علب تروس من ثمان غيارات، نسب تعشيق ثابتة لكامل الموسم، وتحدّيات كبير فيما يتعلق بالموثوقيّة – هناك تغييرات كبيرة في آليات النّقل لسيّارات الفورمولا واحد في عام 2014. كريغ سكاربُروه سوف يقوم بشرح جميع الأمور الجديدة.
في هذا الجزء الثّالث عن دليل المُتابع بالثّورة التّقنية على ساحات بطولة العالم لسباقات الفورمولا واحد لعام 2014، يتحدّث كريغ سكاربُروه عن آثار هذه الثّورة التّقنيّة على تصميم علب التّروس.
مع استقرار تصميم علب التّروس في العقدين الماضيين، منذ إدخال التعشيق ذو عزم دوران متواصل، اتّسم تصنيع علب تروس سيارات الفورمولا واحد بالتّطوير بدلاً من ابتكار تصميم جديد منذ سنواتٍ عديدة.
كما لم يتطلّب رفع قوّة المحرّك وعدد الدّورات في الدّقيقة من إدخال أفكار وتقنيّات جديدة على تصميم آليّات نقل الحركة.
ولكن الأمر يختلف عام 2014، حيث تتعرّض علبة التّروس المُتواضعة لشروطٍ وقوانينٍ صارمة، الأمر الّذي دفع كل الفرق المُشاركة في البطولةإلى اتّباع نهج جديد في تصميم علب التّروس في سيّارات الموسم الجديد.
ومع وجود عزم فتل كبير للغاية يتمّ توليده من وحدات الطّاقة الجديدة، بالإضافة لنسب غيارات أكثر ووضع حدود على مدّة استخدامها بالإضافة لثبات نسب التّعشيق، هناك أمور كثيرة يجب التّأقلم عليها.
أساسيّات علب التّروس المُستخدمة في الفورمولا واحد
تُعتبر علب التّروس، والمتوضّعة خلف المُحرّك، جزءً أساسيّاً من وحدات توليد الطّاقة المُوحّدة تحت القوانين الجديدة. تتألّف من حافظة التّروس، القابض، وكتلة نسب الغيارات.
يتم نقل القوّة من العمود المِرفقي للمحرّك إلى القابض المصنوع من الألياف الكربونيّة، ومنه إلى مدخل عمود المُحرّك عن طريق سبع نسب تعشيق تخرج إلى التّرس التّفاضليّ.
تقوم القوانين بوضع حدود دنيا على عرض ووزن الغيارات، بالإضافة للفراغات الّتي تفصل بين مراكز تلك الغيارات.
يتم التّحكّم باختيار الغيارات عن طريق نظام إلكتروني هيدروليكي ويُعتبر النّقل بين الغيارات مُتزامن وسلس يؤمّن عزم دوران متواصل، بمعنى أنّه لا يوجد انقطاع في القوّة المنقولة إلى الإطارات.
يتم تحقيق ذلك عن طريق مُغيّر تروس سريع للغاية، الّذي يقوم بتعشيق الغيار التّالي عن طريق تقنيّة اختيار معيّنة، وفي نفس الوقت تكون تقنيّة اختيار أخرى في الغيار الحالي.
الفترة الزمنية القصيرة الّتي يتمّ فيها تعشيق غيارين تحصل بين عمليّات قدح المُحرّك وبالتّزامن بين الغيارات وما يُدعى بـ’’حلقات الكلب’’ وهي حلقات تحيط بالغيارات. حيث يتمّ فك التّحميل عن الغيار الحالي في الوقت الّذي يقوم به الغيار التّالي بتسريع علبة التّروس، ومن ثمّ يتمّ فك التّعشيق عن الغيار الحالي قبل أن تقوم علبة التّروس بتدميرِ ذاتها بشكلٍ جزئيّ.
أيّ تأخير أو خطأ في هذه العمليّة يقوم بتعطيل علبة التّروس بالكامل، وبالتّالي بإمكان الفرق تعيير التّزامن في نقل السّرعة دون انقطاع عزم الدّوران من متوسّط إلى عدائي، وذلك عن طريق تعاقب تقنيّتي الاختيار، من أجل تقليل المخاطر خلال السّباق.
يحيط بكتلة نسب السّرعة ما يُدعى بحافظة علبة التّروس. حيث تتحمّل هذه الحافظة الضغط الهائل النّاجم عن الكتلة، بالإضافة لتشكيلها جزءً من بنية هيكل السّيارة خلف المحرك عبر اتّصالها بنظام التّعليق الخلفيّ.
بإمكان صناعة الحافظات إمّا بألياف كربونيّة مُعدّلة، أو باستخدام صفائح مُدعّمة بالتّيتانيوم، أو سبائك تيتانيوم أو ألمينيوم.
تُعتبر الألياف الكربونيّة مُكلفة وتحتاج مجهوداً مُكثّفاً، إلّا أنّها أخف وزناً وأطول عمراً. ويملك كلّ فريق حريّة اختيار البنية الأفضل الّتي تلائم أهدافهم وتترافق مع مصادرهم ومراجعهم.
علب التّروس تحت قوانين موسم 2014
نبدأ أوّلاً مع حافظة علبة التّروس، حيث يجب تغيير حجمها وشكلها بما يترافق مع نموذج وتصميم السّيارة المُعدّل ونُقاط توضّع المُحرّك الإجباريّة.
وبما أنّ خزّان الوقود سيكون أصغر للمُحرّكات الجديدة المؤلّفة من ستّة اسطوانات بشكل حرف V، من المرجح أن تُبقي الفرق على نفس طول قاعدة العجلات، من أجل أهدافٍ انسيابيّة، ومن ثمّ تقوم بتوسيع علبة التّروس.
في الوقت الحالي فإنّ الحافظات تكون أوسع مّما تتطلّبه كتلة الغيارات المتوضّعة في داخلها. حيث أنّ المساحة النّاجمة عن ذلك تكفل للفرق إمكانيّة وضع الجزء الدّاخلي من نظام التّعليق الخلفي داخل الحافظة. ومع وجود مساحة أكبر داخل تلك الحافظات تحت قوانين عام 2014، من المُستبعد أن يقوم أي فريق باستخدام نظام تعليق خلفي ذو أذرع دفع.
يجب أن تتّصل الحافظات بمؤخّرة المُحرّك، وبالتّالي يجب تغيير موقع كلٍّ من العمود المرفقي ونقاط التّوضّع.
موقع العمود المِرفقي للمحرّك سيكون أعلى بما يُقارب 3.2 سم مقارنةً بارتفاعه السّابق الّذي بلغ 5.8 سم. هذا يعني أنّ نصف قطر القّابض يجب أن يكون أكبر، الأمر الّذي ينعكس إيجاباً من أجل التّعامل مع عزم الفتل الأكبر للمُحرّكات الجديدة، خصوصاً عند انطلاقة السّباق.
هذا التغيير سيقابله رفع موقع كتلة الغيارات داخل الحافظة، الأمر الّذي سيشكّل عائقاً في شروط مركز ثقل السّيارة. ولكن في الوقت ذاته سينتج عن ذلك مكاسب آيروديناميكيّة، وإن كانت ضئيلة، حيث يصبح بالإمكان رفع قاع الحافظة أو تنعيمه لإلغاء الإعاقة أمام موزّع الهواء المتوضّع خلفها.
ولتحقيق الاتّصال مع مؤخّرة المُحرّك، يجب على الحافظة أن تستخدم نقاط التّوضع الإجباريّة للمحرّك وعدم التّعرّض للتوربو المُتوضّع خلف المُحرّك فوق علبة التّروس. ومن أجل ضمان موقع مثالي للتوربو، من المُرجح أن تمر عوادم المُحرّك عبر فتحات في جوانب الحافظة لتصل إلى التوربينات.
ومع تحديد الأبعاد الأساسيّة للحافظة، فإنّ الكتلة داخلها كانت عُرضةً للقوانين الصّارمة أيضاً.
حيث أنّ نسب التعشيق ستكون ثابتة طوال الموسم، هذا الأمر يعني انتهاء حقبة تحديد نسب تعشيق مُعيّنة لعلبة التّروس حسب متطلّبات كلّ حلبة بشكلٍ خاص. ينبغي على السّيارات التّسابق على حلبة مونزا وموناكو بنفس نسب التعشيق. وبعد وجود 30 خياراً لنسب سرعة خلال عام 2013، لا تمتلك الفرق سوى 8 خيارات لهذا العام.
من النّظرة الأولى، يبدو تحقيق ذلك أمراً مستحيلاً، ولكن يُسمح باستخدام ثمان نسب سرعة في علب التّروس الجديدة، والطريقة الّتي تولّد فيها وحدات القوّة الجديدة عزم الفتل تعني أنّ تحقيق ذلك مُمكن وأسهل بالمُقارنة مع محرّكات العام الماضي.
حيث أنّ وجود الغيار الثّامن سيتيح المجال بشكلٍ أوسع أمام الفرق فيما يتعلّق باختيار نسب السّرعة على مُختلف الحلبات.
كما تجدر الملاحظة أنّه من الإجباري استخدام ثمان سرعات في علب التّروس لهذا العام – أي أنّ أفضلية الوزن المُكتسبة من تصنيع علب تروس من سبع غيارات ليست خياراً مُمكناً.
وحيث أنّ علب تروس العام الماضي تحتوي على عددٍ فرديٍّ من السُرعات، فإنّ السُرعة الإضافيّة الثّامنة لن تزيد من تعقيد الكتلة، حيث سيتم تعديل تقنيّة الاختيار الّتي تقوم بانتقاء الغيار السّابع بشكلٍ بسيط حتّى تتمكّن من العمل على الغيارين السّابع والثّامن. إلّا أنّ وجود الغيار الإضافي يعني زيادةً في الوزن قد تصل إلى 0.6 كلغ على أقلِ تقدير، بالإضافة لزيادة في طول الكتلة قد تصل إلى 12 ملم.
وبما أنّ وحدات توليد القوّة الجديدة لديها مجالٌ واسعٌ من عزم الفتل، بإمكان السّائق القيادة باستخدام 6 غيارات من أصل 8 في حلبةٍ معيّنة. فعلى سبيل المِثال، على حلبة موناكو ستُستخدم السرعات من الأوّلى حتّى السّادسة، بينما تُستخدم السرعات من الثّانية حتّى الثّامنة على حلبة مونزا.
كما أنّ السّرعة القصوى للسّيارات، نظريّاً، ستكون ثابتة، حيث أنّ مستوى القيادة النّهائي سيكون مُتضمِناً في نسب التعشيق الثّابتة، ولكن بشكلٍ عمليّ لن تبلغ المُحرّكات العزم الأعلى للدّوران الّذي يبلغ 15000 دورة في الدّقيقة بسبب القيود الموضوعة على تدفّق الوقود، وبالتّالي ستتغيّر قيمة السّرعة القصوى في كلِّ حلبةٍ مع بقائها أصغر من السرعة القصوى النّظريّة.
بالتّأكيد سيواجه السّائقون مواقفاً معيّنة أثناء قيادتهم للسّيارة، في مُنعطفاتٍ محدّدة، تكون فيها نسب السّرعة غير مضبوطة بشكلٍ مثاليّ، ولكن الفرق بحلول الوقت الحالي قامت بإجراء تجارب محاكاة على كافّة الحلبات وفي ظروفٍ مختلفةٍ من أجل توقّع نسب السّرعة الثّمانية المثاليّة.
الإعفاء الوحيد خلال عام 2014 هو أنّ الفريق بإمكانه ترشيح نسب تعشيق جديدة خلال الموسم، تحلُّ بدلاً من النّسب المُختارة سابقاً. ولكن اعتباراً من عام 2015، ستكون نسب التعشيق ثابتةً طوال الموسم.
وعلى الرّغم من انعكاسه بشكلٍ إيجابيّ على اختيار نسب التعشيق، فإنّ ازدياد عزم الفتل المُتولّد من وحدات الطّاقة الجديدة سيفرض معاناةً أكبر على كتلة الغيارات مقارنةً بمحرّكات العام الماضي الأقل عزماً. والعقاب النّاجم عن أنظمة تعويض الطّاقة، ’’إي آر إس‘‘ ومحرّك الشّاحن التّوربيني سيتطلّب بنيةً أقوى لعلبة التّروس.
يُضاف إلى جميع ما سبق أنّه يجب على علب التّروس أن تتحمّل سباقَين إضافيّين مقارنةً بأربعة من القوانين السّابقة، وبالتّالي فإن كتل الغيارات لعام 2014 يجب أن تكون قويّة البنية وأكثر تحمّلاً من السّابق.
يبدو بقاء علب التّروس على قيد الحياة لستِّ سباقات أمراً ممكناً، حيث أنّ الموثوقيّة تحت قوانين الأربع سباقات كانت ممتازةً، وتسمح القوانين بتغيير بعض الأجزاء بقطع مماثلة لها تماماً في حالِ تضرّرها.
كما يمكن استبدال الغيارات والحلقات المُحيطة بها أيضاً، بالإضافةِ إلى القابض، الأختام، المُرشحات، والأجهزة الالكترونيّة. بينما تبقى عقوبة استبدال علبة التّروس بالكامل هو التّراجع خمسة مراكز إلى الخلف من مكان التّأهّل.