Никакой другой элемент не предлагает такую комбинацию легкости, высокой теплопроводности и отсутствия температурных расширений, как углерод.
Эти характеристики приводят к высокому коэффициенту трения, стабильности и постоянству характеристик, а также к практически мгновенному рассеиванию тепла. Чтобы лучше его узнать, вот 5 интересных фактов об использовании этого элемента.
УГЛЕРОД НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОСТЬЮ ФОРМУЛЫ 1
Невероятная тормозная мощность современных болидов Формулы 1 – от 300 км/ч до 0 менее чем за 3 секунды – не может обойтись без использования дисков и колодок из углерода.
Однако углеродные тормоза не являются исключительной особенностью Формулы 1, они также используются десятилетиями прототипами, которые участвуют в 24 часах Ле-Мана и других гонках WEC (World Endurance Championship).
Чтобы углерод работал наилучшим образом в гонках на выносливость, необходимо было преодолеть основную проблему этого применения – износ! Фрикционный материал должен выдерживать длительное использование в течение 24 часов, в отличие от максимума в 2 часа для Гран-при Формулы 1.
Настоящий вызов для Brembo, который разработал специальные решения для наилучшей адаптации к более тяжелым автомобилям и контексту, не связанному только с чистой производительностью: диаметр дисков отличается, потому что в этом случае 18-дюймовые колеса позволяют увеличить диаметр до 380 мм, но толщина все равно составляет 32 мм.
Основное развитие последних лет касалось в основном снижения потребления, с разработкой материалов с низким износом. В 24-часовой гонке может быть решающим избежать замены изношенных дисков и колодок во время гонки, экономя драгоценное время.
Благодаря введению нового фрикционного материала, который значительно увеличил пробег и обеспечил более эффективную теплопроводность, уже в 2001 году Brembo позволил Audi R8 команды Joest под управлением Франка Бьела, Эмануэле Пирро и Тома Кристенсена завершить гонку на первом месте, не заменяя диски и колодки ни разу.
Невероятно низкий износ также позволил в последние годы поддерживать неизменные и повторяемые характеристики от начала до конца гонки.
И на углерод полагается также Формула E, категория, которая начиная с пятого сезона (2018/19) будет иметь Brembo в качестве эксклюзивного производителя тормозной системы.
Чтобы лучше удовлетворить потребности полностью электрического автомобиля, используемый углерод отличается от того, который используется в Формуле 1 и WEC.
Кроме того, толщина углеродных дисков Формулы E значительно уменьшена: 24 мм для передних, 20 мм для задних.
УГЛЕРОД ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ТАКЖЕ НА МОТОЦИКЛАХ
Помимо основных автомобильных категорий, углеродные диски также используются в MotoGP, но только в MotoGP.
Этот материал сделал свой робкий дебют в королевском классе в 1988 году и в течение пяти лет стал абсолютным стандартом.
Слишком велика разница в характеристиках, а также в весе (тормоза являются неподвешенными массами) и ощущениях, с дисками из стали, использовавшимися ранее.
Сегодня в MotoGP большинство пилотов предпочитают диски диаметром 340 мм, разделяясь между High Mass (высокая масса) и Standard (низкая масса).
Чтобы обеспечить одинаковую тормозную мощность и добиться дополнительного облегчения, были введены также диски диаметром 340 мм Light.
Другие продолжают использовать диски диаметром 320 мм. Кроме того, для каждого формата тормозного диска и колодки доступны два различных компонента, которые различаются по начальному захвату и устойчивости к высоким температурам.
В приложении, где ощущение торможения является решающим для пилота, Brembo предлагает в общей сложности 10 различных вариантов выбора тормозных дисков. Отсутствие углеродных дисков в Moto2 и Moto3 связано с ограничением затрат.
Аналогичная мотивация лежит в основе исключения углерода из Чемпионата мира по супербайку с 1994 года: в этом чемпионате используются диски из нержавеющей стали, большинство из которых производятся Brembo.
УГЛЕРОД: ВЫСОКАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ СПОСОБСТВУЕТ ВЕНТИЛЯЦИИ
Одним из самых критических аспектов тормозной системы болидов Формулы 1 всегда была управление рабочими температурами. Чтобы лучше удовлетворить потребность в рассеивании тепла, вентиляция углеродных дисков Brembo претерпела постоянную эволюцию.
В 2005 году каждый диск имел около сотни вентиляционных отверстий, а теперь, благодаря постепенному уменьшению их размеров, их количество превышает 1400 единиц. Текущие отверстия углеродных дисков Brembo имеют диаметр 2,5 миллиметра, расположены в 4 или 5 рядах и изготавливаются с допуском обработки всего 4 сотых миллиметра.
Форма и количество связаны с характеристиками болидов, на которых они будут использоваться, и через CFD (Computational Fluid Dynamics) вентиляции разрабатываются в соответствии с характеристиками отдельных автомобилей.
В гибридных прототипах LMP1, где регенерация при торможении больше, чем в Формуле 1, вентиляционных отверстий меньше.
В Формуле 1 температура дисков может достигать пиков более 1000 градусов Цельсия во время торможения, тогда как на 24 часах Ле-Мана часто проблема противоположная, потому что ночью и в режиме нейтрализации существует риск, что температура систем упадет ниже 300 градусов Цельсия, предел, ниже которого может возникнуть опасное остекление фрикционного материала.
Для Формулы E, поскольку максимальные температуры составляют около 800 градусов Цельсия, углеродные диски Brembo в настоящее время имеют всего 70 вентиляционных отверстий диаметром 6,2 мм на передних дисках и 90 отверстий диаметром 4,2 мм на задних дисках.
УГЛЕРОД РАБОТАЕТ И НА МОКРОЙ ПОВЕРХНОСТИ
С тех пор как углеродные диски стали использоваться на постоянной основе в Формуле 1, пилоты больше не могут обходиться без них, даже в случае дождя.
Несмотря на снижение температур, вызванное уменьшением сцепления из-за влажного асфальта и прямым контактом с водой, что увеличивает тепловой обмен, невероятная тормозная мощность, которой обладают эти болиды, позволяет пилотам достигать оптимальной рабочей температуры всего за несколько торможений во время круга выравнивания только с легкими частичными закрытиями воздухозаборников.
В мотоциклетной области ситуация была иной, тормозные диски вращаются в открытом воздухе и охлаждаются гораздо быстрее, кроме того, наличие всего 2 колес мешает передать на землю всю тормозную силу, оказываемую углеродной системой Brembo.
Однако Brembo никогда не прекращал улучшать производственные процессы своих материалов, и так, благодаря увеличению мощности мотоциклов, более производительным шинам и использованию покрытий для дисков, удалось совершить невозможное: на Гран-при Японии 2017 года, несмотря на дождь, который не давал покоя пилотам все 24 круга, снижая температуру асфальта до всего 15 градусов Цельсия, первые 9 на финише использовали углеродные диски.
НА ДОРОГЕ ЛУЧШЕ КАРБО-КЕРАМИКА
Несмотря на значительные преимущества, перечисленные выше, при вождении на трассе, углеродные диски оказываются неподходящими для использования на дороге. Прежде всего, они не подходят по характеристикам, потому что ежедневное вождение не позволяет тормозной системе достигать минимальных рабочих температур, которые необходимы углероду.
Другим фактором, исключающим их использование на дорожных автомобилях, является высокий расход: во время 24 часов Ле-Мана толщина углеродных дисков прототипа уменьшается на 3-4 мм, а толщина колодки на 8-10 мм.
Хотя на дорожных суперкарах расход ниже, срок службы все равно был бы слишком коротким, чтобы оправдать расходы.
Да, потому что еще одним ограничением углеродных дисков является их высокая стоимость, как показывает их исключение из многих чемпионатов как автомобильных, так и мотоциклетных, не первого уровня.
Чтобы, по крайней мере частично, перенести многие из многочисленных преимуществ, предлагаемых углеродом, на дорожные автомобили, были созданы карбо-керамические диски, главным мировым производителем которых является Brembo через Brembo SGL Carbon Ceramic Brakes, совместное предприятие с SGL Group.
Карбо-керамические диски позволяют сэкономить вес на 5-6 кг по сравнению с традиционным диском из чугуна, срок службы может достигать, в зависимости от типа вождения, даже равняться сроку службы автомобиля, на котором они установлены, а сокращение тормозного пути с 100 км/ч до 0 км/ч составляет около 3 метров.
Кроме того, карбо-керамические диски Brembo устойчивы к коррозии, не деформируются при температуре, не вызывают вибраций, надежны даже в случае дождя и обеспечивают одинаковую тормозную силу даже после многократных срабатываний и при низких температурах.