Čeští studenti staví formule

Petr Kubala  |  Technika

Podívejte se, jak studenti z ČVUT stavějí formule, se kterými dosahují mezinárodních úspěchů.

Ve Formuli 1 šlo vždy o velmi drahý vývoj nových technologií a řešení. Hledání desetinek sekundy v každém kole a mezer v pravidlech na straně jedné, bezpečnost, nízká hmotnost a co nejvyšší spolehlivost na straně druhé. Existují i nižší série formulových klání, kde je kladen důraz především na samotného pilota a jeho průpravu. Technika jde stranou, jezdci obvykle pilotují stejné vozy, které odlišuje jen nastavení.

Zejména v poslední době se však rozvíjí ještě jedny formulové závody, kde naopak hraje technika roli nejvyšší. Studentská Formule SAE je mezinárodní projekt, kterého se dnes účastní přes 500 univerzit z celého světa. Díky Formuli SAE získávají studenti velmi kvalitní zkušenosti, kontakty a rozvíjí své schopnosti ve všech oblastech, které jsou pro motorsport důležité: vývoj vozu, testování, management i reklamní činnost.

V České republice se soutěže účastní mimo jiné studenti ČVUT a nutno říci, že velmi úspěšně. Například v roce 2011 dosáhli ve Velké Británii v nabité konkurenci 108. týmů na 7. místo, ve Španělsku pak na 2. místo z 15 týmů. V loňském roce to pak byly dvě třetí místa v Maďarsku a ve Španělsku.

Hlavním cílem soutěže samozřejmě není kosit zatáčky na proslulých okruzích, ale stavba vozu jako takového. Tým projde statickými a dynamickými disciplínami. Ve statických se posuzuje technická vyspělost vozu, finanční náročnost projektu nebo prezentace investorům v oblasti sériové výroby vozu.

Dynamické disciplíny obsahují jízdu v osmičce (měření bočního přetížení), jízdu po asi kilometrové trati (hodnocení agility vozu a jeho obratnosti), sprint o délce 75 metrů (měření zrychlení z 0 na 100 km/h) a případně také závod o délce 22 km s cílem testování spolehlivosti vozu.

V letošním roce studenti z projektu CTU CarTech využívají vůbec poprvé místo rámu z ocelových trubek monokok z uhlíkových vláken (viz tisková zpráva). Jedná se tedy o stejnou technologii, kterou používají týmy ve Formuli 1.

Výroba forem na monokok
Výroba forem na monokok

Jak se taková formule staví, co vše musí splnit a jak probíhají závody, na to jsme se zeptali Jakuba Prokeše z týmu CTU CarTech.

CTU CarTech to jsou na vaší univerzitě dva projekty. Jeden pracuje se spalovacím a druhý s elektrickým motorem. Jak se oba projekty liší co do úspěchů, zapojení studentů apod.? Je některý z nich řekněme z hlediska zdrojů více prioritní nebo se každému věnujete stejně?

Hlavní odlišnost tkví v době vzniku a na to navazuje zbytek. V době stavby první formule na tradiční pohon spalovacím motorem, tedy v roce 2009, ještě kategorie elektrických vozů ani neexistovala. První soutěž těchto alternativně poháněných monopostů se uskutečnila až v roce 2010 a průkopníkem je soutěž Formula Student Germany. Již tou dobou se hodně mluvilo o alternativních pohonech, a tak se nápad rychle ujal a v současnosti všech sedm evropských podniků umožňuje start obou kategorií.

Z hlediska pravidel je pak dáno, že musí jít o oddělený tým lidí. Sdílení know-how však zakázáno není, a tak mohla již první elektrická formule těžit ze zkušeností její starší spalovací sestry. Hodně také pomohly kontakty s firmami, které již podporovaly divizi Combustion. Každá divize si ale ve finále musí auto navrhnout a postavit sama, stejně jako si jej sama musí umět prodat na soutěžích.

Soutěžíte od roku 2009, jak se od té doby vůz změnil?

Pokrok je znatelný v každém ohledu projektu. První ročník byl pro tehdejší tým velkou neznámou. Udělali však vše co bylo v jejich silách a i díky tomu vůz skončil v závěrečném hodnocení na 59. místě a zajistil tak historický úspěch pro účastníky ze střední a východní Evropy. I přesto, že vůz přišel o 40% možných bodů, protože mu v hlavním závodě došlo palivo 400 m před cílem. Tou dobou měl samotný vůz hmotnost téměř 340 kg a výkon 57 kW. Pro tým to byla obrovská zkušenost, kterou v rámci tehdejších možností beze zbytku využili.

Druhý vůz již vážil o celých 65 kg méně a výkon se zvýšil o znatelných 6 kW. Zlepšila se celková dispozice vozu, využily se v rozsáhlé míře kompozitní materiály, zvýšila se spolehlivost. Tu spolehlivost nejlépe dokládá fakt, že vůz bez větších servisních zásahů dodnes jezdí a je využíván pro testování dílčích komponent motoru.

Poslední vůz z roku 2012 (lze považovat za velmi blízký vozu z roku 2011) jde ještě dál. Hmotnost již klesla až na 223 kg včetně všech provozních náplní, zvýšil se výkon za snížení otáček, při kterých je dostupný, zlepšila se momentová charakteristika motoru, takže vůz lépe táhne. Díky rozšíření podpory našich partnerů jsme nyní schopní vyrábět kompozitní díly pomocí nejnovějších technologií, a to prosím ve „školní dílně“.

Na všechny části vozu se aplikují moderní výpočetní metody, data získaná z předchozích modelů se analyzují a provádějí se simulace pro další snížení hmotnosti, zvýšení výkonu, zlepšení ovladatelnosti a stability. Výhodou univerzitního prostředí je snadná dostupnost všech těchto moderních prostředků, které jsou v komerční verzi ohromně nákladné. Máme vlastní výrobní prostory, máme trvale k dispozici stanoviště pro měření motoru. De facto máme vlastní, takřka profesionální vývojový tým, stačí si odskočit ze školní lavice.

Jak moc jste při návrhu omezení pravidly?

Pravidla sice omezují výkonové možnosti vozu a definují z velké části, jak vůz ve výsledku vypadá, stále je však spousta prostoru pro vlastní řešení a inženýrskou práci. Nemáme třeba vůbec omezenou minimální hmotnost ani rozpočet. Teda omezený pravidly…

Z pravidel je zřejmá snaha organizátorů soutěže o vytvoření dostatečného prostoru pro vývoj a experimentování při současně zachované vysoké bezpečnosti. Není v zájmu nikoho z účastníků, aby se vozy pohybovaly na hraně bezpečnosti pro jezdce a diváky. Proto jsou tratě široké 4,5 m a stavěné z kuželů, takže se celá trať hlavního závodu vejde na středně velké parkoviště supermarketu, nebo do první zatáčky slavných okruhů. Charakter tratě má vést k průměrné rychlosti v hlavním závodě okolo 60 km/h.

To však neubírá nic na možnostech vyvíjet vlastní řešení, lepší než jaké nasadí konkurence. Jak jsem již naznačil, téměř každou součást na vozidle lze v rámci pravidel optimalizovat pro nižší hmotnost, lepší vlastnosti. Stále je však potřeba spolupracovat se zbytkem týmu, závodní vůz musí fungovat jako celek.

Ve Formuli 1 je řada komponent od jednoho dodavatele. Máte to také tak? Například v oblasti pneumatik nebo si je musíte shánět sami?

Veškeré součásti si musíme obstarat sami. Část věcí a materiálů se daří sehnat v rámci podpory od našich partnerů z průmyslu, část výrobců poskytuje pro týmy Formula Student zajímavé slevy. Ložiska nám například dodává stejná firma, která je výhradním dodavatelem i do Formule 1. U bezpečnostních prvků jako je zádržný systém, nehořlavé oblečení apod. je požadovaná homologace FIA, stále je však možnost volby mezi různými výrobci. V určitých oblastech je patrné dominantní až monopolní postavení některého dodavatele, vždy však zůstává možnost vyrobit si danou věc po svém. Toho se chytli někteří podnikaví absolventi této soutěže a založili po absolvování univerzity společnost vyrábějící komponenty speciálně pro tuto soutěž.

Podle všeho jde o poměrně nákladné záležitosti. Jaký je váš roční rozpočet? Jakou část tvoří třeba sponzoři?

Je to tak, prvotřídní materiály a prototypová výroba znamenají vysoké náklady. Jen materiály použité na stavbu jednoho vozu vyjdou na více než 1,5 milionu korun. Skutečná výrobní cena vozu je vzhledem k bezpočtu hodin strávených vývojem a výrobou nevyčíslitelná. Do rozpočtu pak patří náklady na logistiku, účast na soutěžích a další organizační náklady.

Celkový roční rozpočet jedné divize tak činí zhruba 2,5 milionu. Naprostou většinu pokrývají naši sponzoři, bez nich by tento projekt nemohl existovat. Stejně tak důležitá je podpora Fakulty strojní a celého ČVUT.

Monokok osazený nápravami
Monokok osazený nápravami

A kolik lidí celkem se podílí na stavbě vozů?

Projektu se v každé divizi účastní více než 30 studentů, samotnému vývoji a výrobě se v největší míře věnuje zhruba 15 z nich. Část studentů je v týmu letos nová a tak se zaučují a připravují na plně aktivní nasazení, část se věnuje ekonomické a organizační stránce projektu.

Používáte při vývoji také CFD (viz starší článek)? Předpokládám, že aerodynamika u vás nehraje tak důležitou roli?

Ano, výpočty CFD používáme. Vnější aerodynamika nemá, jak říkáte, až takový vliv vzhledem k relativně nízkým rychlostem na tratích. Ovšem pro dosažení špičkového výsledku je i to „málo“, co vnější aerodynamické prvky nabízejí, potřeba řešit. A pak tu máme taky aerodynamiku vnitřní – tedy proudění vzduchu a spalin v sacím a výfukovém traktu motoru. Toto proudění má zásadní vliv na velikost a průběh výkonu a točivého momentu motoru. Takže ve finále hraje aerodynamika roli klíčovou, jen to není na první pohled vidět.

Jak jste na tom v letošní sezóně? Kolik závodů vás čeká?

Letos slavíme 5. soutěžní sezonu. Čekají nás celkem 4 soutěže, tři z toho jsou tradiční Hockenheim (FS Germany), Györ (FS Hungary) a Varano de Melegari (FS Italy). Čtvrtá soutěž je skoro jako dárek k pátému výročí – pojede se totiž soutěž na domácí půdě. Celkem tak máme poměrně nabito. V červnu se intenzivně pracuje na dokončení nového vozu, červenec bude věnován neméně intenzivnímu testování a ladění, a už na konci července začíná německá soutěž na Hockenheimringu. Týden po Německu, 8. – 11. srpna se odehraje soutěž v Hradci Králové, na okruhu Czechring, kde se zúčastní jak divize Combustion, tak Electric.

Poté máme skoro dva týdny volna na doplnění sil a před koncem srpna obě divize čeká soutěž v Maďarsku. Po ní vyráží Electric ihned do Rakouska, zatímco Combustion se bude věnovat přípravě na poslední soutěž. Soutěžní sezonu zakončíme v Itálii v polovině září. Ihned poté začne vývoj vozu na další rok.

To zní jako pozvánka do Hradce Králové. Je soutěž přístupná veřejnosti?

Ano, všichni zájemci jsou srdečně zváni. Soutěž probíhá od čtvrtka 8. do neděle 11. srpna. Čtvrtek a pátek je tradičně věnován statickým disciplínám a technickým přejímkám. V sobotu probíhají první dynamické disciplíny – akcelerace, jízda v osmičce a časovka na cca 1 km trati. Neděle je pak věnována královské disciplíně – vytrvalostnímu závodu Endurance na 22 km. Zájemce odkazuji na stránky www.fsczech.cz, kde se dozví vše potřebné.

Formule bez kapotáže
Formule bez kapotáže

Projektu se účastní stovky škol. Které země nebo univerzity patří mezi nejtvrdší konkurenci?

Jak říkáte, projektu se účastní přes 500 týmů z celého světa. V současnosti světovému žebříčku kraluje v kategorii klasických vozů německý Stuttgart. Elektrickým formulím pak nizozemský Delft. Naší konkurencí jsou vozy samotné špičky – již zmíněný německý Stuttgart, z Německa dále Esslingen, Karslruhe, Zwickau, estonský Tallinn, švédský Göteborg, americký Oregon, a mnoho dalších. Jen v Německu je více než 70 týmů Formula Student.

Máte informace o tom, že by některý z účastníků soutěže třeba následně sehnal zajímavé místo v automobilovém průmyslu nebo třeba přímo u týmu F1?

Ano, mohli bychom jmenovat některé z dnes již bývalých členů našeho týmu. Někteří jsou na zajímavých pozicích v automobilovém průmyslu, někteří u závodních stájí okruhových nebo i formulových vozů. Víme i nejméně o jednom případu, kdy byl absolvent (tuším týmu právě ze Stuttgartu) osloven přímo stájí Formule 1, kam následně nastoupil.

Důvody jsou celkem nasnadě. Stále se výrazně nelepší situace se zájmem mladých lidí o techniku. Firmy z oboru tak hledají schopné mladé techniky. Absolventi takového projektu, jakým je CTU CarTech, mají kromě velmi solidních teoretických znalostí také praktické zkušenosti. Vědí, co to znamená dotáhnout projekt do konce, že od konstrukčního cvičení je ještě daleká cesta k hotovému výrobku. Při návrhu tak komplexního výrobku, jakým je automobil, je potřeba spolupracovat v týmu. Pro naše partnery z oboru je to jeden z důvodů, proč nás podporují.

Doporučené odkazy:

Nejčtenější