williams | Мэнселл | Сенна | |
15 | Гран-при Японии | Судзука | Патрезе | Williams | Мэнселл | Мэнселл |
Таблица, приведенная выше, наглядно показывает, что технология, использованная командой Williamsв 1992 году, оказалось очень эффективной. В конце сезона Найджел Мэнселл стал чемпионом мира. Если говорить о его мастерстве, он больше не стал чемпионом, только в этом сезоне, и в большинстве своем благодаря новой подвеске частной команды.
Project One
Himoto Hi:1121 – заднеприводное шасси (2WD), обладает невысокими скоростными характеристиками, сложное в эксплуатации и имело ряд проблем в своем строении. Я решил укрепить шасси и установить реально действующие аэродинамические элементы: диффузор, передний обтекатель. Большой проблемой являлось техническое состояние болида: стертые шестерни и резина, изношенная базовая пластина. Это шасси раритетное и запчастей для него найти очень сложно, поэтому мне пришлось делать все детали и запчасти самому.
Проблематика
Project GT3
Основной задачей стояла придумать механизм наклона шасси в сторону повороту. Чтобы не потратить время и ресурсы зря, я отправился в Химки, на трассу, для проведения тестов, которые должны были подтвердить или опровергнуть мою теорию. Я проехал быстрые круги и потом зафиксировал заранее изготовленными заклепками амортизаторы на одной из сторон. В итоге болид уводило в ту сторону, где была зафиксирована подвеска. На трассе левых дуг и поворотов было больше, 3 к 2, и засекаемое время, показывает, что круги стали быстрее и при фиксации левой стороны их значение минимальное. Следовательно, моя идея о смещении центра тяжести был верна, и этот проект можно было продолжать развивать дальше. Помимо этого болид стало легче “ловить”, что так же подтверждали пилоты Вильямс Рикардо Патрезе и Найджел Мэнселл в 1992 году. Результаты тестов представлены дальше.
Тесты, проведенные мною 4 ноября 2017. Химки, для PorscheRSRGT3
№ круга | № сессии | Состояние машины | Состояние круга | Время круга (сек.) |
1 | Session 1 | (w) Обычное | Прогревочный | 21.4 |
2 | Session 1 | (w) Обычное | Прогревочный | 20.2 |
3 | Session 1 | (w) Обычное | Быстрый с ошибкой | 18.8 |
4 | Session 1 | (w) Обычное | Быстрый | 18.4 |
5 | Session 1 | (w) Обычное | Быстрый | 17.3 |
1 | Session 2 | (w) Тестовое (право) | Быстрый с ошибкой | 17.2 |
2 | Session 2 | (w) Тестовое (лево) | Быстрый | 16.1 |
3 | Session 2 | (w) Тестовое (право) | Быстрый с ошибкой | 17.4 |
4 | Session 2 | (w) Тестовое (лево) | Быстрый | 15.9 |
5 | Session 2 | (w) Тестовое (право) | Быстрый | 16.3 |
Рекорд трассы: 15,9 сек. (на составе :S–Soft, мягкий состав, слики, желтая маркировка на колесных дисках, сухой асфальт, состояние болида: обычное)
Пояснение к таблице:
Сессия – серия кругов, пройденных единовременно. Одна сессия = 5 кругов
(w) – резина, использованная на круге. W – Wet, дождевая, грубый протектор, жесткий состав, голубая маркировка на колесном диске. Предназначена для отвода воды попадающей под колесо. Для данного шасси, 4WD, эта резина эквивалентна составу Medium, средней твердости, как по жесткости, так и по среднему времени круга
Графа состояние круга – объясняет откуда, предположительно, основываясь на наблюдениях, данное время получилось
Погода: температура +6 градусов по приложению AccuWeather, сильный порывистый ветер, облачно, морось, асфальт мокрый, но без водных ручьев и луж.
Project One
Основной задачей стояла заменить все неисправные детали и спроектировать передний обтекатель и диффузоры. Здесь я опять же опирался на опыт Формулы 1. Основной проблемой является невозможность проверить эффективность замысла в теории или с минимальным количеством затрат. Так что все приходится дорабатывать в процессе изготовления, проверка возможна только на практике, то есть без предварительных тестов и расчетов. Этот проект приходится делать “в слепую”.
Классическое направление воздушных потоков проходящих через болид на трассе
Схемы изделий и обоснование с точки зрения физических законов
Project GT3
Когда происходит смещение центра тяжести, вектор этой силы смещается в сторону наклона, что увеличивает силу сопротивления резины в поперечном направлении, как следствие увеличивает центростремительное ускорение и повышается максимальную скорость в состоянии срыва.
Механизм наклона очень прост, на крышках дифференциалов закреплена планка, всего их две. На каждой планке закреплена серво машинка (привод). К ведущей шестерне приводов прикреплен рычаг с тросом на обоих его концах. Конец троса прикреплен к главной планке крепления колес. Машинки подключены между собой и через переходник подключены к сервоприводу передних колес. В итоге, при повороте колес в действие приходят сразу три серво машинки: первая поворачивает колеса, вторая и третья за тросы поднимают колеса. Таким образом, шасси наклоняется, и происходит смещение центра тяжести в сторону поворота, причем дозированно, в зависимости от угла выворота колес. Трос в этой системе необходим потому, что наклонный механизм всегда находится под электрическим, в следствии и под механическим напряжением, и если на него будет даваться усилие, то шестерни редукторов на машинках могут сломаться, чтобы такого не было, я установил тросы. При вынужденной реакции подвески, на неровности асфальта или на перепад высот тросы не будут передавать усилие на серво машины. То есть они передают усилие только в одном направлении. Схема наклонного механизма представлена ниже на примере передней подвески, аналогичная система будет и на задней подвеске.
Project One
Принцип прохода воздуха через любой болид с открытыми колесами.
Черные стрелки – поток воздуха набегающего потока
Серые стрелки – потоки воздуха, непроизвольно обтекающие корпус
Зеленые стрелки – потоки воздуха, целенаправленно отведенные в нужном направлении
Желтые стрелки – побочные потоки воздуха, возникшие под воздействием других потоков. Их наличие предусмотрено
ДИФФУЗОР
Точнее говорить система диффузоров. Она состоит из двух боковых и одного заднего, расположенного на днище модели. Воздух попадает на передний обтекатель, он направляет часть воздушного потока в два воздухозаборника диффузоров. По постепенно сужающемуся каналу, воздух выходит через сопла на корме машины и проходит через задний обтекатель. Сопла направлены под углом вверх и выходящий воздух создает реактивную тягу, прижимающую болид.
Третий диффузор расположен под днищем в задней части. Само днище, его расположение относительно земли, т. е. расширяющаяся к задней части форма является диффузором, только на его конце нужно сделать сужающиеся каналы и направляющие гребни для получения прижимной силы. Он является основным, именно он создает примерно 2/3 всей прижимающей силы. Это все потому, что воздух под днищем намного быстрее, чем в любых других частях болида, из-за низкого клиренса. А чем быстрее воздух, тем меньше давление. Создается разность давлений над и под болидом, которая и прижимает его к земле. По закону Бернулли.
ПЕРЕДНИЙ ОБТЕКАТЕЛЬ
Основная задача этой детали – направляющая. Он направляет встречный воздух в нужные места, в нужные щели, в нужных направлениях. 
Пример на основе болида MCL-32 (McLaren - Honda 2017)
На картинке показаны примерные направления воздуха, направляемые обтекателем. Воздух должен пройти как можно ближе к открытым передним колесам, но не контактировать с ними, чтобы не образовывались турбулентные потоки, негативно влияющие на болид. Они образуются потому, что колеса при езде вращаются и закручивают воздух касающийся их. Так же воздух должен попасть под болид в узкую щель между асфальтом и деталью и в отверстия воздухозаборников диффузоров, для их эффективной работы. Это основные задачи переднего обтекателя.
Всего было сделано 4 вариаций обтекателя для проведения исследований в аэротрубе. Номер деталей подписан.
- Обтекатель 4/4 – обтекатель без отводных канальцев. Сделан на основе McLaren MP4/4, отсюда и название. Используется с корпусом “McLaren MP4/7 Ayrton Senna 12”.
- Обтекатель 4/5B – обтекатель с небольшими отводными щитками, для отвода воздуха над колесами, но параллельно большая часть воздуха попадает на диффузор и под болид. Сделан на основе легендарного McLaren MP4/5B. Единственно отличие от оригинала – это то что он вытянут в стороны, чтобы поток воздуха минимально попадал на открытые колеса, в оригинале это не продемонстрированно. Используется с корпусом “McLaren MP4/7 Ayrton Senna 12”.
- Обтекатель 4/7 – основной, обтекатель с большими отводными щитками, для максимального отвода воздуха над колесами. Сделан на основе McLaren MP4/7. Отличие от оригинала - он вытянут в стороны, чтобы поток воздуха минимально попадал на открытые колеса. Используется с корпусом “McLaren MP4/7 Ayrton Senna 12”.
- Обтекатель WO6 2015 – обтекатель повторяющий обтекатель болида Mercedes AMG Petronas WO6. Он имеет три “этажа”, которые должны сбалансированно отводить воздух от колес и направлять его по корпусу и под днище болида. Используется с корпусами “Mercedes WO6 Nico Rosberg 6” или “Force India VJM08 Sergeo Peres 11”.
На торцевых пластинах обтекателей 4/7 и WO6 2015 находятся изгибы для отвода воздуха от торца колес.
ЗАПЧАСТИ И ДЕТАЛИ
- Колесные диски точились из дюралюминия. Резина для них, состава Soft, была куплена. На их торце был обведен производитель шин, поставлена маркировка состава, обезжирена поверхность. Далее они были одеты в изготовленные чехлы. Чертежи представлены ниже.
- Главная пластина была длиннее оригинальной, опять же из аэродинамических соображений.
- База получила стенки, от потоков воздуха затекающих под корпус.
Материалы
Project GT3
Для создания подвески в основном использовался металл. Планки для крепления приводов изготовлены из стали, трос взят с велосипедов.
Project One
Колесные диски точились из дюралюминия. Базовая пластина из стали. Развертки переднегообтекателя, базы, заднего диффузора изготовлены из тонколистового оцинкованного металла.
Технологическая карта изделия
Project GT3
Изготовление планок:
- делается развертка, судя по эскизу.
- на сверлильном станке делаются отверстия для крепления к крышке.
дифференциал и отверстия для крепления серво машинок.
- на тисках делаются изгибы в нужных местах.
- на шлифовальной машине убираются заусенцы и неровности.
Установка всей системы:
- к установленным приводам крепились равноплечие планки, идущие в
комплекте.
- к крайним отверстиям крепится трос и зажимается металлической
трубкой.
- к главной планке крепится трос и зажимается аналогично,
производится калибровка: регулируется длинна троса, чтобы машина
опускалась до крайнего положения. (передняя подвеска до 5мм, задняя
до 7мм, для создания эффекта диффузора описанного выше)
Project One
Изготовление базовой пластины:
- из пластины дюралюминия толщиной 1,5 мм вырезается прямоугольник размером 75*320 мм.
- напильниками и надфилями вытачивается пластина нужной формы
судя по чертежу.
- размечаем отверстия для крепежных винтов.
- на сверлильном станке делаются отверстия диаметром 5 мм.
- зенкуем отверстия для шляпок крепежных винтов.
- крепежными винтами крепим пластину к днищу болида F1.
Изготовление базы:
- из листа дюралюминия толщиной 0,4 мм вырезается прямоугольник
размером 220*170 мм.
- на нем размечается развертка нашего будущего изделия.
- ножницами по металлу вырезаем эту развертку.
- на тисках складываем нашу развертку по швам, заранее отмеченным.
- лобовые части лудим чтобы получился изгиб.
- вырезаем отверстия для диффузоров.
- на шлифовальной машине убираем заусенцы и лишний металл.
- на сверлильном станке делаем отверстия для крепления диаметром
3 мм.
- красим изделие.
Изготовление колесных дисков:
- изготавливаем по чертежу 2 колеса каждого вида: задний, передний
на токарном станке.
- в передние диски вставляем подшипники.
- на задних колесах выбиваем шестигранник шляпкой болта на 14 мм и
обрабатываем надфилями получившийся шестигранник.
- одеваем на диски резину и крепим клеем.
- на резине делаем надпись производителя белой краской подаваемой
шприцем и делаем маркировку обозначающую твердость резины.
- обезжириваем поверхность резины уайт-спиритом и одеваем чехлы на
них.
Изготовление диффузоров:
- из тубы для таблеток вырезаем два цилиндра – основание диффузора.
- к корпусу модели крепятся два воздуха заборника, они вырезаются из
торцевых пластин, идущих изначально в комплекте.
- нагреваем оставшиеся части тубы и придаем им плоскогубцами
зауженную форму и крепим к основанию диффузора.
- диффузор устанавливается по бокам базы и зауженные части
поднимаем под 45 градусов вверх, они и будут выступать соплами.
- к днищу крепится изготовленные канальца и гребни, выполненные
из развертки.
Изготовление переднего обтекателя:
- из листа дюралюминия толщиной 0,4 мм вырезается развертка
будущего изделия, заранее размеченного по чертежу.
- на тисках делаются изгибы в нужных местах.
- если необходимо, проводится лужение (вариации 4/5В,4/7,WO6 2015)
- на сверлильном станке делаются отверстия для крепления диаметром
3 мм в заранее отмеченных местах, опираясь на чертеж.
- покраска изделия, нанесение спонсорства.
Экономическое обоснование
ProjectGT3 (на момент декабря 2017 года)
Шасси– 10 000 руб.
Механизм (2шт.) – 1200руб.
Общая стоимость изделия – 12 400 руб.
ProjectOne (на момент декабря 2017 года)
Шасси без замененных элементов – 1800 руб.
Колесные диски (4 шт.) - 375 руб.
Базовая пластина – 300 руб.
База – 200 руб.
РезинаBridgestone (Soft) (4 шт.) – 250руб.
АппаратураFutaba 3PRKA – 4580 руб.
Корпус + покраска – 1000 руб.
Диффузор (3 шт.) – 500 руб.
Обтекатель – 300 руб.
Общая стоимость изделия – 11 480 руб. (в данной комплектации, возможны комплектации с меньшей стоимостью)
Оценка экспертов
Итоги и самооценка
В итоге у меня получились неплохие болиды, осталось проверить их на практике. Результаты тестов будут продемонстрированы в отдельном документе. Модели выполнены с достаточно высоким качеством исполнения, в них воплощены идеи, которые никто не использовал ранее. Я пытался не просто создать действующие элементы, но и изготовить копийные корпуса, неокрашенные заготовки предоставленымагазином RCMOTORS. Результатом я удовлетворен.
Заключение
В процессе создания я глубже проникся своим любимым спортом, так же были сделаны рекламные плакаты и собственный логотип, программа получила название MapleWolf (англ. – Кленовый Волк), на днище Формулы 1 также было нанесено это название. 
Гонки – это не спорт, гонки –это образ жизни, и только так можно ездить…
“ – Я не согласен быть вторым или третьим, я согласен только на победу.” Айртон Сенна (1960 – 1994 Помним, любим, скорбим…)
Список источников информации
- Физика. Механика. , 10 класс
- Статьи сайтов по устройству Формулы 1: F1NEWS, (Наглядно: что такое «грязный воздух» и почему в Ф1 так мало обгонов. Как работает аэродинамика в Формуле 1)
- КГБОУ СПО «Комсомольский-на-Амуре авиационно-технический техникум» Учебное пособие по аэродинамике.
