什么?F1再快并非一脚油门干到底,揭秘那些刹车黑科技

2020-03-14 16:18   来源: 互联网    阅读次数:423

F1刹车时的功率相当于引擎产生功率的3倍——所以刹车在圈速上至关重要,雷诺和威廉姆斯前技术总监Pat Symonds将为我们讲解这其中的技术。‍

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翻译:@喜欢赛车的小刚(微博)

日常驾驶,大家都不太在意刹车。

紧急刹车后,也只会在那一刹那感谢当代刹车技术的进步,事后会觉得大力刹车也是偶尔在紧急情况下才会出现。

果断地晚刹车好像很吓人,但是刹车在F1比赛中就是另外一回事了。刹车不但很猛,而且很频繁。

像摩纳哥和新加坡这样的街道赛,赛道中23%的路段都需要刹车,而不是油门。这就意味着常常被忽略的一个事实,刹车在圈速中的重要性,和引擎、底盘一样重要。

F1赛历中最难的一个刹车点之一——加拿大赛道的13号弯。10年前这个弯的刹车距离是117米,但去年只有97米。

有人会辩解说是因为更快的弯心速度,但反过来,入弯的速度也更快了。刹车消耗掉的功率是惊人的,这种情况下超过2100KW。

所有这些功率会转化为热量。刹车盘工作温度在500℃左右,当车手完成刹车,把脚下136KG的力量从刹车踏板移开后,温度会高达1200℃左右,和熔岩相当。

所以刹车盘的散热同样重要,不单关乎性能,也关系到刹车盘的使用寿命。

刹车盘和垫片的材料叫做碳碳(Carbon Carbon)。这样称呼是因为刹车所用的碳纤维,是在高温环境下,经过2周左右净化后的产物,这个过程称为裂解(pyrolysis)。这会烧掉碳纤维中的任何有机粘合材料,只留下有空隙的、非常纯净的碳。

接着进行密化(densification):再把它放在碳很丰富的环境当中,在高温中待上几周,形成坚固而同质的碳材料,就可以用机械加工成所需的刹车盘和垫片。

加工完成后的材料在高温状态下有返回以前形态的倾向,所以刹车碟掉碳屑的原因不是机械磨损(尽管这在低温状态下会出现),而是氧化(oxidisation),温度超过650℃时会掉得很厉害。

虽然不愿看到刹车盘氧化,但就是它消耗了可怕的热量,也导致了刹车盘上越来越复杂的设计。10年前刹车盘上大概有200个相对比较大口径的散热孔。现在,刹车盘拥有超过1400个直径为2.5mm的散热孔。

只要你在小东西上钻过孔,就知道这有多难,哪怕借助精密复杂的机械,也很难保证不断裂,更别提要在整个刹车盘上钻这么多孔。

用机械加工刹车盘要非常仔细;所以完成一块刹车盘要耗费大约14小时。为什么要钻深度为130mm的小口径散热孔?因为这样可以增大冷空气流经的表面——这决定了刹车盘的散热能力。

这样做自然带来另一个好处,刹车盘非常的轻——仅仅只有1.2公斤。街车上相同尺寸的钢制刹车盘是7公斤左右。

但不是碳的摩擦就能让赛车减速。请记住,街车在紧急情况下刹车的G值是0.8左右,F1赛车速度达到322公里时刹车,光是空气动力学所造成的阻力就已经超过了0.9G。

还要加上没踩油门时引擎制动就开始工作,引擎变成了一台巨大的空气泵,120KW的功率被MGU-K所吸收,然后给电池充电,所以你就明白F1赛车刹车时的5个G值是从何而来。

那G值到底是什么东西呢?严格说来,我们应该用 “ m/s2”来描述刹车——换言之,速度随时间的变化率。

在地球上,任何下落的物体都受重力加速度影响,无论是是羽毛还是铅球,都是以9.81 m/s2的加速度向地面运动。它是描述加速度的一个单位。

达到1G,你身体的重量,泡个澡就知道。达到5G,一个75kg的人会达到375kg,当F1车手刹车时,安全带给他的力就是这个重量,而车手每一圈都要经历多次。

还有一个实例,航母弹射舰载机时,飞行员要承受的是9-12个G——终身难忘的体验。

F1的刹车性能是现象级的,和赛车其他部分的工程原理一致,不断地压榨出那一点点最小的提升空间——这就是胜负的分水岭。


责任编辑:曹飞
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