Formula Student – Více než cvičení

Čtyři roky stačily studentům Strojní fakulty ČVUT v Praze k tomu, aby se s vlastní konstrukcí výrazněji prosadili v uznávané mezinárodní soutěži Formula Student…

Formula Student je evropskou odnoží celosvětové konstrukční soutěže studentských inženýrských škol Formula S.A.E., jež vznikla při­činěním Society of Automotive Engineers v roce 1981 v USA. Smyslem je vyvinout a vyrobit prototyp jednomístného závodního vozu pro neprofe­sionálního závodníka. Studenti mají předepsaný objem motoru, umístění restriktoru v sání a bezpečnostní pravidla, vše ostatní záleží na nich. Podobně jako u vývojových oddělení automobilek jsou rozděleni do několika skupin, které mají na starosti vývoj jednotlivých částí formulového vozu, jako jsou například motor, karoserie, rám, převodné ústrojí, nápravy nebo brzdy. Velká část studentů pracovala na vývoji závodního vozu v rámci diplomových prací.

Značnou motivací pro všechny členy týmu CTU CarTech, založeného v říjnu 2007, je skutečnost, že co si studenti navrhnou a vyrobí, se pak i vyzkouší. Završením jednole­tého vývojového cyklu, z něhož devět měsíců zabere samotná stavba vozu, jsou totiž závody, kde mezi ­sebou soutěží několik desítek týmů z celého světa. Soutěží se ve statických (prezentace projektu, technická vyspělost, hodnocení ­nákladů) a dynamických disciplínách (sprint na 75 metrů, jízda na dráze ve tvaru osmičky, jednoho kilometru na technické trati a vytrvalostní závod na 22 kilometrů). V letech 2007 až 2011 vznikly v dílnách Strojní fakulty ČVUT v Praze 6 - Dejvicích tři generace závodního monopostu FS.01 až FS.03.

Jak rostly zkušenosti a poznatky získané při závodech, měnila se jejich konstrukce. S každým novým vývojovým cyklem bylo hlavním konstrukčním požadavkem ­snížení hmotnosti. Zatímco FS.01 vážila 340 kg, FS.02 již byla o 65 kg lehčí (275 kg) a FS.03 se dostala na 225 kg. Velkou měrou se na tom podílely hlavně změny v konstrukci nosného rámu. Zatímco FS.01 používala klasické ocelové trubky, FS.02 už měla tzv. hybridní rám s vysokopevnostními chrommolybdenovými (CrMo) trubkami a vlepenými sendvičovými panely z uhlíkových kompozitů. Ty si navrhli, spočítali a vyrobili sami studenti za pomoci odborníků z Katedry pružnosti a pevnosti ČVUT-FSI.

Použitím této technologie se zvýšila torzní tuhost rámu z 2300 na téměř 2900 N.m/°; ale jak se později při závodech ukázalo, bylo to zbytečně mnoho. U typu FS.03 ­proto studenti upustili od bočních výztužných panelů a tam, kde to předpisy dovolily, použili trubky s odlišnými průměry a tloušťkou stěny. Tuhost rámu se tím zmenšila téměř o polovinu na 1300 N.m/°, ale hmotnost klesla ze 48 na 34 kg a tvar rámu se přiblížil z hlediska pevnosti ideálnímu kruhovému průřezu. Tvůrci vozu však zkušenosti s kompozity využili jinak; za­tímco první sedačka z kovového materiálu ve FS.01 vážila 4 kg, skořepinová ve FS.02 už pouhých 1,5 kg a nejnovější FS.03 už ani klasickou sedačku nemá, neboť ochranný panel za motorem (firewall) dostal již tvar opěradla. Uspořili tím další kilogram hmotnosti a poprvé si také vyzkoušeli výrobu zakřivených dílů z kompozitů. Vyrobit ale složitě tvarovaný samonosný trup pro FS.04 jako u vozů formule 1 už musí specializovaná firma.

Důležité změny se udály také na podvozku, kde rovněž studenti hledali cesty k úspoře hmot­nosti. Například těhlice jsou od typu FS.02 místo z hliníku vyrobeny z hořčíkové slitiny. Brzdové kotouče nejprve odlehčili odvrtáním, později je i zmenšili. Během závodů se také zjistilo, že zadní brzdy jsou zbytečně předimenzované, takže FS.03 má vzadu dvoupístové třmeny místo čtyřpístových. Další úsporu hmotnosti přinesly nové disky kol (kus o 0,6 kg lehčí), vlastní poloosy (- 5,5 kg), anebo záměna dvou chladičů za jediný. Hodně se pracovalo i na jízdních vlastnostech. Menší rozchod kol vzadu než vpředu (od FS.02) zlepšil obratnost mezi kužely, uchycení pružicích jednotek a řízení do podlahy zase snížilo těžiště a problém s vysokými ovládacími silami v řízení vyřešila až u typu FS.03 zcela nová přední náprava a po­sunutí převodky řízení za osu rejdového čepu a osu nápravy. Výměna diferenciálu Torsen za typ Drexler (od FS.02) s nasta­vitelnou svorností zrychlila výjezdy ze zatáček, chování vozu při dynamických disciplínách zase vylepšily nastavitelné (a o 900 gramů lehčí) závodní tlumiče Penske (FS.03).

Vzadu uložený kapalinou chlazený moto­cyklový čtyřválec Yamaha R6 je od začátku stejný. Optimalizací sání, výfuku a funkce řídicí jednotky se podařilo zvýšit výkon z 57 kW na 63 kW u FS.03 a zároveň vylepšit průběh výkonové křivky. Úpravami postupně procházelo i elektropneuma­tické řazení šestistupňové převodovky, které zlobilo hlavně u FS.01. Nula trojka už na­příklad nemá ani záložní ­mechanické řazení a při podřazování nemusí řidič používat spojku. Vypíná se samočinně pomocí tzv. fluidního svalu, což je hadička, jež se při řazení během 20 ms nafoukne tlakovým médiem, zkrátí se a rozpojí spojku. Velkým přínosem u typu FS.03 byla instalace jednotky GPS a telemetrického systému, jenž registruje šedesát různých údajů. Například na podvozku zaznamenává zdvih kola, stlačení tlumičů nebo brzdový tlak. Vylepšování konstrukce se postupně pro­jevilo i na výsledcích celého týmu CTU ­CarTech v závodech. Jestliže při prvním ­vystoupení na Hockenheimringu v roce 2009 skončili studenti s FS.01 na devěta­padesátém místě, o rok později si ze stejného okruhu přivezli s typem FS.02 již osmnáctou pozici. Nej­větší úspěchy ale přišly v sezoně 2011 s novým typem FS.03. Po sedmém místě z britského Silverstone a šestém z italského okruhu Varano následovala druhá pozice z Barcelony.

Převzato z časopisu

Fotogalerie