Узнайте, как Brembo производит тормозные диски и колодки из углерода для Формулы 1, IMSA и WEC.
Всё начинается с круглых и пушистых листов ткани. Изначально эти листы из углеродного волокна больше напоминают что-то из модного ателье, чем важный компонент гоночного автомобиля.
В отделе Racing компании Brembo эти листы превращаются в тормозные диски и колодки из углерода для Формулы 1, IMSA и WEC. Эти "пушистые пончики" в конечном итоге становятся теми раскалёнными красными кругами за колёсами самых быстрых автомобилей на земле. Вот как это происходит.
Первая остановка для углеродных волокон, которые Brembo выбирает у лучших поставщиков в мире, это иглопробивная машина (Needler). Каждый тормозной диск состоит из десятков и десятков слоев углеродного волокна, количество которых меняется в зависимости от толщины тормозного диска. На ощупь он очень похож на кусок ткани.
Иглопробивная машина — это механический пресс, характеризующийся чрезвычайно большим количеством игл. Пока диск вращается, иглы сшивают вместе каждый из примерно 40 слоев углеродного волокна. Прокол прочно связывает слои ткани, чтобы сделать волокнистое кольцо невероятно плотным. После того, как иглопробивная машина закончила, диск приобрел толщину, он мягкий на ощупь, но больше похож на полировочный диск из ткани, чем на что-то, способное остановить автомобиль.
Тормозные колодки из углерода, напротив, сконструированы иначе и не входят в Needler. Листы углерода вместо того, чтобы быть спрессованными для достижения максимальной плотности, укладываются слоями, как стопка листов бумаги. "Для колодок мы хотим, чтобы они имели гораздо более низкую теплопроводность по сравнению с диском," объясняет Andrea Algeri, менеджер по рынку гоночных автомобилей Brembo.
"Мы хотим, чтобы весь жар поглощался диском, потому что он вращается, пока автомобиль движется, и может быстро охлаждаться. Если бы колодка поглощала весь этот жар, это увеличило бы температуру суппорта и его жидкости. Часть проектирования углеродной колодки заключается в предотвращении попадания тепла в суппорт от диска."
После иглопробивной машины диски попадают в печь, где температура может достигать 2700 градусов по Фаренгейту (около 1482°C). Газы, богатые углеродом, проникают в углеродные волокна и реагируют с их внутренней структурой, осаждая углерод внутри ткани в процессе инфузии, известном как химическая инфильтрация в паровой фазе (CVI).
Вот почему эти гоночные тормоза часто называют тормозами carbon-carbon. Не потому, что диск и колодка сделаны из углерода, а потому, что, по мере разложения газа, содержащего углерод, он осаждает атомы внутри диска.
Не пропустите...
SENSIFY
SENSIFY — первая интеллектуальная тормозная система, которая независимо контролирует все четыре колеса
Замедление гоночных автомобилей с скорости до 217 миль в час (около 350 км/ч) вызывает сильное нагревание, приводящее к тому, что диски достигают температуры около 1000 градусов Цельсия. Вот почему вентиляционные отверстия в карбоновых тормозных дисках так важны и необходимы. Это приводит нас к следующему этапу, а именно к сверлению.
После того как печь обжигает стопки углеродной ткани, превращая их в плотное кольцо, наступает время для отделки и удаления материала.
Для отделки дисков используется чрезвычайно сложное оборудование, которое обтачивает поверхность и сверлит внутреннюю толщину диска с помощью специальных ультразвуковых дрелей.
Диски автомобилей LMDh получают 432 отверстия. Тормоза Формулы-1 получают более 1000. Чтобы дать вам представление о том, насколько эволюционировала вентиляция карбоновых тормозных дисков, достаточно вспомнить, что в 2002 году, когда Михаэль Шумахер вел Ferrari к своему пятому чемпионату мира среди пилотов, карбоновые диски Brembo для F1 имели всего 72 отверстия для рассеивания тепла.
Диски Brembo сталкиваются с радикально различными вызовами в плане долговечности и производительности между Формулой 1 и гонками на выносливость, отражая две противоположные философии теплового стресса. В Формуле 1 абсолютным приоритетом является максимальная производительность на пике и легкость, с целью сделать диск из углерода пригодным для одной дистанции гонки (долговечность диска составляет как минимум один гоночный уикенд). Диски разработаны для выдерживания экстремальных и быстрых тепловых циклов (короткие, но очень интенсивные торможения), отдавая предпочтение максимально возможной мощности замедления в ограниченный промежуток времени.
Напротив, в гонках на выносливость (например, 24 часа Ле-Мана) требуется долговечность в тысячи километров, и вызов перемещается на тепловую консистенцию и долгосрочную структурную надежность. Диск должен сохранять свою целостность и чрезвычайно предсказуемый уровень износа на протяжении всего стинта, гарантируя, что мощность и ощущение остаются стабильными через тысячи циклов и при значительных изменениях температуры окружающей среды (день/ночь).
Диски для серии LMDh также имеют три индикатора износа — первый измеряет около 1 мм глубины, второй, меньший, 2 миллиметра, и третий, еще меньший, 3 миллиметра, чтобы предоставить командам быструю индикацию о том, сколько материала осталось.
Несмотря на то, что каждая команда имеет в своем распоряжении различные чрезвычайно точные и детализированные датчики, способные узнать все о состоянии тормозных дисков в ходе гонки, от температуры до состояния износа, эти визуальные индикаторы остаются надежным и эффективным резервным инструментом в случае сомнений или аномалий телеметрии.
Найдите лучшее решение для вашего автомобиля!
Сколько изнашивается карбоновый тормозной диск за 24 часа? Обычно не более 4-5 миллиметров, на самом деле довольно необычно, чтобы они изнашивались больше второй метки во время гонки 24 часа Ле-Мана. Диски, используемые во время гонки на выносливость, на самом деле не выбрасываются, а команды часто используют их повторно во время тестов или квалификаций следующих гонок как по бюджетным причинам, так и для того, чтобы помочь пилотам привыкнуть к ощущению, которое они могут испытывать к концу гонки на выносливость с частично изношенным фрикционным материалом.
После сверления робот распыляет специальную антиоксидантную пленку на поверхности диска, не подвергающиеся трению, чтобы предотвратить потерю плотности до того, как он достигнет команды. В течение всего производственного цикла компоненты тормозов взвешиваются для выявления возможных ошибок или неточностей.
По завершении производственного процесса инженеры отдела контроля качества проверяют каждый отдельный тормозной диск. Используя 3D-оптические сканирования, тесты на загрязнение и другие инструменты, Brembo может убедиться, что каждый производимый компонент тормоза идеально соответствует требованиям клиентских команд и нормативам. Каждый диск имеет серийный номер, который отслеживает его всю жизнь — от использованного сырья до использования в определенной гонке.
После упаковки тормоза отправляются воздушным транспортом командам по всему миру. Тормоза Brembo выиграли Ле-Ман 31 раз с восемью различными производителями. Их диски выдерживают гораздо больше пробега, чем автомобиль Ле-Ман преодолеет за 24 часа. В лабораторных испытаниях они выдержали количество торможений, эквивалентное 3728 милям (около 6000 км), выдерживая соответствующие тепловые нагрузки, возникающие во время торможения.
Весь процесс стратификации, иглопробивания, карбонизации, обработки, покрытия и инспекции занимает около четырех месяцев. Brembo производит всего около 3000 дисков в год, из которых около 800 предназначены для прототипов LMDh.