[Владимир Владимирович]

3. Тормоза
3.1. Общие положения
3.2. Строение
3.3. Физика тормозных систем
3.1. Общие положения

Одна из самых изумительных частей F1 - тормоза. Торможением можно сбросить скорость с 200 mph (миль в час) до 50 mph всего за 3 секунды. Такие возможности тормозов не менее важны, чем характеристики двигателя для прохождения круга за наименьшее время.

Болиды F1 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.

На рисунках ниже представлены передние тормоза Бенеттона B199 (слева) и задние тормоза McLaren MP4/13 (справа):

Существует две компании, производящие тормозные системы для болидов F1: AP Racing и Brembo. 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).
3.2. Строение

Как правило, более легкие(облегченные конструкции) суппорты(см. ниже) тормозной системы оказываются вместе с тем менее жесткими, а это сопровождается глубоким ходом тормозной педали. Также это означает, что система менее эффективна в силу того, что слишком большое количество тормозной жидкости находится в постоянном движении. Рассматривая этот аспект, FIA запретила использование сверх легких материалов в тормозах, таких как Алюминий-Берилий. Однако решение выбора тормозов всегда остается за пилотом, который выбирает между жесткостью тормозов и весом болид (т.к. жесткость сопровождается увеличением массы тормозной системы).

Во время гонки, наиболее важные две характеристики тормозов - это температура и охлаждение. При разработке тормозных дисков очень важно сделать так, чтобы в момент торможения вся температура, образованная трением как можно скорее распределялась по всему диску, иначе же, если вся температура будет приходится исключительно на поверхность(см. рис. ниже), то износ таких дисков будет колосальным и естественно такие диски непригодны для F1.
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 вся тормозная система выйдет из строя.

Крутящиеся диски охвачены специальным приспособлением - тормозным суппортом. В момент, когда пилот нажимает на педаль тормоза, тормозная жидкость впрыскивается в поршни внутри калипера, который приводит в движение тормозные колодки по направлению к дискам, что и заставляет колесо крутиться медленнее. Сами диски, как правило, имеют просверленные отверстия, позволяя воздуху проходить сквозь них, снижая температуру. На рисунке ниже представлено строение тормозного суппорта:
На рисунке еще ниже, видны основные цилиндры системы торможения, которые содержат тормозную жидкость как для передних так и для задних тормозов. К ним задние и передние тормозные системы подключены параллельно, так как в случае отказа одних тормозов, пилот все еще мог бы воспользоваться другими.

3.3. Физика тормозных систем
Мы рассматриваем нормальный тормозной диск с одним суппортом и двумя тормозными поршнями по обе стороны диска.

M = [(4mP) / 3] * [(R3 v r3) / (R2 v r2]

Где: P = эквивалентные силы за двумя тормозными поршнями с давлением (p);
M = тормозной момент;
m = коэффициент силы трения;
R = внешний радиус места контакта между диском и тормозными поршнями;
r = радиус этого же места.