Продолжение статьи «Возглавляя гонку». Начало можно прочесть здесь

Автомобиль «Вильямс» по Формуле-1 1986 года – модель «FW11″ – удачный пример того, насколько широко могут использоваться эти относительно новые материалы. Для шасси и крыльев, от которых требуется особая жесткость, широкое применение нашли композиция из карбонового волокна и эпоксидной смолы; крупные кузовные панели, жесткость которых может быть немного ниже, но которые зато обязательно должны быть минимальной массы, изготовлены из волокна «Кевлар», тоже в композиции с эпоксидной смолой. Всего из композитных материалов выполнены около 30 крупных деталей и множество деталей меньшего размера. Фактически все «видимые» части автомобиля выполнены из них – за исключением колес, шин и узлов подвески.

Главный конструктивный элемент – шасси-полукузов или монокок – средоточие композитных материалов. В основном это трехслойная оболочка такой конфигурации, которая вмещает водителя и топливный отсек на 195 л. Она воспринимает раздельные нагрузки от узлов крепления передней подвески и двигателя. Силы, действующие на конструкцию, создаются в результате поворотов, ускорений, торможений и толчков. Они определяются как скручивающие, продольно-изгибающие и поперечно-изгибающие. Шасси, рассчитанное на все эти нагрузки, весит, однако, вдвое меньше, чем, например, британский автогонщик Найджел Менселл.

На примере шасси «FW11″ видны явные преимущества композитного материала – карбонового волокна с эпоксидной смолой. Уже первое такое шасси «Вильямс» – модели «FW10″ 1985 года – значительно превосходило по жесткости предыдущую алюминиевую конструкцию. Например, при одном и том же весе прочность кабины водителя на скручивание превосходила прочность алюминиевой кабины на 65%. Меньшая плотность позволяет увеличить массу материала и обеспечить более значительный запас прочности. Это особенно полезно в тех случаях, когда внезапные отклонения от трассы ведут к нагрузкам, трудно поддающимся расчету…

С технологической точки зрения, шасси состоит из пяти главных элементов. Наиболее важный из низ – внешняя оболочка с передней и задней перегородками, верхом, боковинами и выполненным как одно целое каркасом «обруча безопасности», предохраняющего водителя в случае, если машина перевернется вверх колесами. Поскольку оболочка «FW11″ несет рабочие нагрузки, она имеет геометрически сложную форму. Тут и поверхности двоякой кривизны, и места сопряжений с другими деталями и проем кабины водителя. Кроме того, оболочку необходимо формовать в охватывающей матрице (а не вокруг внутреннего шаблона).

Вся оболочка – трехслойной конструкции, ее формуют в две стадии. Наружный слой выдерживают в автоклаве под максимальным давлением в 6,9 атмосферы, а средний сотовый и внутренний слои – под давлением, не опасным для среднего слоя, – обычно 3,45 атмосферы. Другие главные панели шасси – четыре перегородки и днище – формуют в таком же режиме. Сборка шасси ведется при помощи специального клея холодного схватывания, после чего в готовой конструкции сверлят крепежные отверстия. Изготовление оболочки занимает обычно две недели.

В связи с ограниченной способностью материала принимать изогнутые формы, оболочку формуют из плетеного предварительно пропитанного материала, а гладкие слои модифицируют по мере необходимости пропиткой в одном направлении. Максимальное внимание уделяется тому, чтобы после формовки оболочку не приходилось зачищать (например, для снятия излишней толщины). С этой целью еще на стадии конструирования, тщательно выверяют все изгибы на отсутствие возможного перехлеста слоев или разрыва одного из них. Опыт персонала, накопленный в предыдущей работе по конструированию из композитных материалов, помог разработать эффективную систему для определения геометрии и ориентации каждого слоя. Для вырезания и взаимного размещения предварительно пропитанных поверхностей среднего сотового слоя и сотовых вставок был создан точный, стабильный метод работы по лекалам и шаблонам.