2. Udržování optimálního „provozního okna“

Uhlíkový brzdový systém má úzký provozní rozsah pro správnou funkci (obvykle mezi 350 °C a 550 °C). Z tohoto důvodu je úkolem inženýrů Brembo nejen zabránit přehřátí, ale také potlačit podchlazení:

• Vyhnutí se podchlazení: Příliš nízké teploty (pod 350 °C) drasticky snižují koeficient tření a následně brzdný moment.

   

• Proměnlivé aerodynamické řízení: Velikost a geometrie vzduchových vstupů jsou neustále upravovány a přizpůsobovány (často částečným zakrytím otvorů speciálními páskami) v závislosti na okruhu, aerodynamickém zatížení a podmínkách prostředí, aby se brzdy udržely v optimálním tepelném okně po celou dobu závodu.

Navrhování vnitřních ventilačních kanálů brzdových kotoučů Brembo z uhlíku-uhlíku (C/C) je úkol vyžadující vysokou přesnost, který se silně opírá o výpočetní dynamiku tekutin (CFD).

1. Hlavní cíl CFD: Rovnoměrná tepelná kontrola
 

U kotouče C/C není cílem pouze chlazení, ale také kontrola teploty, aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení tření.

• Maximalizace průtoku hmoty: CFD modeluje vzduch vstupující do kanálů a rozděluje jej uvnitř kotouče s cílem zajistit, aby co největší objem čerstvého vzduchu prošel vnitřními kanály při minimalizaci poklesu tlaku.

   

• Rovnoměrné rozložení teploty: Hlavní technickou výzvou je rozdílné tepelné namáhání. CFD simuluje podrobné tepelné mapy, aby bylo dosaženo co nejrovnoměrnějšího rozptylu tepla—zásadní faktor pro prevenci prasklin nebo nerovnoměrného opotřebení kotouče.

Vývoj brzdových kotoučů je jasně viditelný pouhým okem: Aby se zvýšil proud vzduchu určený k chlazení, inženýři Brembo postupně zvýšili počet radiálních ventilačních otvorů a současně zmenšili jejich velikost.

Před více než dvaceti lety měly karbonové kotouče Brembo maximálně 72 otvorů: byly uspořádány v jedné řadě a každý otvor měl průměr přesahující jeden centimetr. Díky těmto kotoučům vyhrál Michael Schumacher v roce 2002 mistrovství světa s 11 vítězstvími a 17 pódiovými umístěními ve stejném počtu GP.

Během několika málo let, jak výzkum pokročil, byla poprvé dosažena trojciferná hranice: v roce 2006 měly kotouče 100 otvorů, menších a s charakteristickým oválným tvarem, tehdy považovaným za ideální řešení.

Předpisy z roku 2007 zavedly nová omezení: průměr kotouče stanoven na 278 mm, maximální tloušťka 28 mm, chlazení povoleno výhradně vzduchem a zákaz rozšíření systému za zadní část kola. Tato omezení přiměla inženýry Brembo zaměřit se ještě více na zlepšení účinnosti chlazení.

Do roku 2008, s ohledem na limit tloušťky 28 mm, byl zaveden nový ventilační vzor: otvory byly uspořádány do dvou sousedních řad se sdílenou sekcí, čímž vznikla řada prvků připomínajících obrácenou „8“. Kromě nového designu se celkový počet zdvojnásobil a dosáhl 200 otvorů na kotouč.

V roce 2010, jakmile bylo během závodů zakázáno doplňování paliva, se zvýšila velikost palivových nádrží a následně minimální hmotnost monopostů vzrostla z 605 kg na 620 kg. Studie brzdového systému byly revidovány, aby byla zajištěna vysoká úroveň účinnosti jak pro lehká auta, tak pro plně naložená, a v důsledku toho se počet otvorů stal méně prioritním.

O dva roky později FIA zakázala používání foukaných difuzorů, což snížilo zadní aerodynamické zatížení. V důsledku toho se brzdová rovnováha ještě více posunula směrem k přední nápravě, a aby se zvládlo zvýšené zatížení bez rizika přehřátí, Brembo znásobilo počet otvorů.

Díky výpočetní dynamice tekutin (CFD)—studium dynamiky tekutin prostřednictvím počítačových simulací—a pokrokům v obrábění uhlíku, v roce 2012 vzrostl počet ventilačních otvorů na brzdový kotouč na 600, s přidáním třetí a čtvrté řady otvorů, zmenšením jejich průměru a odstraněním překrývání, které snižovalo povrch vystavený proudění vzduchu.

V roce 2013, využívajíc značné regulační stability, Brembo představilo nový typ uhlíku pro své kotouče: ve srovnání s předchozím CCR, CER zajistilo maximální rychlost dosažení provozní teploty, široký rozsah použití a velmi lineární odezvu.

Dokonce i během regulační revoluce v roce 2014 bylo Brembo dobře připraveno. Tato sezóna znamenala návrat turbodmychadel, která byla nepřítomná od roku 1988, ale objem byl omezen na 1,6 litru a otáčky na 15 000 ot./min. Navíc byla zavedena hybridní technologie prostřednictvím dvou elektrických motorů a minimální hmotnost vozu se zvýšila z 642 kg na 691 kg.

Významné zvýšení hmotnosti vyžadovalo přepracování brzdového systému, také kvůli zavedení technologie Brake-by-Wire. Nicméně to bylo doprovázeno dalšími vylepšeními ventilace, přičemž počet otvorů na kotouč překročil tisíc.

V roce 2016, poprvé, tlak na extremizaci designu umožnil dosažení rekordního prahu 1 100 otvorů na kotouč. To znamenalo předehru k nové výzvě, protože v roce 2017 se šířka vozů vrátila na 2 metry, což znamenalo zvýšení o 20 cm jedním krokem. Šířka předního křídla a pneumatik také vzrostla, což vedlo k většímu výkonu, včetně 25% zvýšení brzdného momentu.

Předpisy zohlednily toto zvýšení výkonu a zvýšily tloušťku brzdových kotoučů z 28 mm na 32 mm. Větší tloušťka umožnila další zvýšení počtu ventilačních otvorů, což vedlo k dalšímu vývoji chladicího systému. Od biennia 2017–2018 tak každý kotouč obsahoval 1 260 otvorů.

Týmy si však mohly vybrat mezi třemi různými řešeními brzdových kotoučů Brembo v závislosti na očekávaných teplotách během každé Velké ceny a zvolené závodní strategii. To se stalo ještě zřetelnějším v roce 2020, kdy bylo zavedeno šest možností karbonových kotoučů navržených tak, aby zvládly neustále rostoucí výkon pohonných jednotek.

Pro přední nápravu si týmy mohly vybrat mezi kotouči „Velmi vysoké chlazení“ s 1 470 otvory uspořádanými v 7 řadách; kotouči „Vysoké chlazení“ s 1 250 otvory v 6 řadách; a kotouči „Střední chlazení“ s 800 otvory ve 4 řadách. Pro každý typ ventilace byla k dispozici také varianta s obráběním na vnějším průměru—tzv. „drážka“, která vytváří divergentní sekci na vnější části kotouče pro další aerodynamické výhody.

Šest ventilačních specifikací pro přední nápravu bylo s poslední změnou předpisů sníženo na pouhé dvě: minimální hmotnost vozu se zvýšila ze 752 kg na 798 kg, aerodynamika se změnila a 18palcová kola nahradila předchozí 13palcová.
Nové technické předpisy také ovlivnily brzdové systémy, zvýšily průměr kotoučů z 278 mm na 328 mm vpředu a z 266 mm na 280 mm vzadu, zatímco tloušťka kotoučů vzrostla na 32 mm oproti 28 mm v předchozí sezóně.

Změnila se také architektura: chladicí otvory na brzdových destičkách byly zakázány a pro otvory na kotoučích byl stanoven minimální průměr 3 mm. To ovlivnilo celkový počet otvorů, které měly dříve průměr 2,5 mm, což poprvé vedlo ke snížení jejich celkového počtu—z 1 470 v roce 2021 na současných 1 050.

Jakési „stop and go“ v očekávání dalšího skoku vpřed, očekávaného v příští sezóně, stále ve jménu tepelné disipace—nepřítele číslo jedna Formule 1.