Ekipa WRT po zbadaniu przyczyny awarii samochodu Oreca-Gibson #41 palcem wskazała na... zwarcie instalacji elektrycznej ECU. Co może powodować tzw. spięcie dlaczego potrafi być ono groźne?
Unbelievable! The LMP2 leader #41 @followWRT stopped on track in the last lap!#LeMans24 #WEC pic.twitter.com/TW7aBneNbb
— 24 Hours of Le Mans (@24hoursoflemans) August 22, 2021
Zwarcie w instalacji elektrycznej jest zjawiskiem wysoce niepożądanym oraz szalenie niebezpiecznym. Natężenie prądu wyznaczane jest poprzez różnicę napięć oraz opór elektryczny instalacji. By lepiej zrozumieć niebezpieczeństwa, jakie niesie ze sobą zwarcie, cofnijmy się do lekcji fizyki ze szkoły średniej.
Natężenie prądu I w danym obwodzie możemy obliczyć, dzieląc napięcie U przez opór R, wykazywany przez dany obwód.
Zauważmy, że im mniejsza wartość R, tym większe będzie natężenie I.
Zwarcie jest szczególną sytuacją, gdy opór maleje, nieraz do wartości prawie zerowych. Wówczas natężenie rośnie, w skrajnych sytuacjach do wartości niebotycznych, co przy braku szybkiej reakcji uszkadza elektronikę czy komponenty obwodu.
W życiu codziennym przed zwarciem chronią nas bezpieczniki, nieco pieszczotliwie określane jako "korki". Załóżmy, że w sypialni chcemy powiesić swój ulubiony plakat z Christianem Hornerem.
Wiercimy dziurę w ścianie i mamy pecha - natrafiliśmy na kabel elektryczny. Składa się on z dwóch drutów (żył), między którymi znajduje się różnica napięć 230 V - prowadzą one do gniazdka.
Nagle elektrony mogą skorzystać z drogi "na skróty" przez wiertło dotykające obu przewodów jednocześnie. W takiej sytuacji opór pomiędzy żyłami spada do pojedynczych ohmów, skutkując natężeniami nawet w setkach amperów.
Takie wartości zaczęłyby topić kable w ścianach. Na straży czuwa jednak bezpiecznik, który rozłączy obwód, gdy natężęnie prądu osiągnie zbyt dużą wartość, a nas ochroni przed tragicznymi skutkami.
Dla lepszego zobrazowania - czajnik o mocy 2,5 kW bierze tylko około 11 amperów.
Boże, za jakie grzechy
W Orece Kubicy, Ye i Deletraza na ostatnim okrążeniu doszło do zwarcia w ECU - czyli komputera sterującego silnikiem.
Moduł ten odpowiedzialny jest za mapy paliwa, otwieranie i zamykanie zaworów dolotowych, podawanie odpowiedniej ilości paliwa do cylindrów czy choćby czas zapłonu świecy. Jest to więc to element krytyczny dla jazdy. I dlatego też powinien być (oraz jest) chroniony na wszelkie możliwe sposoby. ECU projektuje się tak, by wytrzymały prawie wszystko.
W Orece z numerem 41 doszło do zwarcia instalacji elektrycznej właśnie ECU, na skutek czego komputer się wyłączył.
Nie jest znana dokładna przyczyna spięcia. Być może trudy 24-godzinnego wyścigu, uszkodzenia złapane na trasie i awaria wydechu stworzyły katastrofalną mieszankę. Gdy samochód WRT został uderzony przez Magnussena, złapał wibracje, a do końca wyścigu pozostawało ponad 21 godzin. W 13. godzinie nastąpiła również awaria wydechu, co wymusiło zmianę pracy silnika.
W wibracjach prawdopodobnie jest pies pogrzebany. Każdy element posiada pewną charakterystyczną częstotliwość wibrowania, dla której drgania synchronizują się i nakładają. Częstotliwość taka nazywa się rezonansową lub właściwą i jest ona śmiertelnie niebezpieczna, gdyż coraz większe wibracje potrafią wykroczyć poza wytrzymałość materiałową elementów.
O tym, jak groźne mogą być wibracje rezonansowe, bardzo boleśnie przekonali się architekci mostu Tacoma Narrows. Zbudowana w 1940 roku konstrukcja, łącząca półwysep Tacoma i Kitsap w amerykańskiem stanie Waszyngton, była cudem architektury. Była, gdyż szybko okazało się, że częstotliwość rezonansowa mostu jest kompatybilna z częstotliwością podmuchów wiatru nad rzeką. Skutek? Jak niżej:
Żeby było jasne - to tylko hipoteza, nic potwierdzonego. Można zakładać jednak, że jedną z przyczyn mogły być np. wibracje auta, połączone z wibracjami spowodowanymi najechaniem na krawężnik i kolejnymi wibracjami pochodzącymi z silnika, które zgrały się z ruchami przewodów lub elementów w ECU, powodując ich dotknięcie.
Na nieszczęście zespołu, miejsce zwarcia było na tyle niefortunne, że spowodowało zresetowanie ECU. Gdy w poniedziałek ekipa odebrała samochód z parku zamkniętego, ten odpalił bez problemu.
Być może zwarcie było chwilowe, lecz wystarczająco długie, aby zaszkodzić komputerowi? A może podczas zwożenia maszyny z toru delikatne uderzenie przywróciło elementy na miejsce? Prawdopodobnie zespół wkrótce pozna odpowiedź.
Jednak szanse na takie zdarzenie są niewyobrażalnie, astronomicznie małe. Oreca posiada dziesiątki tysięcy części. W czasie 24 godzin następuje około 25 tys. zmian biegów, 150 milionów cykli wybuchu mieszanki paliwa w silniku, ponad 30 pit stopów czy przepompwanie setek litrów paliwa. Każde z kół w czasie 24h wykonuje ponad 3 miliony obrotów, hamulce zaciskają się i rozwierają około 13 tysięcy razy, wszystko przy średniej prędkości ponad 200 km/h.
— WRT - W Racing Team (@followWRT) August 27, 2021
Samochód musi znieść żwir, piasek, uderzenia odłamków czy kolizje z innymi kierowcami, deszcz, spiekotę, błędy kierowców. Struktury bezpieczeństwa muszą gwarantować taką odporność, by nic kierowcom się nie stało, a karoseria złożona jest w sposób, który umożliwia jej wymianę w pit lane w prawie całości.
Analogicznie do drogi publicznej, prawdopodobnie największym zagrożeniem dla kierowcy jest on sam. Jazda na limicie, średnio przez osiem godzin, wykańcza, a strata koncentracji na ułamek sekundy skutkuje bliskim kontaktem z barierą - zresztą to właśnie kraksy odpowiadają za blisko 3/4 DNFów w Le Mans.
Ze wszytkich tych czynników Kubicę, Deletraza i Ye zwycięstwo kosztowała usterka, która prawdopodobnie nieco później sama się naprawiła. Mogła ona ukazać się w dowolnym momencie, ale cóż, los wybrał ostatnie okrążenie.
Szanse ponownego wystąpenia takiej awarii plasują się gdzieś pomiędzy wyjściem z zakładu totalizatora z szóstkowym kuponem, następnie momentalnego porażenia piorunem, a ogłoszeniem Bottasa jako drugiego kierowcy Mercedesa na sezon 2022 (oby się źle nie zestarzało - szczególnie to z piorunem). Po prostu brak słów.
Przekleństwa same cisną się na usta. WRT i Oreca z pewnością posiadają zabezpiecznia przed zwarciami w instalacji i procedury ratujące z takiej sytuacji. Tym razem jednak nie dały one efektu i trudno coś tutaj dodać, patrząc na fakt, że w poniedziałek maszyna #41 zachowywała się nienagannie.
Krakowianin i spółka zostali okradzeni z upragnionego zwycięstwa przez bzdet, głupotę, pierdołę, nieszczęśliwy splot zdarzeń czy badziew. Aktualnie jedynie bezsilnie można wyzywać drogę, jaką obrały elektrony. Pozostaje chyba jedynie mocno trzymać kciuki oraz życzyć, by Robert odnalazł w końcu sukces - ten sukces, który tak długo mu uciekał - i nareszcie mógł odetchnąć pod prysznicem zwycięskiego szampana.