F1的剎車到底有什麼黑科技

F1剎車時的功率相當於引擎產生功率的3倍——所以剎車在圈速上至關重要,雷諾和威廉姆斯前技術總監Pat Symonds將為我們講解這其中的技術。

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翻譯:小剛

原文和圖片均來源於F1 Racing,版權歸其所有;本文只作賽車科普和翻譯學習,不得用於任何商業目的。

原文鏈接:autosport.com/f1/featur

日常駕駛,大家都不太在意剎車。

緊急剎車後,也只會在那一剎那感謝當代剎車技術的進步,事後會覺得大力剎車也是偶爾在緊急情況下才會出現。

果斷地晚剎車好像很嚇人,但是剎車在F1比賽中就是另外一回事了。剎車不但很猛,而且很頻繁。

像摩納哥和新加坡這樣的街道賽,賽道中23%的路段都需要剎車,而不是油門。這就意味著常常被忽略的一個事實,剎車在圈速中的重要性,和引擎、底盤一樣重要。

F1賽歷中最難的一個剎車點之一——加拿大賽道的13號彎。10年前這個彎的剎車距離是117米,但去年只有97米。

有人會辯解說是因為更快的彎心速度,但反過來,入彎的速度也更快了。剎車消耗掉的功率是驚人的,這種情況下超過2100KW。

所有這些功率會轉化為熱量。剎車盤工作溫度在500℃左右,當車手完成剎車,把腳下136KG的力量從剎車踏板移開後,溫度會高達1200℃左右,和熔岩相當。

所以剎車盤的散熱同樣重要,不單關乎性能,也關係到剎車盤的使用壽命。

剎車盤和墊片的材料叫做碳碳(Carbon Carbon)。這樣稱呼是因為剎車所用的碳纖維,是在高溫環境下,經過2周左右凈化後的產物,這個過程稱為裂解(pyrolysis)。這會燒掉碳纖維中的任何有機粘合材料,只留下有空隙的、非常純凈的碳。

接著進行密化(densification):再把它放在碳很豐富的環境當中,在高溫中待上幾周,形成堅固而同質的碳材料,就可以用機械加工成所需的剎車盤和墊片。

加工完成後的材料在高溫狀態下有返回以前形態的傾向,所以剎車碟掉碳屑的原因不是機械磨損(儘管這在低溫狀態下會出現),而是氧化(oxidisation),溫度超過650℃時會掉得很厲害。

雖然不願看到剎車盤氧化,但就是它消耗了可怕的熱量,也導致了剎車盤上越來越複雜的設計。10年前剎車盤上大概有200個相對比較大口徑的散熱孔。現在,剎車盤擁有超過1400個直徑為2.5mm的散熱孔。

只要你在小東西上鑽過孔,就知道這有多難,哪怕藉助精密複雜的機械,也很難保證不斷裂,更別提要在整個剎車盤上鑽這麼多孔。

用機械加工剎車盤要非常仔細;所以完成一塊剎車盤要耗費大約14小時。為什麼要鑽深度為130mm的小口徑散熱孔?因為這樣可以增大冷空氣流經的表面——這決定了剎車盤的散熱能力。

這樣做自然帶來另一個好處,剎車盤非常的輕——僅僅只有1.2公斤。街車上相同尺寸的鋼製剎車盤是7公斤左右。

但不是碳的摩擦就能讓賽車減速。請記住,街車在緊急情況下剎車的G值是0.8左右,F1賽車速度達到322公里時剎車,光是空氣動力學所造成的阻力就已經超過了0.9G。

還要加上沒踩油門時引擎制動就開始工作,引擎變成了一臺巨大的空氣泵,120KW的功率被MGU-K所吸收,然後給電池充電,所以你就明白F1賽車剎車時的5個G值是從何而來。

那G值到底是什麼東西呢?嚴格說來,我們應該用 「 m/s2」來描述剎車——換言之,速度隨時間的變化率。

在地球上,任何下落的物體都受重力加速度影響,無論是是羽毛還是鉛球,都是以9.81 m/s2的加速度向地面運動。它是描述加速度的一個單位。

達到1G,你身體的重量,泡個澡就知道。達到5G,一個75kg的人會達到375kg,當F1車手剎車時,安全帶給他的力就是這個重量,而車手每一圈都要經歷多次。

還有一個實例,航母彈射艦載機時,飛行員要承受的是9-12個G——終身難忘的體驗。

F1的剎車性能是現象級的,和賽車其他部分的工程原理一致,不斷地壓榨出那一點點最小的提升空間——這就是勝負的分水嶺。

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