Giới thiệu

Đốt hết 70 lít nhiên liệu cho 100 km, tập hợp một đội ngũ tới 100 người để phục vụ cho mỗi chặng đua, không đơn thuần là một cuộc cạnh tranh giành chiến thắng giữa các đội, Formula One là cuộc đua của nhân loại nhằm chinh phục những giới hạn thời gian.


Giải đua xe nổi tiếng F1 luôn là nơi phô trương nền tảng công nghệ đỉnh cao của ngành công nghiệp ôtô. Triết lý "Không có gì lạc hậu bằng công nghệ của ngày hôm qua" là sức mạnh trí tuệ của trò chơi mang tên F1. Có hàng nghìn thông số trong quá trình "vượt cạn" để làm nên một động cơ, một chiếc xe, một vòng đua hay một mùa giải hoàn chỉnh. Và chỉ một số ít trong đó được BMW Williams công bố cho mùa giải 2005.


Dù chẳng phải vận động gì nhiều nhưng F1 đòi hỏi các tay đua phải có thể lực không thua bất kỳ môn thể thao nào khác. 2 kg là trọng lượng trung bình mà một tay đua mất sau mỗi chặng đua. Cơ thể của anh ta phải đốt 600 kcal năng lượng và nhịp tim lên 190 nhịp/phút khi đang đua. Thao tác vất vả nhất mà một tay đua thực hiện tại mỗi chặng đua có lẽ là 2.600 lần chuyển số. Riêng với Monaco, con số này tăng lên thành 3.100 lần.

Nhằm đối phó với các khúc cua liên tục nối tiếp nhau, quãng đường một chiếc xe đua F1 tiếp tục "trôi" sau khi phanh thật lực từ tốc độ 200 km/h xuống tới 0 km/h là 55 m. Trong 1,9 giây, chiếc xe chạy chậm dần với gia tốc gấp 5 lần gia tốc trọng trường. Để dễ hình dung, con số này ở một chiếc xe bình thường là 118 m và thời gian 4,1 giây. Trong khi phanh như vậy, một tay đua nặng 75 kg sẽ tác động một lực tương đương với 375 kg lên dây đai an toàn.


Để lực ép xuống (downforce) bằng trọng lực, một chiếc xe F1 phải đạt tới tốc độ lý thuyết 180 km/h. Khi vượt quá giá trị trên, chiếc xe sẽ đạt tới mức công phu "Bích hổ du tường" như trong các pho truyện chưởng Kim Dung vẫn gọi, tức là có thể chạy lộn ngược như thạch sùng tung tăng trên... trần nhà.

950 độ C là nhiệt độ tại ống pô của xe F1. Dòng không khí bao quanh cũng nóng tới 250 độ C. Khi phanh gấp, nhiệt độ bề mặt lốp tăng lên 100 độ C, đĩa phanh tăng lên 600 độ C trong vòng một giây. Do bị bao bọc bởi khối khí nóng nên nhiệt độ trong khoang lái luôn ở mức 50 độ C. Cũng dễ hiểu vì sao mà các tay đua lại có thể "hao mỡ" nhanh hơn bất kỳ loại thuốc sụt cân nào của chị em.

Động cơ P84 của BMW cung cấp cho Williams có số vòng tua trong một phút là 19.200 vòng, gấp gần 5 lần so với động cơ thông thường. Ở mức vòng tua đó, piston chạy được 40 m trong mỗi giây và bugi phải đánh lửa 1.583 lần.

Cứ thế mà suy ra, với một chặng đua kéo dài khoảng một tiếng rưỡi với chiều dài trên dưới 300 km, bugi động cơ sẽ phải hoạt động 8.000.000 lần. Vì thế đừng lấy làm lạ khi ngay cả động cơ Mercedes của đội McLaren cũng đã bị hỏng nhiều lần ở giải năm nay.

Do phải gánh vác những "trọng trách" nặng nề như vậy, động cơ xe đua F1 cũng đòi hỏi quá trình chế tạo tinh vi nhất. Để tạo nên một cỗ máy trọng lượng chưa đến 90 kg, các kỹ sư của BMW cần tới 1.950 bản vẽ, với tổng chiều dài số bản vẽ đó vào khoảng 1,3 km.

1.388 là toàn bộ các thông số cần tính toán để xây dựng nên động cơ BMW P84. Người ta phải chế tạo thành 5.000 phần riêng biệt và mất 80 tiếng để lắp ráp hoàn chỉnh.

Để hoàn tất bản danh sách các chỉ số "khổng lồ" này, BMW cho biết động cơ ngốn hết 70 lít nhiên liệu cho mỗi 100 km. Cũng với chừng đó lít xăng, chiếc hybrid Honda Insight chạy được tận 1.966 km, có nghĩa là dư sức làm một hành trình xuyên Việt.
Giây phút lãng mạn.
Giây phút lãng mạn.

Tổng nhiên liệu mà một đội đua sử dụng cho một chặng đua (bao gồm chạy thử, chạy phân hạng và vòng đua chính) tới 1.200 lít. Hơn nữa, BMW cũng phải chuẩn bị 70 lít dầu động cơ và 30 lít dầu hộp số để bôi trơn cho hai chiếc xe F1.

Tại mỗi chặng, mỗi đội đua chỉ có hai tay lái chính điều khiển hai chiếc xe nhưng phải cần tới 100 nhân viên để "phục dịch" cho các vận động viên quý tộc này, trong đó có 60 người được liệt vào đội "phản ứng nhanh" khi hai chiếc F1 chinh chiến. Ngoài việc thay lốp, bơm nhiên liệu, đề phòng các sự cố, đội ngũ nhân viên này được trang bị hệ thống máy tính cao cấp nhất để kiểm tra khoảng 200 thông số khác nhau mỗi vòng đua. Một chặng đua thường kéo dài từ hơn 50 đến 70 vòng đua.

Mỗi khi kết thúc một chặng đua, 10 đội F1 lại lên đường tới địa điểm thi đấu chặng kế tiếp, cùng với mỗi đội là chừng 25 tấn thiết bị máy móc các loại. Cuộc di cư này diễn ra liên tục trên khắp 4 châu (trừ châu Phi), từ tháng 3 hằng năm và chỉ tạm nghỉ khi tháng 10 kết thúc. Lúc này bắt đầu thời điểm chuẩn bị cho một mùa đua mới.

Được cấu tạo từ 17 lớp vật liệu, chịu được sức nóng 800 độ C trong vòng 45 giây, mũ bảo hiểm là một trong những thiết bị an toàn cao nhất trong môn Công thức 1, xét theo cả nghĩa đen và nghĩa bóng.

Thời kỳ sơ khai của môn Công thức 1, mũ bảo hiểm chỉ có chức năng bảo vệ phần đầu cho các tay đua. Nhưng những thay đổi mạnh mẽ trong cấu trúc và công nghệ vào cuối thập niên 70 đã thay đổi hoàn toàn vai trò và hình dáng của nó. Đầu tiên là việc các nhà sản xuất xe đua cắt dần cắt mòn kính chắn gió, "trưng" mặt tay đua ra phía trước. Tiếp đến là quá trình tích hợp thiết bị liên lạc, nâng cao công suất động cơ, giảm chỉ số cản gió, nâng tốc độ, gia tốc của xe F1 lên khiến những chiếc mũ tồn tại ở "thời kỳ đồ đá của F1" không còn thích hợp.

Mũ bảo hiểm của Micheal Schumacher năm 2002.
1. Vành làm từ magiê.
2. Kính phủ lớp chống bám sương.
3. Các đai làm từ titan siêu nhẹ.
4. Thiết bị hiển thị số vòng tua.
5. Màng lọc sợi cacbon.
6. Giắc cắm thiết bị liên lạc.
7. Màng chống lửa.
8. Khe hở dẫn không khí.
9. Vỏ ngoài chịu nhiệt độ 800 độ C.

Đến giữa thập niên 80, mũ dành cho các tay đua có khối lượng khoảng 2 kg. Tuy nhẹ hơn nhiều so với trước nhưng do tốc độ cao nên các tay đua vẫn gặp phải những chấn thương vùng đầu khi giảm tốc đột ngột ở những đoạn cua. Để đảm bảo an toàn, các đội đua bắt buộc phải giảm trọng lượng mũ và sự ra đời của sợi carbon là giải pháp hoàn hảo. Hầu hết các chi tiết trên vỏ mũ đều làm từ loại vật liệu này, vì thế, cho dù các đội đua trang bị đến tận "chân tơ kẽ tóc" cho các tay đua, một chiếc mũ F1 vẫn chỉ nặng vỏn vẹn 1,25 kg. Mỗi một sợi carbon T-800 sử dụng trong mũ lại chứa 12.000 sợi nhỏ khác. Các sợi carbon này mỏng hơn 15 lần so với một sợi tóc. Nối số sợi này cấu tạo nên mũ của một tay đua lại sẽ được một sợi dây siêu mảnh dài 16.000 km. Trung bình một chặng đua F1 dài gần 250 km, quãng đường trên tương đương với 64 chặng.

Theo những thông tin của đội đua Williams, mũ mà Nick Heidfeld và Mark Webber sử dụng cho mùa giải 2005 được tạo nên từ 17 lớp polymer khác nhau, chịu được tác động của một vật nhọn bằng sắt, nặng 3 kg rơi từ độ cao…3 m. Phần vỏ ngoài được phủ lớp plastic gia cố trên nền sợi carbon. Nhờ đó mà bề mặt mũ có khả năng chịu được nhiệt độ lên tới 800 độ C trong vòng 45 giây, vững vàng trước mọi va chạm xảy ra. Bên cạnh đó, dây đai trên mũ cũng phải chịu được trọng lượng lên tới 38 kg.

Thông thường, các đội đua ít khi công bố cấu tạo chi tiết của chiếc mũ mà các tay đua đang sử dụng. Người ngoài chỉ có dịp thoả trí tỏ mò khi công nghệ đó đã "lỗi thời". Do vậy, mãi đến năm 2004, người ta mới có dịp để "mổ xẻ" chiếc mũ mà Micheal Schumacher dùng năm 2002.

Nằm giữa các lớp vỏ là hệ thống thông gió và cấp khí được thiết kế hết sức khoa học. Những lỗ nhỏ phía trên đỉnh là nơi tạo nên dòng khí trong mũ theo định luật Bernoulli. Khi xe chuyển động, dòng khí phía trên đỉnh mũ có vận tốc cao hơn, tạo nên vùng áp suất thấp hút không khí vào trong qua một “hốc” nằm ngay dưới cằm. Để đảm bảo sức khoẻ, không khí được làm sạch và tiệt trùng nhờ một màng lọc bằng sợi carbon. Công nghệ chế tạo nên màng lọc này luôn được giữ bí mật vì nó phải có đủ độ bền cơ học và hoá học để đảm bảo cho dòng khí chuyển động với lưu lượng 5 lít khí trong một giây. Tức là có tổng cộng 22.430 lít không khí được lưu chuyển qua mũ bảo hiểm của Montoya, tay đua về nhất Grand Prix Italy, trong khoảng thời gian 1 giờ 14 phút 28 giây.

Dòng khí vào trong mũ được chia làm hai, phần thứ nhất đi qua các khe hở quanh mũ nhằm làm mát, nhưng không ở đó quá lâu bởi chúng sẽ làm tăng trọng lượng mũ, khiến động cơ phải hoạt động “mệt hơn”, phần thứ hai dẫn thẳng tới mũi tay đua.

Đảm bảo “nhãn lực” cho tay đua cũng là thử thách không nhỏ cho các nhà chế tạo. Bề mặt kính chắn gió chỉ dày 3 mm và phủ lớp hoá chất có khả năng chống ngưng sương trên bề mặt và lắp đặt hệ thống sưởi ấm. Vành kính chế tạo từ những tấm magiê mỏng để đạt được độ cứng như mong muốn, còn các thanh đai sử dụng chất liệu titan siêu nhẹ và siêu đàn hồi.

Có vô số điều kiện ảnh hưởng tâm lý tay lái, đặc biệt khi phải ngồi cạnh động cơ V10 lúc nào cũng gầm rú "điên loạn". Mặt khác, do phải thường xuyên liên lạc với kỹ thuật viên và người điều hành, nên không gian bên trong mũ phải thật sự "yên tĩnh". Để khắc phục khó khăn này, một tấm cách âm gần như hoàn toàn được sử dụng, giảm cường độ âm xuống còn dưới 100 dB.

Một chi tiết thú vị khác là trên mũ F1 còn có một cục pin nằm ở đỉnh cung cấp điện cho màn hình hiển thị số vòng tua. Các tay đua thường không có thời gian quan sát số vòng tua trên vô-lăng để sang số nên các nhà sản xuất đã chế tạo một bảng điện tử hiện số ngay trong mũ. Chiếc mũ của mà Micheal Schumacher sử dụng năm 2002 có bộ hiển thị làm từ 5 đèn LED màu xanh và hai màu đỏ.

Nghiên cứu để tìm ra vật liệu, cấu trúc thích hợp ngốn không ít thời gian của các đội đua. Nhưng để chế tạo sao cho "vừa vặn" lại còn công phu và tỉ mỉ hơn. Trước hết, đầu tay đua được "quét" vào máy tính. Sau đó các kỹ sư tạo hình sẽ làm công việc như các nhà ướp xác Ai Cập thời cổ đại, mô phỏng chính xác đầu tay đua, sau đó xếp từng lớp, từng lớp vật liệu công nghệ cao lên đó, gia cố chúng lại, xử lý hoá học và tích hợp các thiết khác.

Không chỉ là công cụ để bảo vệ “bộ não”, mũ còn là chỗ để các tay đua giúp người xem nhận ra mình. Không giống như trên thân xe, các tay đua có quyền quyết định hình thức “trang trí” trên mũ bằng cách lựa chọn nhà tài trợ hay màu sắc đặc trưng. Khi gia nhập Ferrari, Micheal Schumacher đã đổi quảng cáo Marlboro từ màu trắng ở đỉnh mũ thành màu đỏ để phân biệt với tay đua cùng đội, Barrichello.

Đối với xe đua F1, phanh là một trong những yếu tố tối quan trọng. Bên cạnh những cải tiến về động cơ, công nghệ chế tạo phanh liên tục được phát triển nhằm giúp các tay đua chế ngự được vận tốc lên tới 340 km/h.

Thời gian là kẻ thù lớn nhất trong trò chơi mang tên F1. Muốn chiến thắng, một đội đua phải hội tụ đầy đủ những yếu tố khắt khe nhất, vì chỉ 1/10 giây thôi cũng phân biệt kẻ chiến bại. Trong cuộc đua, tăng tốc nhanh, vận tốc lớn mới là điều kiện cần, còn điều kiện đủ là làm thế nào để khống chế tối ưu hai thông số đó.

Hệ thống phanh xe F1 của đội Ferrari.


Yếu tố quyết định đến chất lượng hệ thống phanh là thời gian và độ an toàn. Thời gian phanh ngắn là lợi thế “ngàn vàng” trước các đối thủ khác vì tay đua có khả năng vào cua sớm hơn mà không sợ nguy hiểm. Ban đầu, xe F1 sử dụng phanh tang trống, công nghệ mà các nhà lịch sử gọi là “Thời đại đồ đá của F1”. Cuối những năm 1950, phanh đĩa làm từ thép không gỉ mới được ứng dụng khi Ferrari quyết định chuyển công nghệ tiên tiến này từ loại xe thể thao sang F1.

Tới thập niên 80, những cải tiến trong kỹ thuật chế tạo động cơ, đặc tính khí động học nhằm tăng vận tốc và gia tốc… khiến thép không gỉ không còn thích hợp. Khi vào cua, vận tốc trung bình của xe F1 đương đại đạt 70 km/h, con số nhỏ bé so với 300 km/h trên đoạn đường thẳng. Quãng thời gian để hãm một chiếc xe đua F1 đang phóng với vận tốc 300 km/h đến lúc dừng hẳn nằm trong vòng 4 giây; từ 200 km/h là 2,9 giây và từ 100 km/h chỉ trong 1,4 giây.

Theo định luật bảo toàn năng lượng, quá trình giảm vận tốc đột ngột như vậy sinh ra một lượng nhiệt rất lớn. Các chuyên gia tính toán, nếu vận tốc giảm từ 300 km/h xuống 70 km/h trong vài giây, ma sát sẽ chuyển động năng của chiếc xe thành nhiệt năng và nung nóng đĩa phanh từ 400 độ C lên 1.000 độ C trên bề mặt có đường kính 278 mm, dày 28 mm. Năng lượng nhiệt sinh ra có thể đun nóng 1 kg nước (25 độ C) lên 150 độ C chỉ sau 1 giây; trong khi tại một cuộc đua, mỗi tay đua phanh khoảng 800 lần như thế.

Nhằm đảm bảo đĩa phanh không "chảy mỡ" dưới sức nóng như vậy, vật liệu sợi carbon là sự lựa chọn duy nhất cho các đội đua do độ bền nhiệt-hoá cao, chịu mài mòn, trọng lượng nhẹ hơn hai lần đĩa thép: 1,4 kg so với 3 kg. Thông thường, người ta phải mất 5 tháng để chế tạo vật liệu, cắt gọt tự động và xử lý hàng trăm giờ dưới nhiệt độ 1.000 độ C. Trong quá trình đua, đĩa phanh chuyển động cùng vận tốc với vận tốc xe và tiếp xúc với hai thanh kẹp, nhiệt độ giữa hai bộ phận này nằm trong khoảng 400-800 độ C. Để làm mát, các kỹ sư dùng dòng không khí thổi trực tiếp vào đó. Tuy nhiên, nhiệt độ trên đĩa cũng không được quá thấp do gây nên hiện tượng “co giật” khi phanh, còn nếu cao quá, phanh sẽ mất tác dụng.
Renault.

Phanh trên xe F1 Renault nóng đỏ do nhiệt độ cao.

Lực từ bàn đạp phanh tới thanh kẹp được truyền qua ống dẫn thủy lực. Theo quy định của Liên đoàn ôtô quốc tế (FIA), hai hệ thống thủy lực tới bánh trước và bánh sau phải độc lập với nhau nhằm đảm bảo cho các tay đua trong trường hợp một trong hai đường dẫn bị hỏng. Đặc biệt, FIA còn cấm các đội sử dụng hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Brake System) nhằm tăng tính cạnh tranh và “thử thách” trình độ của các tay đua.

Công nghệ phức tạp, vật liệu chế tạo đắt tiền khiến một bộ phanh trên xe F1 giá chừng 6.500 USD. Nhưng số tiền đó cũng chỉ được dùng trong khoảng 960 km, nghĩa là cần phải thay toàn bộ các đĩa phanh và má phanh khi kết thúc một chặng đua (gồm cả quãng thời gian chạy thử, phân hạng và đua thực sự). Sau đó, nó biến thành phế phẩm, loại phế phẩm "cao cấp" của trò chơi quý tộc mang tên F1.

Không quá đáng khi nói rằng chiến thắng của các đội đua Công thức 1 phụ thuộc rất lớn vào sợi carbon tổng hợp, chất liệu được sử dụng chế tạo phần lớn các bộ phận của những chiếc xe đua.

Khoảng 60% thành phần của một chiếc F1 làm từ carbon tổng hợp: thùng xe, mũi xe, các cánh gió, một phần hệ thống treo cũng như các khớp ly hợp và đĩa phanh. Không có chất liệu nào vừa bền lại vừa nhẹ như carbon. Bên cạnh đó, sợi carbon còn có một thuộc tính đáng nể khác là khả năng chịu nhiệt đặc biệt tốt, và do vậy, rất an toàn. Khi phanh gấp, trong chưa đầy 1 giây, nhiệt độ của đĩa phanh xe F1 có thể lên tới 600 độ C. Không có gì ngạc nhiên khi các siêu xe thể thao ngày nay thường sử dụng đĩa phanh làm bằng ceramic gia cố sợi carbon.

Cánh gió trước cũng như phần lớn thân xe F1 được chế tạo từ sợi carbon.

Bên cạnh carbon, trong môn thể thao F1, titanium và magnesium cũng được đánh giá cao. Titanium chỉ nặng bằng một nửa so với thép nhưng có độ cứng tương tự và hầu như không bị ăn mòn. Vì thế, nó được dùng chế tạo động cơ, giảm xóc và hệ truyền động. Trong khi đó, magnesium thích hợp để làm vành xe vì nó nhẹ hơn hợp kim nhôm tới gần một phần ba. Tuy nhiên, trong quá trình tìm kiếm những vật liệu phù hợp để chế tạo xe F1, các nhà sản xuất đã phải thừa nhận vị trí vô địch của sợi carbon.

Sử dụng sợi carbon trong F1

Ngay từ thời kỳ sơ khai, các nhà chế tạo đã mong muốn giảm khối lượng của những chiếc xe đua để chúng có thể tăng tốc thật nhanh và đạt được vận tốc tối đa càng lớn càng tốt. Và một trong những thành tựu nổi bật nhất trong vài thập niên gần đây là sự ra đời của vật liệu chế tác thân xe mới, sợi carbon.

Đầu những năm 1960, giám đốc thiết kế của hãng xe thể thao Lotus, Colin Chapman trình làng nguyên mẫu xe đua trang bị những thanh đỡ mỏng nhằm tăng độ cứng cho khung xe, và ngay lập tức thu hút sự chú ý của các hãng xe thể thao danh tiếng. Sang tới thập niên 70, hầu hết các thanh này làm từ nhôm, nhưng các nhà vật liệu học chứng minh rằng nhôm không đủ độ bền cần thiết chịu được lực ép xuống (downforce) sinh ra từ cánh gió. Trước những khó khăn đó, John Barnard, kỹ sư của đội đua McLaren, Anh quốc, đã kiểm tra và giới thiệu vật liệu mới làm từ sợi carbon. Tuy nhiên, Barnard phải “khăn gói” sang Mỹ - nơi chẳng mấy khi mặn mà với môn thể thao F1 - để thuê công ty Hercules Aerospace chế tạo chi tiết đó, do McLaren không có nguyên liệu và vẫn chưa biết phải sản xuất ra sao.

Quy trình sản xuất sợi carbon gồm 3 giai đoạn chính. Đầu tiên, các vật liệu cơ sở được polymer hoá (quá trình liên kết hằng trăm nghìn phân tử nhỏ thành một phân tử lớn duy nhất). Sau đó, dưới nhiệt độ 200-300oC trong khí quyển và nhờ những chất xúc tác đặc biệt, các phân tử polymer được kéo thẳng, song song và liên kết với nhau thông qua liên kết cầu carbon-carbon. Cuối cùng, người ta nung hợp chất thu được ở nhiệt độ lên tới 2.500 độ C, trong môi trường giàu Nitơ đến khi hàm lượng carbon nằm trong khoảng 92-100% tuỳ thuộc vào yêu cầu và tính chất sử dụng.

Giống như gỗ, sợi carbon là vật liệu không đẳng hướng. Nó chỉ có thể chống chọi được với lực tương tác có hướng trùng với hướng của chuỗi phân tử. Nếu yếu tố hướng của lực tác dụng được đảm bảo, sợi carbon có những ưu điểm vượt trội so với vật liệu kim loại thông thường.

Các kết quả thử nghiệm dựa trên sức bền vật liệu chỉ ra rằng trên cùng một đơn vị khối lượng, sợi carbon có thể chịu một lực tác dụng gấp 12 lần so với thép, bởi sức bền của nó cao gấp 3 lần nhưng lại nhẹ hơn tới 4 lần.

Các đội đua F1 sử dụng vật liệu sợi carbon dưới dạng tấm mỏng, ép giữa hai lớp tẩm nhựa dẻo và nhôm dạng tổ ong theo kiểu bánh sandwich. Khung gầm (chassis) của xe là bộ phận đầu tiên được sản xuất bằng 8 tấm (panel) chính. Bước đầu tiên là xây dựng một khuôn rắn (được cắt theo chương trình máy tính). Từ khung này, người ta gia cố thêm 10 lớp vật liệu sợi carbon tẩm sơ bộ bằng nhựa epoxy trên bề mặt. Sau đó, các kỹ sư còn xử lý chúng trong chân không, thực hiện các kỹ thuật chống vón cục và xử lý nhiệt trước khi sử dụng.

Bước thứ hai sản xuất các thành phần chính cho thân xe. Sợi carbon sau khi tẩm nhựa và cắt sơ bộ được đặt hết sức cẩn thận vào khuôn rắn vừa chế tạo ở trên. Một trong những yêu cầu sống còn là các tấm sợi carbon phải được đặt theo những hướng đã định trước để thu được sức bền như mong muốn. Các nhà chế tạo đặt khoảng 5 lớp sợi carbon để tạo nên bề mặt của khung xe.

Tiếp đến là giai đoạn xử lý thuỷ nhiệt, một trong những quy trình phức tạp nhất mà không phải nhà sản xuất nào cũng có thể nắm toàn bộ bí quyết. Khung xe được cho vào thiết bị tạo áp suất tự sinh (autoclave) bằng hơi nước trong môi trường nhiệt độ (200-300oC) và áp suất gấp hàng trăm lần áp suất khí quyển (200-300atm). Dưới điều kiện khắc nghiệt đó, nhựa dẻo chảy thành chất lỏng, liên kết các tấm sợi carbon với nhau thành một khối thống nhất. Sau khi làm lạnh, khung xe được bọc bằng tấm nhôm đục lỗ kiểu tổ ong và gia cố bằng nhựa. Bọc nhôm xong, các kỹ sư tiếp tục cho xử lý thuỷ nhiệt một lần nữa. Sau đó, họ lại bọc thêm một lớp sợi carbon thứ ba bên ngoài lớp nhôm và xử lý lần cuối cùng.

Sản phẩm hoàn chỉnh được gửi tới phòng kiểm định chất lượng để kiểm tra các thông số kỹ thuật. Nếu thoả mãn toàn bộ những yêu cầu trong quá trình thử nghiệm, nó sẽ được đưa vào bộ phận lắp ráp để chuẩn bị cho cuộc đua.

Động cơ là thành phần phức tạp nhất trên xe F1. Khoảng 90% các bản thiết kế chưa bao giờ được đem ra chế tạo và 90% số động cơ được sản xuất ra không có cơ hội thể hiện sức mạnh trên các đường đua.

Với công suất 1.000 mã lực và tốc độ quay có thể tới 19.000 vòng/phút. Nhờ tốc độ vòng quay lớn như vậy, sức nén lên piston ở thời điểm tăng tốc của xe đua F1 có thể tương đương với 9.000 lần lực hút của trái đất. Vì thế, không có gì ngạc nhiên khi lý do thường xuyên nhất khiến các tay lái phải bỏ cuộc giữa chừng là hỏng động cơ. Thậm chí, nhiều xe còn không thể nhúc nhích khỏi điểm xuất phát. Để vận hành tốt, trung bình động cơ F1 của đội BAR Honda "hít" 650 lít không khí mỗi giây và ngốn sạch 75 lít nhiên liệu sau mỗi 100 km.

Chiếc xe đua năm 2005 của Toyota.

Vào những năm 1950, động cơ xe đua F1 sinh ra công suất trung bình 100 mã lực/lít dung tích (tương đương với một chiếc xe thương mại mạnh mẽ hiện nay). Tới "kỷ nguyên turbo" mà đi đầu là hãng xe Renault của Pháp, với động cơ 1,5 lít turbo, công suất trung bình sinh ra bởi một lít dung tích tăng tới 750 mã lực. Hiện nay, do giới hạn công suất tối đa 1.000 mã lực với dung tích 3 lít, động cơ của một số đội có tỷ lệ 300 mã lực/lít. Hầu hết các đội đua F1 hiện đều sử dụng động cơ V10 góc 72 độ, ngoại trừ góc 112 độ của Renault. Thông thường, các hãng xe sử dụng hợp kim nhôm để sản xuất động cơ và “thêm nếm” vài chất có hàm lượng rất nhỏ để cải thiện một đặc tính nào đó, miễn không phải là kim loại màu theo quy định của FIA.

Thời điểm sau Thế chiến II, hầu hết các xe đua F1 được các hãng ôtô lớn chế tạo toàn bộ, từ động cơ tới chassis (khung gầm). Chỉ tới khi xuất hiện các đội đua nhỏ của Anh như Cooper, Lotus, Lola, Brabham và Tyrrell, sự ưu tiên mới dần từ động cơ sang chassis. Và tới nay, trong số 10 đội đua đang tham dự F1, chỉ có Ferrari, Renault và Toyota là phát triển của động cơ lẫn chassis.

Cơ sở hạ tầng để chế tạo động cơ hoàn toàn khác với chassis. Phát triển động cơ yêu cầu sai số cực nhỏ cũng như vật liệu và quá trình sản xuất chuyên biệt. 90% các thử nghiệm đòi hỏi được thực hiện với những trang thiết bị đặc biệt. Trong khi đó, với mức sai số cho phép lớn hơn, 90% các thử nghiệm đối với chassis tiến hành trên các đường đua. Chỉ tới gần đây mà các phòng thí nghiệm và các hệ thống đo đạc trở nên phổ thông trong nghiên cứu chassis xe F1. Phát triển động cơ là một công nghệ đơn thuần, phát triển chassis còn mang yếu tố nghệ thuật.

Mục đích của việc thành lập một đội đua liên quan tới lợi nhuận khổng lồ từ bản quyền truyền hình và từ các nhà tài trợ. Trước đây, có nhiều đội đã tự thiết kế và chế tạo động cơ riêng như Lotus vào thập kỷ 80. Thống kê cho thấy 90% các bản thiết kế bị vứt xó và 90% số động cơ được sản xuất không phát huy tác dụng, trong khi số được sử dụng lại có tuổi thọ ngắn ngủi. Chẳng hạn, động cơ của đội đua lừng danh Ferrari có "vòng đời" kéo dài vỏn vẹn 1.000 km. Điều đó buộc Lotus cũng như các đội khác chuyên tâm vào nghiên cứu chassis.

Các hãng xe lớn tham gia F1 nhằm tạo ra ấn tượng về độ bền bỉ kỹ thuật và các chiến thắng sẽ giúp họ quảng bá thương hiệu một cách tốt nhất. Nhưng việc chế tạo cả động cơ lẫn chassis làm tăng mức chi phí lên gấp hai lần và vì thế, ngay cả Ferrari, vô địch 5 lần liên tiếp những mùa giải gần đây, cũng phải nhờ cậy tới hãng thuốc lá Marlborough để san sẻ gánh nặng này, bên cạnh chi phí lương bổng cho các tay đua.

Ngoài ra, với ngay cả một hãng xe lớn, bảo trợ cho một đội đua mang tên mình còn là một canh bạc bấp bênh. Danh tiếng của hãng sẽ phụ thuộc vào thành công của đội đua. Chẳng phải vô cớ mà Ford Motors, hãng xe lớn thứ nhì nước Mỹ, đã phải bán lại đội đua Jaguar và từ bỏ giấc mơ F1 sau khi kết thúc mùa giải năm ngoái.

Công nghệ cao cấp

So với động cơ thường, động cơ F1 không có nhiều điểm có thể coi là "ngoại hạng" trừ thiết kế xi-lanh, piston và van. 3 thông số quan trọng nhất của nó là hiệu suất thể tích (Volumetric Efficiency - VE), hiệu suất nhiệt (Thermal Efficiency - TE) và hiệu suất cơ học (Mechanical Efficiency - ME).

VE thường được dùng để biểu diễn lượng nhiên liệu và không khí trong xi-lanh quy về điều kiện áp suất khí quyển. Nếu xi-lanh được bơm đầy hoà khí (hỗn hợp nhiên liệu-không khí) ở 1atm, lúc đó VE có giá trị 100%. Những động cơ tăng áp có VE lớn hơn 100% do turbin làm tăng áp suất nạp. Tuy nhiên, khi xi-lanh hút ở áp suất chân không, lúc đó VE có giá trị nhỏ hơn 100%. Động cơ thông thường có giá trị VE nằm trong khoảng 80-100% và nếu giới hạn dưới lớn hơn 95%, nó sẽ có khả năng sinh công rất lớn. Nhưng FIA lại cấm các đội đua sử dụng turbin tăng áp, do đó về giá trị VE, động cơ F1 không khác động cơ thông thường bao nhiêu.

Động cơ dùng trên chiếc Renault R25.

Để một động cơ V10, dung tích 3 lít bình thường có công suất lớn tới 1.000 mã lực, tất cả trông cậy vào thông số thứ hai, hiệu suất nhiệt TE. Giá trị TE phụ thuộc vào thời gian đánh lửa, vị trí của bugi, nhiệt độ bên ngoài và thiết kế buồng đốt. Hiệu suất nhiệt của những động cơ thông thường vào khoảng 0,26, nghĩa là năng lượng chuyển thành công có ích chỉ chiếm 1/3 trong tổng số năng lượng cháy sinh ra. Hiệu suất nhiệt trên động cơ xe F1 chỉ nhỉnh hơn giá trị đó 30%, tương đương với giá trị 0,34 nhưng lại cho công suất lớn hơn nhiều lần so với động cơ cùng dung tích.

Một phần công sinh ra từ xi-lanh được dùng để vận hành chính động cơ. Tỷ số giữa phần năng lượng còn lại với năng lượng mà xi-lanh có thể sinh ra được gọi là hiệu suất cơ học (Mechanical Efficiency). Hiệu suất cơ học phụ thuộc vào lực ma sát giữa các ổ trục, ổ bi, ổ bạc cũng như các thành phần chuyển động khác. Hơn nữa, lực ma sát lại phụ thuộc vào tốc độ vòng tua máy. Vận tốc máy càng lớn, năng lượng cần để vận hành động cơ càng cao, do đó ME càng nhỏ. Trên lý thuyết, phương pháp hiệu quả nhất để nâng cao ME là giảm ma sát giữa các thành phần chuyển động ở tốc độ lên đến 18.000 vòng/phút. Nhưng để biến lý thuyết thành thực tế không phải là điều dễ dàng và các đội đua vẫn “điên đầu” vì “nhiệm vụ bất khả thi” đó. Sử dụng vật liệu có trọng lượng riêng nhỏ là giải pháp tâm đắc của các kỹ sư, thế nhưng, ngay cả điều này cũng chỉ nằm trong phạm vi cho phép vì tuổi thọ của động cơ sẽ giảm xuống.

Từng thành phần nhỏ nhất trong cấu trúc động cơ được nghiên cứu và phát triển một cách kỹ lưỡng bởi bí mật trong sản xuất động cơ nằm trong bí mật chung của chiếc xe F1. Mỗi năm, Ferrari lại tổ chức bán những chiếc xe F1 đã qua sử dụng cho các fan hâm mộ, nhưng để giữ bí mật, họ chỉ bán sau 2 năm và đảm bảo công nghệ đó không còn tác dụng nữa.

Trong cuộc cạnh tranh khắc nghiệt trên đường đua F1, bên cạnh những yếu tố về kết cấu động cơ, hình dạng khí động học, chất lượng lốp, nhiên liệu là một trong những bí quyết ảnh hưởng đến sự thành bại của một đội đua.

Kể từ khi ra đời năm 1950 tới nay, giải đua Công thức 1 (Formula One) không chỉ là cuộc thi thố về tốc độ mà còn là sân khấu để tập đoàn lớn trên thế giới xe trình diễn những công nghệ tiên tiến nhất của ngành công nghiệp ôtô.

Đầu vòi bơm nhiên liệu cho xe F1.

Nhiên liệu dùng cho động cơ xe F1 được cung cấp miễn phí từ các tập đoàn dầu khí đa quốc gia. Ví như Shell là hãng độc quyền cung cấp toàn bộ nhiên liệu, dầu nhớt cho Ferrari. Nhằm tránh một cuộc chạy đua "vũ trang" có thể dẫn đến tình trạng cá lớn nuốt cá bé mà sự phá sản của đội đua Arrow đầu những năm 90 là ví dụ điển hình, bên cạnh những thay đổi trong tiêu chuẩn về xe cộ hay động cơ, Liên đoàn ôtô quốc tế (FIA) cũng rất quan tâm tới chất lượng và thành phần nhiên liệu. Do vậy, mức độ tương đồng giữa nhiên liệu của F1 và nhiên liệu thông thường ngày càng được thu hẹp.

Cuối những năm 1970, các đội đua thường sử dụng xăng có chỉ số Octan từ 101 đến 102 bán trên thị trường châu Âu. Nhưng khi loại xăng này không được bán nữa thì sự khác biệt giữa xăng trong F1 và xăng thương mại ngày càng tăng. Nguyên nhân chủ yếu là do các nhà cung cấp khi đó được phép chế tạo những loại xăng đặc biệt dành cho đội đua của mình.

Đến những năm 1980, giới hạn về chỉ số Octan 102 vẫn được tiếp tục áp dụng. Tuy nhiên sau đó người ta phải đưa thêm điều khoản về thành phần ôxy và nitơ (nhỏ hơn 2% khối lượng). Tiếp đến là các giới hạn về áp suất hơi, nồng độ benzen và nồng độ chì.

Đội Williams chuẩn bị bơm nhiên liệu.

Năm 1992, FIA nhận thấy nếu xăng dùng cho xe F1 lại chứa những thành phần “đặc biệt” so với xăng thương mại khiến nó tách rời quá xa khỏi cuộc sống, khán giả sẽ mất dần sự quan tâm đến môn thể thao tốc độ nhất thế giới này.

Vì lẽ đó, từ năm 2000, FIA quyết định mọi loại xăng cung cấp cho xe F1 phải thoả mãn các điều kiện về chất lượng và chỉ tiêu kỹ thuật của Uỷ ban châu Âu. Một trong số đó là quy định xăng F1 không được chứa những hợp chất không tìm thấy trong xăng thương mại. Trước khi tiến hành cuộc đua, các nhà cung cấp phải gửi mẫu nhiên liệu đến phòng thí nghiệm của FIA tại Anh. Ở đó, các chuyên gia phân tích sử dụng máy sắc ký khí ghi lại thành phần của xăng thông qua các “đỉnh”. Chỉ cần một đỉnh nào đó không trùng với mẫu so sánh (xăng thương mại tại châu Âu), FIA sẽ không chứng nhận và đội đua sẽ buộc phải làm khán giả bất đắc dĩ.

Quy định về thành phần định tính (các loại chất) là không thể thay đổi, do đó các nhà cung cấp phải tập trung nghiên cứu xác định thành phần định lượng (khối lượng của từng chất) tối ưu để tạo nên nhiên liệu có hiệu suất cháy tối đa. Tỷ lệ về các hợp chất trong xăng luôn được giữ bí mật và được điều chỉnh tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, thời tiết của từng đường đua. Thông thường, những thông số đó được thiết lập trước khi cuộc đua diễn ra một vài ngày, nhưng do tính biến động cao của thời tiết nên nhà cung cấp phải dự trữ rất nhiều tình huống để có thể thích nghi kịp thời.

Đội Toyota tiếp nhiên liệu khi xe về pit.

Theo quy định của FIA, bình xăng còn phải đặt trước động cơ và sau người lái, mọi đường dẫn nhiên liệu phải trang bị hệ thống tự ngắt khi xảy ra tai nạn và không một dây dẫn nào được phép đi qua khoang lái. Mỗi chặng đua, các nhà cung cấp dự trữ khoảng 3.000 lít nhiên liệu và luôn giữ chúng ở nhiệt độ 10 độ C. Bình chứa nhiên liệu được thiết kế đặc biệt sao cho các vách chứa bên trong có khả năng giãn nở tuỳ theo lượng xăng trong bình, nhằm giữ cố định một khoảng không. Đó là lý do mà trong cuộc đua, quan sát các nhân viên kỹ thuật bơm xăng, giữa bình nhiên liệu và ống dẫn kín khít với nhau không có đường thoát khí nhưng nhiên liệu vẫn bơm được vào bình với tốc độ rất nhanh (lên đến 11 lít/giây).

Nhờ những quy định mang tính thực tiễn cao của FIA mà F1 vẫn luôn là sân chơi công nghệ cho các hãng xe danh tiếng. Không ít những ứng dụng trong xe hơi dân dụng được lấy từ thành quả của các đội đua F1. Và cách mà những chiếc xe tăng tốc chóng mặt bằng nhiên liệu không khác nhiên liệu thông thường đã thực sự làm người xem F1 “say như điếu đổ”.

Trong một cuộc đua, các lốp xe có lúc phải chịu sức ép tới hơn một tấn hay nhiệt độ lên đến 125 độ C. Nó được coi là một trong các yếu tố quyết định tới thành bại của một chiếc xe đua F1, cùng với kỹ năng điều khiển xe của tay đua, động cơ, độ ổn định và đặc tính khí động học của xe.

Lốp xe là một trong những bộ phận quan trọng nhất của xe đua F1. Điều này thể hiện rất rõ ở trong mùa giải 2003, đội Ferrari chỉ giành được thắng lợi ở chặng đua cuối cùng, mà lý do chính là lốp Bridgestone mà đội sử dụng không được tốt bằng lốp Michelin của các đội Williams và McLaren.

Trước hết, lốp xe F1 phải làm việc tốt trong điều kiện lực tác động rất lớn và nhiệt độ cao. Nhiệt độ lốp xe ở điểm tiếp xúc với mặt đường có thể lên tới 125ºC do lực ma sát, và bánh xe có thể quay với tốc độ 3.000 vòng/phút khi xe đạt tốc độ cao nhất. Do nhiệt độ và áp suất hơi ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của lốp, lốp xe F1 được bơm căng bằng không khí khô có độ ẩm bằng 0% để hoàn toàn loại bỏ ảnh hưởng của hơi nước đến áp suất và nhiệt độ. Nhiều đội đua thậm chí dùng khí trơ nitơ bơm vào lốp xe để có thể tính toán chính xác sự thay đổi áp suất khi nhiệt độ thay đổi.

Trong cuộc đua, lực ma sát sẽ khiến lốp xe nóng dần lên rồi ổn định ở một nhiệt độ nào đó, thường là khoảng 70-80ºC. Do vậy lốp xe được thiết kế để hoạt động tối ưu ở nhiệt độ cao. Để đảm bảo lốp xe hoạt động tốt ngay ở những vòng đua đầu tiên, các đội đua thường sử dụng một loại chăn điện đặc biệt để "hâm nóng" lốp xe trước khi vào đua. Những chiếc chăn điện này sẽ được phủ lên cả 4 lốp xe khoảng 2-3 tiếng đồng hồ trước giờ đua.

Quy định về rãnh lốp của FIA.

Thông thường, lốp xe F1 có 3 loại chính dựa theo thời tiết: lốp khô (dry), lốp trung gian (intermediate), và lốp mưa (wet) được dùng khi trời không mưa, trời mưa nhẹ, và khi trời mưa to. Tùy theo điều kiện thời tiết và mặt đường đua mà các đội đua sẽ lựa chọn loại lốp thích hợp nhất. Kể từ năm 1998, lốp khô bắt buộc phải có các rãnh dọc chạy song song với kích thước nhất định. Quy định này do Liên đoàn ôtô quốc tế (FIA) đưa ra nhằm giảm bớt tốc độ của xe đua F1, tăng độ an toàn cho các cuộc đua.

Hai yếu tố quan trọng nhất mà các nhà sản xuất lốp xe phải quan tâm là thành phần hoá học và cấu tạo cơ học của lốp. Mỗi chiếc lốp xe đua có thể được tạo thành từ hàng trăm thành phần hoá học khác nhau, trong đó nhiều nhất là cao su, carbon, lưu huỳnh và các hợp chất từ dầu mỏ. Tỷ lệ các thành phần này được thay đổi tuỳ theo tính chất của từng đường đua. Độ cứng của lốp do đó cũng thay đổi và được phân loại một cách tương đối từ rất mềm (extra soft) tới cứng (hard). Trước mỗi cuộc đua, các nhà sản xuất lốp lại mang đến rất nhiều loại lốp khác nhau, các đội đua phải chạy thử từng loại để tìm ra loại lốp thích hợp nhất cho đường đua và chiến thuật đua của mình. Loại lốp mềm thường cho nhiều ma sát hơn lốp cứng và do đó giúp xe chạy nhanh hơn, nhưng lại có nhược điểm là mòn nhanh hơn và do đó phải vào pit (khu vực kỹ thuật của đội đua) nhiều lần hơn để thay lốp. Trong một cuộc đua, các xe đua phải vào pit ít nhất một lần để thay lốp và tiếp nhiên liệu, mỗi lần mất khoảng 30-50 giây tính cả thời gian ra vào pit, tuỳ từng đường đua.


Cấu tạo các lớp của lốp xe F1.

Cấu trúc cơ học của lốp nói đến đặc tính cũng như cách sắp xếp của bộ khung các lớp sợi tổng hợp chạy ngang dọc bên trong lốp. Các lưới sợi tổng hợp này tạo nên độ cứng của lốp đủ để chịu được các lực tác động rất lớn khi xe chạy nhanh, phanh và vào cua. Khi xe đua chạy với tốc độ 250 km/h, lực tác động tổng cộng của trọng lượng xe và lực khí động học lên các lốp xe lên tới hơn 1 tấn. Khi xe đua vào cua, lốp xe sẽ phải chịu một gia tốc lên tới 4-5G. Lốp xe cũng phải chịu được các rung xóc rất mạnh ở tốc độ cao khi các tay đua chạy xe lấn lên phần gờ không bằng phẳng ở hai bên đường đua. Thông thường hệ thống giảm xóc của xe đua F1 rất cứng do gầm xe thấp, vì vậy lốp xe phải hấp thụ hầu hết những chấn động này.

Độ ổn định của lốp xe cũng là một yếu tố rất quan trọng. Trong quá trình đua, các lốp xe sẽ không thể tránh khỏi việc bị mài mòn và biến dạng. Các nhà sản xuất lốp sẽ phải tính toán để duy trì hoạt động tốt của lốp ngay cả trong những trường hợp này. Trong các mùa giải trước, lốp Bridgestone thường được cho là kém ổn định hơn đối thủ Michelin. Để lốp hoạt động tối ưu, việc thiết kế lốp hiện nay không còn là việc riêng của các kỹ sư của các nhà sản xuất lốp mà có sự đóng góp rất lớn của các kỹ sư thiết kế xe đua. Chiếc xe đua sẽ chạy nhanh nhất khi có sự “hoà hợp” giữa tất cả các bộ phận của xe, bao gồm cả lốp, hệ thống giảm xóc, hình dáng khí động học… Vì thế, việc hợp tác giữa các kỹ sư thiết kế lốp và các kỹ sư thiết kế xe đua là quan hệ hai chiều, họ hợp tác giúp đỡ lẫn nhau để tạo ra những chiếc xe chạy nhanh nhất.

ấu tạo một chiếc xe đua F1
Những chiếc xe F1 là đỉnh cao của công nghệ sản xuất xe hơi hiện đại. Chúng hoàn hảo trên mọi khía cạnh, từ kiểu dáng thiết kế nhằm đạt được hiệu quả cao nhất về khí động học cho đến sức mạnh động cơ hay các trang thiết bị điều khiển điện tử.

1. Khí động học

Những đặc tính khí động học của xe F1 là bài toán đầu tiên, quan trọng nhất mà các nhà thiết kế phải giải quyết khi thai nghén một chiếc xe đua. Nó quyết định không chỉ hình dáng mà còn cả vị trí của mọi bộ phận lắp đặt bên trong xe như động cơ, hộp số hay buồng lái. Khi chạy, không khí tạo ra một lực tác động rất lớn, có thể lật nhào xe ở tốc độ cao. Kiểm soát luồng khí chạy qua xe nhằm tối đa hoá lực ép xuống là một vấn đề làm đau đầu các kỹ sư, và nó tuỳ thuộc vào việc chiếc xe nằm ở vị trí dẫn đầu hay cuối đoàn đua lúc xuất phát.
Cánh trước xe


Cánh trước xe là bộ phận đầu tiên tiếp xúc với lực cản của gió. Nó định hướng luồng không khí chạy suốt chiều dài xe và vì thế, mỗi thay đổi dù nhỏ nhất đều ảnh hưởng rất lớn đến hiệu năng toàn thể của xe.
Cánh đuôi xe
Mục đích của cánh gió lắp phía sau là giúp chiếc xe bám đường tốt hơn, nhưng nó cũng làm tăng lực ma sát. Điều đó có nghĩa là các chuyên gia thiết kế phải thường xuyên nghiên cứu làm sao để có góc tới (góc nghiêng cánh gió) nhỏ nhất ở mức có thể mà không ảnh hưởng đến hiệu suất chung.

Gầm xe
Khoảng không bên dưới mỗi xe phải đạt được tiêu chí sao cho luồng khí thoát đi một cách nhanh nhất. Nếu như không khí bị giữ lâu dưới gầm xe, lực ép xuống sẽ bị giảm đi, ảnh hưởng đến tốc độ. Càng nhiều lực ép xuống, xe càng bám đường tốt hơn và càng dễ dàng tăng tốc.
Dưới gầm xe còn gắn một miếng gỗ cứng nhỏ, dày 10 mm. Đây là biện pháp đảm bảo các xe không chạy sát mặt đất quá mức cho phép. Nếu miếng gỗ của xe nào mòn đi hơn 1 mm, nó sẽ không được phép tham gia các cuộc đua.

Sườn xe
Sau khi va phải các bánh trước, luồng không khí rẽ theo 2 đường. Một phần, chạy dọc 2 bên sườn xe, nhờ đó mà triệt tiêu bớt lực cản. Phần còn lại đi thẳng vào các bộ tản nhiệt đặt ở bên hông, giúp làm mát động cơ.

2. Máy móc

Các bộ phận cơ khí là những gì làm cho chiếc xe có thể chạy hay dừng lại. Chúng được chế tạo bằng vật liệu cao cấp nhất.

Động cơ
Có dung tích 3 lít, động cơ V-10 là loại được sử dụng phổ biến nhất trên các xe F1 hiện nay. Nặng khoảng 100 kg, các động cơ này có tốc độ lên tới 19.000 vòng/phút và sinh ra công suất 900 mã lực. Như vậy, dung tích chỉ gấp 2 lần một chiếc xe sedan hạng trung, nhưng động cơ xe F1 nhẹ bằng một nửa, có tốc độ vòng tua máy cao gấp 3 lần và công suất lớn hơn tới 8 lần. Hộp số có 6 hoặc 7 cấp, thời gian để chuyển số diễn ra trong vòng vài phần nghìn giây.

Phanh và giảm xóc
Hệ thống giảm xóc cũng được thiết kế với những tiêu chuẩn về khí động học, giảm lực cản. Khi hãm phanh hay tăng tốc, chỉ cần giảm xóc nhún thấp hơn 1 mm so với mức cho phép đều có thể làm đổi hướng luồng khí chạy dọc xe, gây khó khăn cho việc điều khiển.

Khi giảm tốc độ, lực tác động lên hệ thống phanh cực lớn. Bánh trước và sau xe đua F1 đều được trang bị phanh đĩa, chế tạo bằng sợi cacbon công nghệ cao, chịu được nhiệt độ lên đến 1.300o C. Một hệ thống phanh đạt tiêu chuẩn phải hãm chiếc xe đang lao đi với tốc độ 290 km/h xuống còn 80 km/h trong vòng chưa đầy 2 giây.

Lốp xe
Lốp xe có ảnh hưởng lớn đến tốc độ của một chiếc xe F1 hơn bất cứ thành phần đơn lẻ nào khác. Chúng có 4 đường rãnh để giúp kiểm soát chiếc xe khi đang vào cua ở tốc độ cao. Vành xe bằng hợp kim nhẹ và mỗi bánh xe gắn với xe bằng một con ốc duy nhất. Các bánh xe lại được gắn vào xe bởi một đai ốc duy nhất. Khi các tay đua trở về khu vực kỹ thuật của đội, thay vì đổi lốp mới, các đội thay luôn cả bánh xe để tiết kiệm thời gian.

Bình nhiên liệu

Vị trí bình được đặt phía sau lưng tay đua. Thành bình đủ dày đến mức có thể chống được đạn, do vậy không gây ra nguy hiểm trong các tai nạn.

Bình chứa nhớt được đặt ngay trước động cơ, giúp trọng lượng xe phân bổ tốt hơn.

3. Điện tử
Hầu hết các tính năng của những chiếc xe F1 chịu sự kiểm soát của một máy tính trung tâm, từ động cơ, hộp số và các trợ giúp dành cho tay đua như kiểm soát độ bám đường. Hệ thống này ngăn không cho bánh sau bị trượt, đảm bảo tăng tốc trong thời gian tối thiểu. Nhiều người cho rằng máy tính đã can thiệp quá sâu vào những chỗ lẽ ra nên để cho các tay đua thể hiện kỹ năng. Theo quy định mới của Liên đoàn Ôtô Quốc tế (FIA), hệ thống kiểm soát độ bám đường đã bị loại bỏ kể từ Grand Prix Anh năm nay.

4. Khoang lái
Đây không đơn thuần là nơi mà tay đua ngồi vào và tham dự cuộc đua. Bánh lái là một trong những bộ phận quan trọng nhất, trên đó là bảng điều khiển của hầu hết các hệ thống điện tử trên xe. Khoang lái được tạo thành bởi một bộ khung làm bằng chất liệu sợi cacbon, để giảm thiểu chấn thương trong các vụ đụng xe. Khung xe phải trải qua một loạt cuộc kiểm tra về sự an toàn trước khi nó được phép tham gia đua.

hiết bị bảo vệ HANS trong các cuộc đua F1

Tại đường đua Interlagos (GP Brazil) hôm 6/4, Alonso đang phóng xe nhanh về đích thì húc phải một bánh xe gãy rời từ chiếc Jaguar R4 của Webber. Chiếc R23 lao vào rào chắn với tốc độ 240 km/h, 2 bánh trước văng ra, đầu xe nát vụn, nhưng Alonso bình an vô sự nhờ có thiết bị bảo vệ đầu và cổ HANS.

Sau khi kiểm tra các số liệu thu thập được sau vụ tai nạn, các kỹ sư của Renault tính toán được tay đua trẻ người Tây Ban Nha đã phải chịu một gia tốc 60g trong tai nạn trên. Nhưng khi được đưa vào bệnh viện để kiểm tra toàn diện, các bác sĩ đã không tìm thấy chấn thương đáng kể nào trên người Alonso, ngoại trừ một vết bầm ở mắt cá chân. Chỉ vài ngày sau tai nạn, Fernando Alonso đã hoàn toàn bình phục, sẵn sàng chuẩn bị cho chặng đua tiếp theo tại Imola, Grand Prix San Marino. Chính nhờ các trang thiết bị an toàn mới được áp dụng ở F1, trong đó có thiết bị bảo vệ đầu và cổ HANS (Head and Neck Support), mà tay đua này đã được bảo vệ một cách hoàn hảo trong một tai nạn mà nếu xảy ra hơn 10 năm trước đây, anh đã có thể không toàn mạng.

HANS được tiến sĩ Robert Hubbard, giáo sư bộ môn cơ - sinh học tại trường đại học tổng hợp Michigan State (Mỹ) phát minh với sự trợ giúp của người em vợ là tay đua xe hơi thể thao chuyên nghiệp Jim Downing. Thiết bị này khá đơn giản, bao gồm một khung nhựa cứng được luồn phía dưới đai an toàn trên vai của người sử dụng và các đai nhỏ gắn khung nhựa này với mũ bảo hiểm. Các đai này đủ linh động cho phép người lái thực hiện dễ dàng các cử động thông thường như ngẩng lên, cúi xuống, quay phải, quay trái. Tuy nhiên, vào lúc diễn ra tai nạn, chúng sẽ giữ chắc đầu của tay đua, tránh các chấn thương nghiêm trọng xảy ra cho đầu và đặc biệt là cổ.

Khi gặp tai nạn, chấn thương xảy ra khi cơ thể của người lái xe chuyển động theo quán tính và va chạm mạnh vào xe đua. Phần thân người của các tay đua được hệ thống đai an toàn giữ chặt vào ghế lái, hạn chế được chấn thương lên cơ thể. Riêng đầu của người lái từ trước đến nay không được giữ cố định, nên trong các tai nạn thường có xu hướng lao về phía trước trong khi thân người bị giữ lại, tạo nên một tác động giống như khi đầu vừa bị kéo, vừa bị bẻ về phía trước. Các thí nghiệm cho thấy, ở những cú va chạm có gia tốc 80 g, cổ của tay đua sẽ phải chịu một lực kéo tổng cộng khoảng 600 kg. Thời gian tác động rất ngắn, nhưng lực kéo quá lớn sẽ dễ gây ra các tác động xấu đối với các đốt sống cổ và hệ thống cơ cổ. Nếu tay đua được trang bị HANS, lực này giảm đáng kể, từ 600kg xuống chỉ còn khoảng 130kg. Theo tính toán, giới hạn lực có thể gây chấn thương trong những cú va chạm như vậy là 315 kg.

Tiến sĩ Hubbard đã đưa vào thử nghiệm mẫu HANS đầu tiên vào năm 1989 cùng với các chuyên gia cơ - sinh học của trường đại học tổng hợp Wayne State ở Detroit. Những thiết bị HANS đầu tiên được đưa ra thị trường vào năm 1990. Từ thời điểm đó, các hãng ôtô lớn trên thế giới như General Motor, Ford và Mercedes-Benz đã tiến hành các thử nghiệm riêng và đều khẳng định tác dụng tích cực của thiết bị này trong việc giảm đáng kể chấn động đối với đầu và cổ.

Vào năm 2000, thiết bị HANS thu gọn đã được thiết kế để có thể đưa vào sử dụng trong các giải đua xe ôtô. Cho đến nay, HANS đã chứng minh được tính ưu việt của nó trong các tai nạn và đang được hàng nghìn tay đua chuyên nghiệp sử dụng thường xuyên. Nó trở thành thiết bị an toàn bắt buộc trong hàng loạt các giải đua xe lớn như F1, CART, Formula Atlantic…

Sau tai nạn của Fernando Alonso, Giám đốc kỹ thuật của đội đua F1 Renault - Pat Symond - đã nhận xét về HANS như sau: “Tôi nghĩ HANS đã phát huy tác dụng rất tốt. Các thử nghiệm an toàn của chúng tôi chỉ được thực hiện ở gia tốc 40g, và ngay ở gia tốc này, va chạm xảy ra là rất mạnh. Vậy mà Fernando đã không có bất kỳ một chấn thương nào ở cổ, một điều thần kỳ trong tai nạn như của cậu ta. Tôi nghĩ có thể kết luận rằng chính thiết bị này đã bảo vệ Fernando khỏi chấn thương. Điều đó làm chúng tôi rất hài lòng".

Năm 2001, tiến sĩ Robert Hubbard và Jim Downing, những người sáng chế ra thiết bị HANS, đã được trao tặng giải thưởng Louis Schwitzer. Đây là giải thưởng được trao hàng năm nhằm tôn vinh những cá nhân đã có những đóng góp trong việc khám phá và phát triển những công nghệ và kỹ thuật mới, áp dụng trong đua ôtô.

Các loại cờ hiệu trên đường đua F1

Trên đường đua F1, để các tay đua nhận được thông báo nhanh nhất, người ta sử dụng nhiều loại cờ với màu sắc, hình dáng, cách cầm và vẫy khác nhau. Mỗi loại quy ước một mệnh lệnh hoặc thông tin riêng.

Ngoài ra, quy ước của từng loại cờ tại các đường đua có thể cũng không giống nhau.

Cờ xanh: Dấu hiệu cho biết, sau sự cố nào đó, đường đua đã được kiểm tra. Khi lá cờ này được vẫy thì đường đua đã trở lại an toàn và các xe có thể tiếp tục đua bình thường.

Cờ hai nửa đen trắng chéo nhau: Báo hiệu một hành động phi thể thao, cùng với lá cờ này là một tấm biển ghi số của chiếc xe phạm lỗi. Tay đua sẽ bị phạt khi lá cờ đó được vẫy.

Cờ vàng: Vẫy từng lần một báo cho các tay đua phải giảm tốc độ; vẫy hai lần một, tay đua phải chuẩn bị để dừng hẳn lại khi có lệnh dừng. Trong cả hai trường hợp, các tay đua không được vượt các xe phía trước, tuy nhiên có thể thu hẹp khoảng cách với các xe đó. Những tay đua tìm cách vượt xe khác dưới lá cờ vàng sẽ bị phạt nặng. Trong thực tế, rất khó xác định có phải tay đua đã phạm phải lỗi đó hay không vì họ đang ở tốc độ cao. Vì thế, đội đua bị phạt trong trường hợp này thường yêu cầu ban tổ chức xem xét lại.

Cờ đen có vòng tròn màu da cam ở giữa: Báo hiệu người lái phải đưa thẳng xe về pit-stop. Nó được vẫy trước mũi chiếc xe có sự cố nghiêm trọng về máy móc, đe dọa sự an toàn của tay đua và khán giả, nếu không dừng lại thì sẽ bị phạt nặng.

Cờ đỏ: Báo sự cố xảy ra khiến các xe đua đều phải dừng lại. Có nhiều lý do để ra lệnh này như thời tiết, tai nạn hoặc mặt đường đua có vấn đề gây ra ách tắc và các xe đua không thể đi qua đó an toàn. Trước khi vẫy cờ đỏ, người ta thường vẫy cờ vàng. Khi thấy cờ đỏ vẫy, người lái xe phải nhanh chóng dừng xe lại.

Cờ đen: Bị các tay đua rất ghét, vì nó báo hiệu xe của họ đã phạm luật và họ phải đưa xe tới pit-stop ở vòng đua sau. Ban tổ chức sẽ vẫy lá cờ này cùng với tấm biển đề số xe phạm luật.

Cờ màu xanh nước biển

Trang web của thầy Tú

1.  benubenu.blogspot.com

2.  hahuytap.tk