Тормоза втрое мощнее мотора?! Секреты технологического прорыва в Ф1
Удивительно, но факт! Тормозные системы машин Формулы 1 способны рассеивать почти в три раза больше энергии по сравнению с тем, что дает силовая установка. Познакомимся с нюансами конструкции тормозов вместе с бывшим техническим директором Renault и Williams Пэтом Симондсом...
Даже самые шустрые лихачи на дорогах общего пользования редко задумываются о том, как устроены тормоза в их машинах.
Применение жесткого торможения в современных автомобилях великолепно справляется со своей задачей, приводя лишь к незначительному скольжению в конце тормозного пути, при этом вы удивитесь, что даже во время самого экстренного замедления вы на самом деле используете лишь малую часть заложенного в тормозные механизмы потенциала.
И пусть вам кажется, что вы можете тормозить очень поздно перед поворотом и проявляете при этом недюжинную отвагу, все же работа с тормозами в Формуле 1 – это совершенно иная история. А ведь пилоты делают это не один раз, а сотни за одну лишь гонку.
На городских трассах вроде Монако и Сингапура гонщик 23% времени круга "сидит" на педали тормоза. И мало кто из зрителей понимает, что на результат ключевое влияние оказывает не только мощность мотора, скорость на прямых и аэродинамика шасси, но в не меньшей степени и искусство торможения. А значит, и сами тормозные механизмы.
Представьте себе одно из самых жестких мест торможения в календаре Формулы 1 – 13-й поворот в Монреале, перед стеной чемпионов. Каких-то десять лет назад гонщики начинали тормозить здесь за 117 метров до виража, а сегодня тормозной путь снизился всего до 97 метров.
Кто-то скажет, что апекс поворота теперь можно проходить на чуть большей скорости, но и пиковые скорости машин в конце прямых возросли. Что действительно важно, так это то, что на этом торможении тормозная система рассеивает немыслимое количество энергии – более 2100 киловатт или 2,1 мегаватт!
Для сравнения, в режиме пиковой нагрузки нынешние силовые установки способны выдавать чуть больше 740 киловатт. Отсюда напрашивается простой вывод о том, что тормоза современной машины Ф1 почти втрое мощнее самого двигателя!
Вся эта энергия рассеивается в виде тепла. При этом если изначальная температура тормозного диска до начала замедления составляет градусов 500, то на момент отпускания педали тормоза механизмы разогреваются до 1200 градусов Цельсия, что эквивалентно температуре жидкой лавы.
Надо сказать, что способность диска охлаждаться важна не столько из-за падения эффективности системы, но главным образом из-за укорачивания его жизненного цикла.
Тормозные диски и колодки на современных машинах Ф1 сделаны из углерод-углеродных композиционных материалов. Нет, это не случайное дублирование, просто изначально выполненные из углеродного волокна компоненты проходят длительный – порядка двух недель – процесс очистки в условиях высоких температур, также известный как пиролиз. В результате выгорания всех связующих органических материалов углеродного волокна получается чистый углеродный материал, содержащий поры.
После этого полученные заготовки проходят процесс уплотнения, для чего отправляются в обогащенную углеродом среду при высокой температуре еще на несколько недель для получения полностью однородного материала, из которого впоследствии будут вырезаны тормозные колодки и диски для машин Формулы 1.
Получившийся в результате этих длительных процедур материал обладает склонностью к возвращению в свое предыдущее пористое состояние под воздействием высоких температур, так что основной опасностью, ведущей к потере массы тормозным диском является не механический износ (хоть он и происходит при низких температурах), а окисление, степень которого стремительно возрастает при преодолении отметки в 650 градусов Цельсия.
Именно это нежелательное окисление обуславливает стремление инженеров всеми возможными способами рассеять аккумулирующееся тепло, что приводит к усложнению конструкции тормозных элементов.
К примеру, диски, которые использовались в Формуле 1 десять лет назад, имели порядка 200 больших отверстий. Сегодня же количество углублений диаметром 2.5 мм превышает 1400.
Всякий, кто пытался проделывать глубокие отверстия тонким сверлом, знает, насколько это непростая задача, и даже на сложных и умных станках нередко случается поломка сверла, что приводит к отправке целого диска на металлолом.
Эта операция должна выполняться очень тщательно и аккуратно, и на проделывание отверстий в одном диске уходит до 14 часов. Для чего нужно такое большое количество отверстий – понятно: это значительно увеличивает площадь поверхности, через которую проходит охлаждающий поток воздуха, и именно это определяет эффективность рассеивания тепла элементом.
Положительным побочным эффектом такой "дырявой" конструкции диска является существенное снижение его веса. Судите сами – тормозной диск машины Ф1 весит всего 1,2 кг. Сопоставимый по размерам стальной диск серийного автомобиля будет весить порядка 7 кг.
Но за замедление машины на трассе отвечают не только тормозные механизмы. Представьте себе, что в режиме экстренного торможения обычное дорожное авто способно замедляться с перегрузкой 0,8g. Для сравнения, когда гонщик просто отпускает педаль газа на скорости 350 км/ч, за счет одного только лобового сопротивления машина будет замедляться с перегрузкой более 0,9g.
Добавьте сюда торможение двигателем, когда дроссельная заслонка закрыта. В этот момент мотор превращается в огромный воздушный насос, а 120 киловатт энергии торможения абсорбируется мотором-генератором кинетической энергии. С учетом этого всего нетрудно представить перегрузки при замедлении машины Ф1, достигающие отметки в 5g.
Но что имеется в виду под g? Строго говоря, замедление нужно выражать в метрах на секунду в квадрате – так характеризуется изменение скорости в единицу времени.
Но на нашей планете сила притяжения будет разгонять любое тело, которые вы отпустите – будь то перышко или гиря, – с ускорением 9,81 метров на секунду в квадрате, называемым g.
При 1g вес вашего тела покажут вам напольные весы, тогда как при 5g ваши 75 кг легко превратятся в 375 кг, и именно таким весом гонщик Формулы 1 во время торможения давит на ремни безопасности круг за кругом.
Для сравнения, катапульта подбитого истребителя выбрасывает пилота с перегрузкой от 9 до 12g, и это крайние меры, которые применяются в экстренных случаях – ни один летчик не согласится испытать эти ощущения дважды.
Эффективность тормозных систем в Формуле 1 просто феноменальная – как, впрочем, и любые другие технические аспекты, в которых команды стараются добиться максимума, ведь именно это определяет, кто завтра выиграет, а кто проиграет...
Перевел и адаптировал материал: Александр Гинько
Источник: https://www.autosport.com/f1/feature/9096/explaining-the-magic-of-f1-brakes
