Безапастность пилота в F-1

Экипировка пилотов Формулы-1

Технический прогресс на месте не стоит, чему свидетельство – постоянно растущие скорости болидов «Формулы-1». Обеспечивать комфорт пилотам болидов в течение всей двухчасовой гонки, а также максимально обезопасить их в случае возникновения аварийных ситуаций, помимо технических характеристик самих гоночных болидов, призвана и экипировка спортсменов.
Одна из самых важных задач здесь – защита пилота и снаряжения от огня. При решении этой задачи большое внимание уделяется как костюмам пилотов, так и их шлемам, и тут уж ни о какой экономии средств говорить не приходится: все должно быть на высочайшем уровне. Экипировка пилота «Формулы-1» должна выдерживать температуру порядка 800С в течение 12 секунд, и рассчитана на то, чтобы за 30 секунд пилот мог покинуть зону огня, не получив от него никаких повреждений.
Яркие комбинезоны пилотов, весящие всего около полутора килограммов (при этом треть веса комбинезона приходится на рекламные нашивки), подшлемник, а также нижнее огнестойкое термобелье мужское изготавливаются только из волокна Nomex, схожего с кевларом. Такое термобелье и комбинезоны шьются особым способом с помощью нитей из того же Nomex. На один сезон пилоту требуется порядка 20 таких комбинезонов. Для справки, материал Nomex пришел в «Формулу-1» из области космических разработок – из него изготавливали детали первых скафандров. Наверное, многие обращали внимание на погоны - обязательную деталь каждого комбинезона пилотов Формулы-1. Они нужны не для красоты, как можно подумать, а имеют функциональное назначение, так как представляют собой прочные петли, за которые можно вытащить потерявшего сознание пилота из кокпита.

Ботинки пилотов изготавливаются из кожи, а затем также обтягиваются Nomex. Для большей безопасности и защиты от ударов в кокпите такие ботинки имеют пенистые протекторы и подошву из спрессованной резины. Что касается перчаток, то они также выполнены из негорючего материала Nomex и имеют вставки из замши на ладонной поверхности для обеспечения удобного захвата руля.

ШЛЕМ

Шлем – это практически единственная защита для головы пилота. Конечно, он служит также отличительным признаком данного пилота, помогающим публике и комментаторам узнать его во время гонки. Но все же шлем, прежде всего, является важнейшей частью защиты пилота, а также играет существенную аэродинамическую роль. Область шлема – одна из наиболее турбулентных зон в болиде Формулы 1, и поэтому одной из задач для производителей шлемов, таких как Schuberth и Bell, становится уменьшение этого нежелательного побочного эффекта. Более того, шлем может быть сконструирован таким образом, что он увеличивает поток воздуха, направляющегося в воздухозаборникнад головой пилота, что, в свою очередь, может увеличивать мощность двигателя и, в результате, скорость движения. Проектировщики шлемов не должен забывать также и об вентиляционных отверстиях для дыхания, обеспечении доступа воды для питья во время гонки, и многое другое…
Помимо прочего, говоря об особенностях шлема, нужно самое серьезное внимание уделять и комфорту пилота. Голова пилота находится в непосредственной близости от двигателя, поэтому шлем должен защитить от сильного шума во время гонки и обеспечить, тем самым, возможность максимальной концентрации пилота. Для каждого пилота шлем делается индивидуально и под заказ, чтобы гонщик чувствовал себя максимально комфортно и был защищен. В то время как мотоциклетный шлем сконструирован из трех слоев - набивки, внутренней и внешней оболочки, шлем гонщика Формулы 1 состоит из 17 слоев. Индивидуальный составляющие каждого отдельного шлема строго держатся в секрете - специалисты могут назвать только 3 составляющие - углеродное волокно для жесткости и прочности, огнеупорный aramide и полиэтилен, который используется при изготовлении бронежилетов и предназначен для того, чтобы сделать шлем непробиваемым. Ко всему прочему, так же следует добавить алюминий, магнезий и эпоксидную смолу.

Использование углеволокна позволяет сделать шлем максимально легким - его вес составляет 1,25 кг, но при этом он может выдерживать большие нагрузки. Преимущества легкого шлема очевидны - он позволяет уменьшить нагрузку на шейные мышцы, особенно на участках трассы, где перегрузки наиболее высоки.

При изготовлении каркаса шлема склеивают вместе несколько слоев углеродного волокна, после чего шлем помещают в автоклав, где отдельные части соединяются друг с другом и под воздействием высокого давления и температуры в 132 С они становятся твердыми. Части, на которых приходится наибольшая нагрузка - такие как нижняя часть шлема и контур забрала - укрепляются с помощью алюминия и титана. Внутренняя обивка состоит из двух слоев огнеупорного материала Nomex.
Составные части шлема:
Каркас шлема
Поглотитель шума
Титановая застежка
Внутренняя маска
Резонансный глушитель
Вентиляционные разъемы
Система вентиляции сконструирована таким образом, чтобы хотя бы 5 литров свежего воздуха поступало в шлем в единицу времени. Фильтры очищают воздух от моторного масла, карбона, а также задерживают частички пыли. Радио, которое находится на уровне подбородка, обеспечивает связь с боксами. Благодаря проектно-конструкторским решениям, уровень шума в шлеме удалось понизить до 100 Дб, что существенно облегчает общение пилотов со своими инженерами.

Даже в самых сложный ситуациях гонщику необходим хороший обзор, который возможен благодаря забралу толщиной всего в 3 мм. Оно изготавливается из огнеупорного поликарбоната и удобно для глаз. Тонировка меняется за миллисекунды подобно очкам для солнца. Например, при входе в туннель на трассе в Монако забрало проясняется, снова темнеет за секунду до выхода из тоннеля и, таким образом, гонщик не рискует быть ослепленным дневным светом. Кроме того, забрало шлема подогревается? не смотря на то, что зимой гонки не проводятся.

Перед тем, как Международная Федерация Автоспорта FIA официально одобрила шлем, было проведено много разнообразных крэш-тестов. Во время так называемого "испытания на проникновение" 3-килограммовый металлический предмет с высоты трех метров падал на шлем, который, в свою очередь, оставался неповрежденным. Так же проводились тесты креплений шлема. При нагрузке в 38 кг ремешок для подбородка не должен растягиваться более 30 мм. Забрало шлема выдерживает бомбардировку мелкими частицами со скоростью 500 км/ч, при этом, частички не проникают глубже, чем на 2 мм, либо вообще не могут повредить поверхность забрала. Во время испытаний на огнестойкость, в течение 45 секунд при температуре горения в 800 С, шлем не был подвержен каким-либо повреждениям. И при этом, температура внутри шлема не превышала 70С.

HANS

HANS - Head and Neck Support (поддержка головы и шеи).
Данная система поддержки головы и шеи была разработана в середине 80-х годов доктором Робертом Хаббардом - профессором прикладной биомеханики Мичиганского государственного университета США. Первые прототипы были неплохи, но они были разработаны для использования в спортивных машинах и поэтому были слишком велики, форма кокпита не позволяла использовать подобные системы.

Позже Робберт Хаббард начал работать с Mercedes-Benz, совершенствуя прототипы системы поддержки головы и шеи, при этом использовались специально сконструированные манекены для проведения крэш-тестов. И уже в 1987 году Хаббард запатентовал свое изобретение, получившее название HANS. По поручению FIA, автор изобретения в сотрудничестве с Mercedes-Benz, доработали систему HANS и адаптировали ее для полулежачего положения гонщика в болиде Формулы 1.
Со временем, после многочисленных тестов и разработок, дизайн устройства устраивал практически всех, включая FIA, которая приняла решение об обязательном использовании системы HANS для всех гонщиков Формулы 1 начиная с сезона 2003 года.

Система поддержки головы и шеи вместе со шлемом гонщика и ремнями безопасности значительно уменьшают нагрузки, воздействующие на голову и шею во время аварии. Это помогает понизить риск травм шеи и головы - самых распространенных при авариях в гонках.
HANS состоит из:
Подложка для головы
Ворот
Ремешок крепления
Застежка
Углепластиковое коромысло
Резиновое покрытие
Мягкая подложка для плеч
Крепление на шлеме для застежки
HANS представляет собой своего рода ярмо на шее гонщика. Оно состоит из углепластикового коромысла, которое надевается вокруг шеи пилота и опирается на его плечи, проходя под ремнями безопасности. Позади шеи оно образует ворот, от которого отходят два прочных ремешка из кевлара, крепящихся по бокам шлема с помощью специальных застежек. Ремешки регулируются таким образом, чтобы пилот мог поворачивать голову достаточно свободно. Когда пилот сидит в кокпите, ремни безопасности подогнаны таким образом, чтобы удерживать систему HANS с двух сторон, это не позволяет воротнику сместиться.

Точный размер и форма системы HANS, а также расположение креплений на шлеме (они расположены вокруг центра тяжести головы, чтобы гарантировать равномерное распределение силы) - результат многолетних разработок.

При резком торможении во время аварии пилот подвергается воздействию силы, в 80 раз превосходящей силу тяжести. В такой ситуации вес головы пилота и шлема может за считанные мгновения возрасти с 7 кг до 560 кг. Система HANS обеспечивает амортизацию этого колоссального напряжения, а также защищает голову пилота от ударов о руль и переднюю часть кокпита.
При фронтальном ударе туловище гонщика и его голова по инерции устремляются вперед до тех пора, пока это позволяют ремни безопасности. Так как система HANS плотно прижата плечевыми ремнями к плечам гонщика, избыточное движение шлема вперед предотвращается ремешками, пропущенными через ворот устройства. Демпфирующая прокладка внутри шлема надежно фиксирует в нем голову и передает нагрузку отрицательного ускорения туловищу, а через него на плечевые ремни безопасности, таким образом, почти полностью обходя шею.

Впервые идея о защитном фиксаторе шеи появилась в 1995 году, после аварии Мика Хаккинена в Аделаиде, когда он ударился головой о руль после того, как его автомобиль потерял управление из-за проколотой покрышки и врезался на огромной скорости в барьер ограждения. Тогда-то специалисты FIA и обратили внимание на устройство Хаббарда, которое с успехом использовалось в США.

Стоит отметить, что стоимость устройства HANS составляет около 2 000 долларов, и в зависимости от модели может быть использовано в любом классе гонок.

РЕМНИ БЕЗОПАСТНОСТИ

Несмотря на быстро развивающиеся технологии Формулы 1, прошло довольно много времени для разработки ремней безопасности, которые смогли бы спасти гонщику жизнь. Хотя шлемы и комбинезон предусматривались по решению первого административного совета FIA еще в 60-х годах, ремни безопасности стали необходимой деталью в болиде с 1972 года.

Гонщики Формулы 1 пристегиваются в кокпите 6-точечными ремнями безопасности, так же как и пилоты истребителей. Два плечевых ремня, два - поясничных и два на ногах, чтобы предотвратить сползание пилота при фронтальном ударе, дают гонщику полную свободу действий в управлении болидом - он может легко переключать различные рычаги управления, которые находятся в его поле зрения.

Так как кокпит не обладает большим пространством и гонщик сидит в нем достаточно плотно, поэтому ему необходима помощь со стороны механика для того, чтобы пристегнуть ремни. Если ремни не жмут - значит, они недостаточно сильно затянуты. Несмотря на это, в экстремальных ситуациях пилот может сам покинуть машину за 5 секунд, отстегнув все ремни, так как все ремни можно расстегнуть лишь одним движением руки.

Ремни должны быть достаточно прочными, чтобы защитить гонщика от ударов и внезапных столкновений.

Производители ремней безопасности и команды проводят специальные эксперименты, в ходе которых проверяют ремни на прочность и упругость материала. Они изготавливаются из текстильных волокон полиэфира, иногда специальные полоски из моноволокна вплетены в края. Они служат аналогом небольших пружинок, которые удерживают ремни в гладком состоянии. В таком случае, нагрузка распределяется по все ширине крепления ремня. Застежки и крепления, как правило, изготавливаются из титана.

Согласно стандарту FIA 8853, каждая точка крепления ремня должна выдерживать нагрузку в 17.7 килоньютон, что равносильно 1. 470 кг.

Ширина ремня должна быть между 44 и 76 мм. (плечевой и ножной) и между 50 и 76 мм (поясничный) в зависимости от регулировки сидения.

МОНОКОК

Ноги гонщика не должны выходить за линию передней оси. Монокок должен иметь зону перед ногами гонщика не менее 30 см (правило введено в 1995 году). Обязательны защитные прокладки из вспененного конфора вокруг ног гонщика (2001).

КАПСУЛА БЕЗОПАСНОСТИ

Изготавливается из легких и высокопрочных композитных материалов на основе карбона; толщина внешнего пакета слоев капсулы - минимум 3,5 мм. Включает прослойку из кевлара толщиной 2,5 мм.

ПОДГОЛОВНИК И ЗАЩИТНАЯ ПРОКЛАДКА

по бортам кокпита должны находиться на уровне центра тяжести шлема (1996). Углеволокно сотовой структуры обеспечивает прочность, а заполнитель (вспененный конфор толщиной 75 мм) поглощает энергию за счет деформации. Ускорение головы гонщика во время фронтального столкновения снижается на 56,5 процентов.

СИДЕНЬЕ ВОДИТЕЛЯ (ложемент)

Сиденья съемные, должны извлекаться из машины вместе с гонщиком (1999), крепятся к кокпиту единообразно (2000). Изготавливаются из углеволокна строго индивидуально, формируются по фигуре пилота. В год изготавливается по шесть - восемь ложементов на гонщика. Они регулярно проверяются на наличие повреждений и усталость материала, по мере необходимости заменяются на новые. Размеры входного отверстия кокпита увеличены (2001), чтобы в случае травмы гонщика облегчить его эвакуацию из машины вместе с ложементом.

ДУГА БЕЗОПАСНОСТИ

Высота зоны безопасности над головой гонщика увеличена с 50 до 70 см (1999), в четыре раза повышен предельно допустимый уровень фронтальных и боковых нагрузок на дугу безопасности.

РУЛЕВОЕ КОЛЕСО

Должно быть съемным. Обязательна складывающаяся травмобезопасная конструкция рулевой колонки (1997). Проводится специальный тест на ее энергопоглощающие свойства.

КОЛЕСА БОЛИДА

Соединены с коpпуcом машины двумя стальными страховочным тpоcами, чтобы при разрушении рычагов подвески в результате аварии уменьшить риск отрыва колеса. Предельная горизонтальная нагрузка на разрыв тросов увеличена с пяти до шести тонн. Подвеска сконструирована так, чтобы при отрыве колеса и деформации рычагов исключить их попадание в голову гонщика.