2. Поддержание оптимального "Операционного окна"

Тормозная система из углерода имеет узкое окно использования для правильного функционирования (обычно от 350 °C до 550 °C). По этой причине задача инженеров Brembo заключается не только в предотвращении перегрева, но и в борьбе с переохлаждением:

• Избегать переохлаждения: слишком низкие температуры (ниже 350 °C) резко снижают коэффициент трения и, следовательно, тормозной момент.

   

• Управление переменной аэродинамикой: размер и геометрия воздухозаборников постоянно изменяются и адаптируются (часто частично закрывая отверстия специальными лентами) в зависимости от трассы, аэродинамической нагрузки и условий окружающей среды, чтобы поддерживать тормоза в оптимальном тепловом окне на протяжении всей гонки.
   

Проектирование внутренних вентиляционных каналов тормозных дисков Brembo из углерод-углерода (C/C) — это операция высочайшей точности, которая в значительной степени полагается на вычислительную гидродинамику (CFD).

1. Основная цель CFD: равномерный тепловой контроль

В диске C/C цель заключается не только в охлаждении, но и в контроле температуры, чтобы обеспечить равномерное распределение трения.

• Максимизация массового потока: CFD моделирует воздух, поступающий в каналы, и распределяет его внутри диска, стараясь обеспечить прохождение максимального объема свежего воздуха через внутренние каналы, минимизируя падение давления.

   

• Равномерное распределение температуры: основная техническая проблема — это дифференциальное тепловое напряжение. CFD моделирует детализированные тепловые карты для достижения максимально равномерного распределения тепла: важный фактор для предотвращения разрывов или неравномерного износа диска.
   

Эволюция дисков видна даже невооруженным глазом: чтобы увеличить поток воздуха для охлаждения, инженеры Brembo постепенно увеличивали количество радиальных вентиляционных отверстий, одновременно уменьшая их размеры.

Более двадцати лет назад карбоновые диски Brembo имели максимум 72 отверстия: их расположение было организовано в один ряд, а диаметр каждого превышал сантиметр. Благодаря им в 2002 году Михаэль Шумахер завоевал чемпионат мира, одержав 11 побед и заняв 17 подиумов в стольких же Гран-при.

В течение нескольких лет, с развитием исследований, впервые была достигнута трехзначная цифра: в 2006 году диски достигли 100 отверстий, меньших и имеющих характерную овальную форму, тогда считавшуюся идеальным решением. 

Регламент 2007 года установил новые ограничения: диаметр дисков 278 мм, максимальная толщина 28 мм, охлаждение разрешено исключительно воздухом и запрет на расширение системы за пределы задней части колеса. Эти ограничения побудили инженеров Brembo сосредоточить дальнейшие исследования на эффективности охлаждения.
 

Уже в 2008 году, учитывая также предельную толщину 28 мм, была введена новая схема вентиляции: отверстия были расположены в два ряда, с общей частью, создавая серию элементов, похожих на перевернутую "8". Помимо нового дизайна, общее количество удвоилось, достигнув 200 отверстий на диск.

В 2010 году, после введения запрета на дозаправку во время гонки, увеличились размеры баков и, следовательно, минимальный вес болидов, с 605 кг до 620 кг. Были пересмотрены исследования тормозной системы, чтобы обеспечить высокий стандарт эффективности как для пустых, так и для полностью загруженных автомобилей, и, соответственно, количество отверстий снова стало второстепенным.

Два года спустя FIA запретила использование выдувных диффузоров, тем самым уменьшив аэродинамическую нагрузку на заднюю часть. В результате этого распределение торможения еще больше сместилось на переднюю часть, и, следовательно, чтобы справиться с большими нагрузками без риска перегрева, Brembo увеличила количество отверстий.

Благодаря вычислительной гидродинамике (CFD), то есть изучению гидродинамики с помощью компьютеров, а также достижениям в области механической обработки углерода, в 2012 году количество вентиляционных отверстий каждого тормозного диска увеличилось до 600, благодаря появлению третьего и четвертого ряда отверстий, уменьшению их диаметра и устранению перекрытия, которое отнимало поверхность, контактирующую с воздухом.

В 2013 году, воспользовавшись существенной стабильностью нормативной базы, Brembo представила новый тип углерода для дисков: по сравнению с предыдущим CCR, CER обеспечил максимальную скорость достижения рабочей температуры, широкий диапазон использования и очень линейный отклик.

Даже в условиях революции регламента 2014 года Brembo не была застигнута врасплох. В том сезоне вернулись турбомоторы, отсутствовавшие с 1988 года, но объем был ограничен до 1,6 литра, а обороты до 15 000 в минуту. Кроме того, была введена гибридная технология с использованием двух электродвигателей, а минимальный вес автомобиля был увеличен с 642 кг до 691 кг.

Значительное увеличение массы привело к необходимости перепроектирования тормозной системы, также из-за введения технологии Brake by Wire. Тем не менее, это сопровождалось дальнейшим улучшением вентиляции, количество отверстий на каждом диске превысило тысячу.

В 2016 году впервые стремление к экстремизации дизайна позволило достичь рекордного уровня в 1100 отверстий на каждом диске. Это было преддверием новой задачи, поскольку в 2017 году ширина автомобилей вернулась к ровно 2 метрам, увеличившись на 20 см за один раз. Увеличилась также ширина переднего крыла и шин, что привело к повышению производительности, в том числе увеличению тормозного момента на 25 процентов.

Регламент учел это увеличение производительности и увеличил толщину тормозных дисков с 28 мм до 32 мм. Большая толщина позволила дополнительно увеличить вентиляционные отверстия, что привело к дальнейшему развитию системы охлаждения. Таким образом, начиная с двухлетнего периода 2017-2018 годов, количество отверстий на каждом диске стало 1 260.

Тем не менее, команды могли выбирать между тремя различными решениями дисков Brembo, в зависимости от ожидаемых температур во время каждого Гран-при и принятой стратегии гонки. Все это стало еще более очевидным в 2020 году с предложением шести решений дисков из углерода, полезных для противодействия постоянно растущим характеристикам силовых установок.

Для передней оси команды могли выбирать между дисками "Very High Cooling" с 1 470 отверстиями, расположенными в 7 рядов, дисками "High Cooling" с 1 250 отверстиями, расположенными в 6 рядов, и дисками "Medium Cooling" с 800 отверстиями, расположенными в 4 ряда. Для каждой вентиляции также была доступна версия с обработкой на внешнем диаметре, так называемая "groove", которая создает расходящуюся секцию на внешней части диска для дополнительных аэродинамических преимуществ.

Шесть спецификаций вентиляции для передней оси снова стали всего парой с последним изменением регламента: минимальный вес автомобилей увеличился с 752 кг до 798 кг, аэродинамика изменилась, и были приняты колеса диаметром 18 дюймов вместо 13 дюймов.

Новый технический регламент также повлиял на тормозные системы, увеличив диаметр дисков с 278 мм до 328 мм на передней оси и с 266 мм до 280 мм на задней оси, а также увеличив их толщину до 32 мм по сравнению с 28 мм в прошлом сезоне. 

Также изменилась архитектура, поскольку были запрещены отверстия для охлаждения на колодках, и был установлен минимальный диаметр 3 мм для отверстий на дисках. Это сказалось на количестве отверстий, которые ранее имели диаметр 2,5 мм, впервые приведя к уменьшению их общего количества: с 1 470 в 2021 году до текущих 1 050.

Своего рода "стоп и старт" в ожидании дальнейшего скачка, ожидаемого в следующем сезоне, всегда во имя рассеивания тепла - врага номер один Формулы-1.