Тормоза в Формуле 1

«Тормоза придумали трусы», часто говорят лихачи. Интересно, они знают, что при помощи тормозов болиды Формулы1 замедляются с 300 км/ч до 60 км/ч всего за 2 секунды? Думаю, что нет. Потому, что если бы они это знали, то сказали бы восторжено: «Тормоза – творение рук гениальных учёных!»

Система ABS, которая сейчас повсеместно используется на большинстве автомобилей, родом из Формулы 1. Именно королеве автоспорта многие водители косвенно обязаны своей жизнью.

Принцип торможения на пальцах… Торможение это замедление движущегося объекта, при помощи отделения от него кинетической энергии, которой он обладает.

1 - тормозные колодки; 2 - тормозной суппорт; 3 - тормозной диск

Автомобили Формулы 1 имеют дисковые тормоза (как и многие дорожные авто) с вращающими дисками, прикреплёнными к колёсам. Тормозные диски находятся между двумя колодками, которые, в свою очередь, сближаясь под действием гидравлических суппортов, сжимают диск. Таким образом импульс автомобиля превращается в большое количество тепла и света. Именно поэтому тормозные диски болидов Формулы 1 часто, раскалены до красна.

Тормозной суппорт Brembo болида Формулы 1

Болиды Ф1 используют тормозные диски как и обычные машины, однако эти диски сделаны так, что могут выдерживать температуру в 750 градусов (по цельсию), но после каждой гонки они приходят в негодность и требуют замены. Очень важный момент в торможении — это устойчивость болида на трассе, поэтому пилот регулирует баланс передней и задней силы торможения. Как правило, это соотношение составляет 60% передней тормозной силы к 40% задней. Такая настройка используется из-за того, что при торможении практически весь вес болида перемещается на переднюю его часть. 

Дорогое производство тормозов исходит из того, что их делают на основе передовых технологий, используя карбон. Предпочтительное использование карбона возникает из-за двух параметров: 1) вес; 2) устойчивость к температуре (продолжительный нагрев, быстрое остывание).

Это также относится и к тормозным поршням (те, что зажимают диск при торможении). Но здесь, поршни должны принять на себя всю температуру таким образом, чтобы как можно меньше нагревался сам суппорт. Если же суппорт нагревается сильно, то эта температура далее передается тормозной жидкости, что очень не желательно. При достижении кипения тормозной жидкости, эффективность торможения существенно ухудшается, вплоть до полного выхода системы из строя.

Крутящиеся диски охвачены специальным приспособлением — тормозным суппортом. В момент, когда пилот нажимает на педаль тормоза, тормозная жидкость впрыскивается в поршни внутри калипера (суппорта), который приводит в движение тормозные колодки по направлению к дискам, что и заставляет колесо замедляться.

Сами диски, как правило, имеют просверленные отверстия, позволяя воздуху проходить сквозь них, снижая температуру (в дорожных авто чаще используют диски без вентиляционных отверстий, поскольку сам диск нагревается там в разы меньше. Для понижения температуры диска вполне достаточно поперечных ребер, расположенных между двумя половинками диска (т.н. вентилируемый диск). В былые времена и вовсе тормозной диск представлял из себя полностью литую болванку без каких-либо приспосболений для охлаждения).

Вентилируемые диски BMW для дорожных машин

Таким образом большая сила, которая вращает колеса приводит к тому, что для торможения необходимо применять ещё большую силу, при этом мощность торможения запредельная и приводит к блокировке колёс. Ранее в Ф1 применялась ABS (антиблокировачная система), которая позволяла колесу немного покрутиться в момент пиковой мощности на торможении и отпустив диск на мгновение опять применить максимальное усилие к торможению, но её запретили в 1990-х годах. Поэтому торможение до сих пор остаётся главным и очень суровым испытанием для пилота Формулы 1, ведь при неправильном использовании гонщик теряет много времени, а при правильном наоборот увеличивает скорость прохождения круга.

Нынешний регламент по безопасности гласит, что в настоящее время все болиды должны быть оборудованы двумя отдельными закрытыми гидравлическими контурами со своими резервуарами для передних и задних колёс. Суммарная тормозная мощность, поступающая в передний и задний контур может быть заведомо изменена, что позволяет водителю контролировать уменьшение количества топлива в автомобиле. Базовая настройка распределения тормозного усилия составляет 60% усилия на переднюю часть болида, и соответсвенно 40% на заднюю. Такая настройка используется из-за того, что при торможении практически весь вес болида перемещается на переднюю его часть. Попробуйте остановить продуктовую тележку в магазине с лежащим в ней мячом, и вы поймёте как распределяется направление энергии в момент остановки.

Не для кого не секрет, что тормоза в Формуле 1 гораздо более совершенные чем на обычных автомобилях. На всех машинах, которые принимают участие в этом сезоне установлены диски из композитных материалов – углеродного волокна. Этот материал позволяет сэкономить вес, а его рабочая температура гораздо выше чем у стальных тормозных дисков. Типовой тормозной диск болида Формулы 1 весит около 1.5 кг. Колодки, которые сжимают диск сделаны из специальных материалов, они способны работать даже при высоких температурах (до 750 градусов по Цельсию). Как следствие команды уделяют много внимания разработке тормозных воздуховодов, которые не только обеспечивают нужное охлаждение, но и являются достаточно эффективными аэродинамическими элементами машины.

Комбинированные тормозные диски Mercedes с керамической рабочей поверхностью

Тем не менее, в отличии от дорожных автомобилей, в Формуле 1 регламентом запрещено использование каких-либо усилителей и применения любых  антиблокировочных систем и механизмов. Сама тормозная система - гидравлическая, высокого давления.

Если говорить об эффективности тормозов, то можно смело сказать, что тормоза которые используются в Формуле 1  очень эффективные. В сочетании с современной покрышкой им удалось значительно сократить тормозной путь. Болид Формулы 1 пройдёт гораздо меньшее расстояние до полной остановки со 160 км/ч, чем обычный дорожный автомобиль с 100 км/ч до 0 км/ч. Так что вы можете смело считать тормоза в Формуле 1 классными. Правила специально ограничивают развитие в тормозной системе, чтобы инженеры не создали ещё более действенные тормоза, тогда обгонов на трассе станет гораздо меньше.

И последнее, тормоза в Формуле 1 применяются не только для того чтобы замедлить авто, но и ещё для того чтобы собрать для машины ещё больше питания. Кинетическая энергия выделяемая при торможении, преобразуется в электрическую энергию и возвращается на силовую передачу автомобиля при помощи сложных системе рекуперации энергии ERS. В реальной жизни ERS привело к ряду изменений в тормозной системе болида Формулы 1, увеличив при этом нагрузку на заднюю ось машины. Начиная с 2014 года, командам разрешено использовать электронно-управляемый вид задней тормозной системе, так чтобы дать возможность пилотам соблюдать разумный уровень баланса и устойчивости при торможении.