Тормоза машин формулы 1

Как работают тормоза болида Формулы-1: с 320 до 0 км/ч – 4 секунды

Как тормоза болида F1 могут быстро остановить автомобиль

Самые мощные тормозные механизмы в мире: каким образом тормоза болидов Формулы-1 способны останавливать автомобиль со скорости 320 км/ч менее чем за 4 секунды?

Тормоза на автомобилях Формулы-1 по праву считаются лидерами среди всех когда-либо изобретенных систем торможения в мировой истории, и не только автостроения. Они способны оттормозить автомобиль, несущийся со скоростью более 300 км в час до нуля, за считанные секунды, при этом создавая перегрузки для пилота во время замедления до 5g, то есть в пять раз превосходя ускорение свободного падения.

Для сравнения: во время спуска капсулы космического корабля космонавты испытывают меньшие перегрузки – равные 3-4 g, а у водителей Bugatti Veyron не получится превысить ускорение свободного падения и в 1.5 раза, оттормозившись со 100 км/ч до остановки за 2.3 секунды:

Как работают тормоза в болидах F1, и какие инженерные решения стоят за одной из самых продуктивных и технологичных систем торможения в мире?

Скотт Мэнселл с YouTube-канала Driver61 получил в свое распоряжение набор деталей тормозной системы от автомобиля F1 и, разобравшись в нюансах работы каждой части механизма, объяснил, что делает тормоза болидов Формулы-1 столь эффективными.

Сразу отметим, что в системе торможения гоночных автомобилей F1 нет ничего необычного, если брать во внимание тормозную систему в целом. Однако, как мы поймем ниже, при этом тормоза болидов крайне серьезно отличаются в нюансах. А мелочи, как известно, порой могут быть крайне важны, в том числе и в ситуациях, когда они связаны с техникой.

Видео взято с YouTube-канала «Driver61»

Отличия тормозов Формулы-1 от тормозов других автомобилей

1. В тормозной системе F1 не один (как на обычных автомобилях), а два главных цилиндра

Тормозные цилиндры автомобиля F1

Главные тормозные цилиндры в автомобилях Формулы-1 работают отдельно на переднюю и заднюю ось, распределяя усилия на передние и задние тормозные механизмы. Они установлены на поворотной вилке, которая используется для регулировки баланса тормозов.

Обычный на первый взгляд ГТЦ

2. Тормозные магистрали

Интересно, что тормозные линии в таких болидах не отличаются от тех, что в обычных автомобилях. Они резиновые. Разве что армирование применяется в виде металлической оплетки.

3. Уникальная конструкция суппорта болидов «Королевских гонок»

Суппорт, несмотря на схожую конструкцию с суппортами обычных автомобилей, имеет свои уникальные особенности.

У непосредственных тормозных механизмов, прижимающих колодки к дискам (суппортам), есть несколько уникальных конструкторских решений, делающих их крайне эффективными.

Если присмотреться к ним, то окажется, что поршни внутри имеют разный размер. Они увеличиваются в диаметре по направлению движения (вращения) диска, и для этого есть веская причина. Если бы все поршни были одинакового размера (как на обычных автомобилях), то колодка под сверхнагрузками изнашивалась бы больше на одном своем конце, и меньше на другом , уменьшая свой срок службы и снижая эффективность торможения, также увеличивая дисбаланс при торможении колес во время срабатывания тормозных механизмов.

4. Расположение тормозного суппорта снизу

На автомобилях Формулы-1 суппорты расположены не сзади тормозного диска (вертикально), а ближе к снизу колеса. Таким образом инженерам удается как можно ниже расположить центр тяжести автомобиля.

5. Дополнительные настройки для снижения возможности малейшей завоздушенности тормозов

Дополнительная экспресс настройка для прокачки

Гонка – это командная работа . Поэтому так важно следить за всеми системами и параметрами автомобиля. Для этого на тормозных суппортах имеются дополнительные настройки для быстрой прокачки тормозов.

6. Материалы тормозного диска и колодок

Пожалуй, одна из самых главных частей повышения тормозного усилия торможения. Тормозные диски и колодки сделаны из композитного материала «карбон-карбон» (сразу два слова «карбон») из-за того, что в состав этого материала входит два типа карбона. Чрезвычайно прочного, легкого и жаропрочного материала.

Диаметр диска составляет 270 миллиметров, толщина – 32 мм. Вес – всего 1.5 кг.

При этом не в последнюю очередь активную роль в торможении играют покрышки и аэродинамический обвес, создающий максимальную прижимную силу, тем самым вдавливая шины в дорожное полотно.

Только собрав все нюансы воедино, в итоге конструкторы добиваются столь высоких результатов, практически не превзойденных во всех транспортных областях – от поездов, авиации и космонавтики (примеры: многоразовые транспортные космические корабли «Шаттл» и «Буран»).

Источник статьи: http://1gai.ru/autonews/524924-kak-rabotajut-tormoza-bolida-formuly-1-s-320-do-0-km-ch-4-sekundy.html

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!

Ferrari Фото: autosport.com

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.

Тормозной диск Фото: autosport.com

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.

Mercedes Фото: autosport.com

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

Тормоза Фото: autosport.com

Источник статьи: http://autosport.com.ru/features/56895-tormoza-vtroe-moshchnee-motora-sekrety-tehnologicheskogo-proryva-v-f1

Болид «Формулы-1» замедляется с 350 до 130 км/ч за 1,5 секунды. Знаете, как тормозят «Приора» и «Порше»?

Гоночная магия против обычных машин.

На трассах вроде Сингапура или Монако пилот проводит 23 процента времени круга нажимая не на педаль газа, а на тормоз. Часто роль замедляющих систем не оценивается по достоинству, но огромное преимущество во времени можно получить путем плотной работы с тормозами — такой же, как и над двигателем или шасси.

Представьте одну из самых жестких точек торможения в календаре «Формулы-1» – 13 поворот на трассе в Монреале.

Одна из самых жестких точек торможения в календаре «Формулы-1» – 13 поворот на трассе Монреаля. pic.twitter.com/43vZbuXJ8b

На середине прямой машины достигают скорости 339 км/ч, а к ее концу числа на спидометре и вовсе подбираются до 350 км/ч. Десять лет назад для сброса 200+ км/ч болиду требовалось замедляться 117 метров, а теперь тормозной путь сократился всего до 97 метров – на входе в шикану перед «Стеной чемпионов» скорость не превышает 150 км/ч, так что любое авто сбрасывает эти 200 км/ч всего за 1,5 секунды!

Выходит, за секунду болид замедляется аж на 150 км/ч – умопомрачительная эффективность.

Конечно, некоторое уменьшение тормозного пути можно объяснить повышением скорости на апексе, но с другой стороны максимальная скорость перед точкой торможения тоже увеличилась. Непреложный факт только один: тормоза должны поглотить мощность, равный примерно 2100 кВатт — в то время как электрический эквивалент всей мощности мотора составляет примерно 740 кВатт. То есть тормоза должны за 97 метров обработать мощь почти трех (2,8) самых продвинутых двигателей на планете!

Весь чудовищный объем энергии уходит в тепло. Диск начинает замедление при температуре примерно 500 градусов по Цельсию, а к моменту, когда пилот отпускает педаль газа, температура поднимается до 1200 градусов и достигает показателей расплавленной лавы из вулканов.

Тест современных тормозов «Формулы-1». Они раскаляются до 1200 градусов по Цельсию – температуры лавы! pic.twitter.com/O6qHWuA2LP

Неудивительно, что иногда тормоза натурально загораются от нагрузок — например, на машине Александра Албона из «Торо Россо» подобное произошло на Гран-при Китая, а затем то же самое повторилось на болиде Даниила Квята в Азербайджане.

Но охлаждать диск нужно не только из-за желания достигнуть максимальной эффективности — его целостность тоже крайне важна.

Диск и колодки делают из карбона. Волокно очищается целых две недели при высочайших температурах в процессе пиролиза. Он выжигает любой органический связующий материал в структуре волокна, оставляя лишь чистый углерод с небольшими пустотами. Затем заготовку подвергают уплотнению под высоким давлением и температуре в течение нескольких недель — лишь тогда формируется материал необходимой твердости и прочности. Ему затем и придают нужную форму для диска или деталей.

После такой жесткой обработки можно не бояться механического износа (разве что на очень низких температурах) — главным врагом тормозов становится окисление. Оно начинает происходить при температурах свыше 650 градусов и жестких нагрузках. Именно из-за этого конструкцию тормозов постоянно пересматривают и усложняют — чтобы добиться оптимального распределения подверженного окислению материала и избежать внезапных отказов.

Десять лет назад в диске было 200 охлаждающих отверстий. Сегодня на деталь толщиной 2,5 cм приходится целых 1400 проемов.

Главная идея заключается в более мелких по диаметру, но глубоких (теперь 130 мм) отверстиях: они увеличивают площадь, по которой продувается воздух для охлаждения. Но из-за чрезмерной сложности современной конструкции фрезеровка лишь одного элемента составляет теперь целых 14 часов.

Также благодаря отверстиям тормоза удалось сильно облегчить: один современный диск весит всего 1,2 кг, в то время как такая же по толщине цельная деталь весила бы 7 кг. Очень помогает при торможении, поскольку при сбросе такой скорости на машину действует перегрузка примерно в 5g — если бы конструкцию не облегчили, то деталям пришлось бы сталкиваться с силами, равноценными давлению 35 кг, а не всего 6 кг, как сегодня.

Но машина замедляется не только благодаря трению карбоновых деталей. Как только гонщик на скорости 320 км/ч поднимает ногу с педали газа, на него сразу же начинает действовать аэродинамическое лобовое сопротивление силой 0,9G. Также болид перерабатывает в энергию 120 кВатт мощности и заряжает ими аккумулятор.

Источник статьи: http://www.sports.ru/tribuna/blogs/autoflashbacks/2468732.html