Каждый автомобиль Формулы-1 является результатом тысяч часов изучения, бесчисленных компьютерных расчетов, симуляций и тестов, а также нескольких сессий в аэродинамической трубе, необходимых для оптимизации каждого минимального компонента, даже если правила устанавливают ограничения на использование: максимум 1200 занятий в аэродинамической трубе, с 960 тестами и 240 часами Wind on Time.
Тормозные системы не являются исключением, и Brembo подвергает все компоненты, поставляемые командам Формулы-1, строгим и сложным тестам и симуляциям. Существуют тесты для измерения давления суппортов, другие, в которых оно оценивается вместе с крутящим моментом: эти тесты проводятся с применением на 50% большей силы, чем максимальное значение, предположенное в проектировании. На динамическом стенде, разработанном Brembo, вся тормозная система, включая педальный узел и подвески, тестируется с имитацией гонки. Если датчики дают положительный результат, тормоз одобряется и может быть произведен серийно и доставлен командам для всего чемпионата. Несмотря на все расчеты и статические и динамические тесты, история гонок богата неожиданностями, которые вызвали проблемы, компрометируя успех Гран-при.
В наиболее распространенных случаях причиной было внешнее воздействие, независимое от действий команды, например, компонент, оторвавшийся от другого автомобиля: известна камера, оторвавшаяся от Ferrari Жана Алези на Гран-при Италии 1995 года, которая ударила по рычагу подвески аналогичного автомобиля, заставив Герхарда Бергера сойти с дистанции.
Иногда, однако, неисправности были вызваны факторами, не связанными с другими автомобилями на трассе: например, вторжением животных или предметом, попавшим с трибун. Alpine Renault знает об этом, так как в 2021 году, во время Гран-при Бахрейна, остановила Фернандо Алонсо после всего 33 кругов, чтобы избежать более серьезных проблем с его A521.
Все из-за упаковки от сэндвича, которая застряла в воздухозаборниках задних тормозов французского автомобиля, вызвав перегрев, который в конечном итоге нарушил работу тормозной системы.
Инженеры на пит-стопе заметили, что что-то не так, через телеметрию и решили снять машину с гонки, так как продолжение было бы рискованным для безопасности пилота и его коллег.
История Формулы-1 и сам Алонсо не новы для таких эпизодов: в 2015 году, во время Гран-при Испании с McLaren, Алонсо был вынужден покинуть гонку на 25-м круге после моментов страха - "задние тормоза больше не работали," сообщил пилот на пит-стопе.
Неисправность была вызвана ксочком козырька, который попал в воздухозаборник: маленький кусочек прозрачного пластика был найден на дне автомобиля. То же самое произошло на Гран-при Бельгии 2022 года, когда жертвой стал Шарль Леклер: козырек проник в воздухозаборник переднего правого тормоза на первом круге, вызвав дым, но, к счастью, последующий пит-стоп позволил его удалить.
Благодаря датчикам, расположенным в различных точках автомобиля, команды знают температуру дисков и суппортов в любой момент. На основе этих данных, любые предупреждения отправляются пилоту для изменения баланса тормозов автомобиля или управления системой: эта связь происходит, когда регистрируются аномалии по сравнению с прогнозами.
Важность воздухозаборников тормозов
Как работают воздухозаборники тормозов и что происходит в случае случайной закупорки? Вокруг боковин колес автомобилей Формулы-1 со временем развились все более сложные углеродные тормозные каналы с воздухозаборниками, крыльями и специально разработанными дефлекторами потока, которые способны не только охлаждать тормозную систему, но и выполнять аэродинамические функции.
Это происходит потому, что, освобождая воздух от турбулентности, создаваемой вращательным движением шины, можно уменьшить аэродинамическое сопротивление автомобиля или увеличить его аэродинамическую нагрузку. При наличии закупорки даже одного из воздухозаборников диск и колодки вынуждены постоянно работать при температурах выше оптимальных рабочих.
Это приводит к их окислению, и в нескольких интенсивных торможениях температура фрикционного материала рискует взлететь до небес. Случайная нехватка вентиляции может сначала повредить тормозную жидкость, а затем фрикционный материал.
Помимо быстрого износа, фрикционный материал начинает гореть, разъедая часть диска, в то время как тормозная жидкость кипит, вызывая явление паровой пробки. Если автомобиль продолжает движение в таких условиях и пилот сильнее нажимает на педаль тормоза, износ достигает вентиляционных отверстий, рискуя взорвать диск.
Алюминий, используемый для изготовления тормозных суппортов, плавится при 700°C. Однако шестипоршневые суппорты Brembo для Формулы-1 имеют гарантийный порог 210°C, что значительно, но ниже минимальной рабочей температуры для дисков, диапазон использования которых составляет от 350°C до 1.000°C.
В отличие от дисков и колодок, которые достигают очень высоких температур в самых экстремальных условиях, таких как Гран-при Канады, где планировка предусматривает много жестких и близко расположенных точек торможения, суппорты Brembo никогда не превышают 200°C.
Тайна оптимальной температуры
На трассе Жиль-Вильнев, так же как и на трассах в Абу-Даби, Мехико и Сингапуре, роль воздухозаборников тормозов становится ключевой, потому что последовательность резких торможений без длинных прямых, позволяющих системам торможения охлаждаться, требует направления больших объемов воздуха внутрь.
Наоборот, на трассах, таких как Сильверстоун, Судзука или Интерлагос, существует противоположный риск, а именно не достижение идеальной температуры работы тормозов, с последующим риском явления полировки материала трения.
В таких условиях тормозам требуется меньше воздуха, и воздухозаборники "частично закрываются", фактически уменьшая поток воздуха, направляемого к тормозам. На бумаге эти решения кажутся логичными, но угол колеса автомобиля Формулы-1 включает много элементов, каждый из которых имеет разные потребности.
Кроме того, необходимо учитывать влияние на характеристики шин, рабочую температуру силового агрегата и аэродинамическое сопротивление на прямых.
Короче говоря, это настоящее упражнение на баланс, к которому добавляется еще одна переменная: количество вентиляционных отверстий в тормозных дисках. Разработанные с помощью расчетов CFD (Computational Fluid Dynamics), они являются результатом синергетического исследования между производителем диска и конструкторами автомобилей.
В зависимости от используемых воздухозаборников в сезоне или модифицированных для конкретного Гран-при, команды выбирают версию диска, которую считают лучшей. Для передней части Brembo произвела диски с до 1480 отверстиями, но с 2022 года был установлен минимальный диаметр 3 мм, что уменьшило количество отверстий в передних дисках до диапазона от 1000 до 1100.
Команды, поставляемые Brembo, используют два типа карбоновых дисков: "широкий шлиц" и "односторонний шлиц". В спецификации "широкий шлиц" толщина привода - часть, контактирующая с колоколом - равна толщине диска, тогда как в спецификации "односторонний шлиц" толщина привода меньше, чем толщина диска.
Это второе решение может способствовать другой стратегии вентиляции для диска и лучшему расположению угла колеса, но в ущерб оптимальному механическому напряжению на карбон, что ограничивает возможность перфорации для вентиляции. Выбор одного или другого решения зависит от потребностей каждой команды в зависимости от проекта отдельных автомобилей.