دیسک های ضد کربن کربن چیست؟

دیسک های ترمز کربن مواد کامپوزیت ساخته شده از الیاف کربن جاسازی شده در یک ماتریس کربن است. الیاف قدرت کششی و سفت را فراهم می کند، در حالی که ماتریس آنها را متصل می کند و بارهای انتقال می دهد، این ترکیب یک ماده را تولید می کند که تقریبا یک چهارم چگالی فولاد هنوز قدرت استثنایی در دمای بالا را حفظ می کند. روند تولید به طور معمول شامل ما پاک کردن فیبر کربن به یک پیش فرض، و جلوگیری از نفوذ در یک گاز شیمیایی (مانند گاز متان 1) می تواند مقاومت کند.

نتیجه یک دیسک ترمز است که نه تنها سبک است بلکه هدایت حرارتی بالا، گسترش حرارتی پایین و مقاومت برجسته به شوک حرارتی را نشان می دهد.این خواص دیسک های کربن را به طور منحصر به فرد برای برنامه های کاربردی که در آن دما می تواند بیش از 1000 ° C در عرض ثانیه از فرمول 1، چنین دیسک ها تبدیل به استاندارد de facto از زمان معرفی آنها در اوایل 1980s.

تاریخ و تصویب در فرمول 1

ترمز کربن کربن برای اولین بار در فرمول 1 در سال 1982 ظاهر شد، پیشگام توسط تیم Brabham، مزیت فوری آنها توانایی ترمز بعدا و سخت تر از رقبای استفاده از دیسک های فولادی معمولی بود، در اواسط دهه 1980، تکنولوژی تقریبا توسط هر تیم صرفه جویی در وزن، بهبود وزن و باتری، کاهش وزن تنها، در حالی که کاهش یک دیسک 1 کیلوگرمی است.

تکامل ترمز کربن منعکس کننده نژاد گسترده تر سلاح های تکنولوژیکی در فرمول 1 هر فصل، تیم به دنبال دستاوردهای حاشیه ای در مقاومت از بین بردن، اصلاح و بهره وری خنک کننده است. نسل فعلی دیسک ها می تواند بیش از 1500 چرخه ترمز از بیش از 300 کیلومتر / ساعت به کمتر از 100 کیلومتر / ساعت بدون از دست دادن عملکرد قابل توجه تحمل.

مزایای کلیدی در فولاد و سرامیک

  • مقاومت گرمایی استثنایی: دیسک های کربن کربن حفظ یکپارچگی ساختاری و ضریب اصطکاک خود را در دما تا 1200 °C، به مراتب فراتر از نقطه ذوب فولاد است.این اجازه می دهد تا اتومبیل های F1 به ترمز از سرعت های شدید به طور مکرر بدون محو.
  • وزن کم: یک تنظیم کامل کربن کربن کربن (discs، پدها و callipers) می تواند تا 15 کیلوگرم بر یک معادل فولاد صرفه جویی کند.این کاهش در توده های بدون دود بهبود می یابد، سرعت و کشش.
  • ترمز قرمز شده: ظرفیت گرمای بالا از کربن کربن به این معنی است که مواد جذب مقدار زیادی از انرژی بدون سرعت بالا حرارت با هدایت حرارتی کارآمد، این به حداقل می رسد حتی تحت ترمز سنگین پایدار.
  • عملکرد احتمالی: پس از به درستی در رختخواب، دیسک های کربن به طور قابل توجهی قدرت توقف مداوم در سراسر یک پنجره دمای گسترده را فراهم می کند.
  • Superior Modulation: [FLT 1] ویژگی های اصطکاک کربن- کربن اجازه می دهد کنترل دقیق نیروی ترمز، ضروری برای ترمز به گوشه ها و مدیریت انتقال وزن.

در مقایسه با ترمزهای مدرن کربن-ceramic که در ماشین های جاده ای استفاده می شود، دیسک های کربن سبک تر هستند و بارهای حرارتی بالاتری را کنترل می کنند، اگرچه طول عمر کوتاه تری دارند و نیاز به روش های دقیق تر عملیاتی دارند.

چالش های حرارتی دینامیک و مهندسی

مدیریت گرمای عظیم تولید شده توسط یک سیستم ترمز فرمول 1 یک کار مهندسی پیچیده است.در حداکثر کاهش، دیسک های ترمز می توانند در عرض چند ثانیه به دمای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد برسند. مواد کربن کربن باید این گرما را به سرعت از بین ببرند تا از اجزای خنک کننده مجاور جلوگیری کنند.

چالش حرارتی دیگر شوک حرارتی است.اگر یک راننده از سرعت بالا ترمز کند و سپس بلافاصله به یک شکاف ضربه بزند، تغییرات سریع دما می تواند باعث ایجاد تکنیک های تولید مدرن شود، مانند استفاده از مواد افزودنی کربن و استفاده از پوشش های محافظ، کاهش میزان چنین شکست هایی را کاهش داده است.

تاثیر بر استراتژی مسابقه و عملکرد راننده

تصویب ترمز کربن به طور مستقیم بر استراتژی مسابقه تأثیر می گذارد.توانایی ترمز بعدا به گوشه ها اجازه می دهد تا رانندگان راحت تر جذب شوند و از موقعیت های سخت تر دفاع کنند، مانند ترمزهای دیرین یا رانندگان به نقطه گاز ثابت و مقاومت از دیسک های کربن- کربن تکیه می کنند.

علاوه بر این، ماهیت سبک ترمز کربن کربن باعث کاهش کل وسایل نقلیه می شود که به شتاب از گوشه ها کمک می کند، این اثر به ویژه در بخش اولیه مسابقه ای که بارهای سوخت بالا هستند، مشخص می شود، تیم ها همچنین دمای ترمز را به عنوان بخشی از مدیریت کلی لاستیک ها مدیریت می کنند - ترمز تهاجمی می تواند بر لاستیک های جلو، در حالی که ترمز محتاطانه ممکن است به اندازه کافی گرما تولید نکند تا لاستیک های مرکزی را به دست آورند، ترمز و عملکرد آن ها، و عملکرد آن ها، ترمز، و عملکرد آن ها، ترمز حرارتی، و عملکرد آن ها، ترمز حرارتی است.

محدودیت ها و محدودیت های عملیاتی

علی رغم مزایای آنها، دیسک های ترمز کربن بدون نقص نیستند، مهم ترین محدودیت آنها هزینه است.یک مجموعه از دیسک ها و پدها می تواند ده ها هزار یورو هزینه داشته باشد و یک تیم ممکن است از چندین مجموعه در طول یک آخر هفته مسابقه استفاده کند و تولید انرژی فشرده، نیاز به کوره های با دمای بالا و چندین چرخه نفوذ، علاوه بر این، دیسک های کربن حساس به سرعت ایجاد می شوند (C200 درجه حرارت بسیار دقیق).

چالش دیگر این است که استفاده از.در حالی که دیسک های کربن کربن بسیار طولانی تر از فولاد در شرایط مسابقه، آنها هنوز هم در طول زمان کاهش می یابد، سطح اصطکاک از بین می رود، و دیسک به تدریج از دست می دهد ضخامت دیسک و وزن بین جلسات برای اطمینان از آنها در عوامل محیطی مانند رطوبت و پیگیری گرد و غبار، همچنین می تواند عملکرد دقیق را تحت تاثیر قرار دهد.

توسعه های آینده: Beyond Carbon- Carbon

همانطور که فرمول 1 به سمت پایداری و هزینه محدود شدن فشار می آورد، تکنولوژی ترمز همچنان در حال تکامل است.یک جهت امیدوار کننده کامپوزیت های کاربید کربن (C / SiC) است که عملکرد حرارتی کربن را با مقاومت بیشتر سایش و سختی کاربید سیلیکون ترکیب می کند. این مواد می توانند زندگی طولانی تر و حساسیت کمتری به تغییرات دما ارائه دهند، به طور بالقوه تعداد مجموعه های دیسک مورد نیاز در هر فصل کاهش می یابد.

حوزه دیگری از تحقیقات سیستم های ترمز به سیم است که ترمز تجدید پذیر را از واحدهای برق هیبریدی ادغام می کند.در خودروهای مدرن F1، MGU-K (واحد ژنراتور موتور - Kinetic) می تواند انرژی را در طول ترمز برداشت کند، کاهش بار حرارتی در دیسک ها.The interplay بین regenerative و اصطکاک باید به دقت کالیبره شود تا اطمینان حاصل شود که مقررات انرژی پیش بینی شده، حتی ممکن است کاهش یابد و کاهش وزن بالقوه بیشتر.

بازیافت و تاثیر زیست محیطی نیز مورد توجه قرار می گیرد. اجزای کربن- کربن غیر کارتی برای بازیافت مشکل هستند، اما فرآیندهای جدید مانند pyrolysis برای بازیابی فیبرهای کربن - در حال توسعه هستند. سری مسابقات متعدد، از جمله فرمول 1، در حال بررسی راه های استفاده مجدد یا استفاده مجدد از مواد ترمز هستند.

نتیجه گیری

دیسک های ترمز کربن سنگ بنای تکنولوژی فرمول 1 باقی می مانند، که سرعت های شدید و سرعت های گوشه گیری بالا را که ورزش را تعریف می کنند، قادر می سازد، ترکیب آنها از وزن کم، تحمل حرارت بالا و عملکرد ثابت توسط هر گونه مواد ترمز دیگر سازگار نیست، در حالی که آنها چالش در هزینه، تعمیر و نگهداری، و حساسیت دما عمل، نوآوری های مداوم در مواد کامپوزیت و بهبود انرژی وعده می دهد تا به تیم های فعال کربن، نه تنها یک عامل مقاومت و نه تنها یک عامل مقاومت.

برای مطالعه بیشتر، مرور فنی بینش دقیق در طراحی سیستم ترمز F1 فراهم می کند. مقررات فنی پوشش مشخصات مجاز برای دیسک. ALT:4 بررسی علمی کامپوزیت کربن - کربن [F5:2:2LT] ارائه می دهد یک علم عمیق تر به مواد نگاه می کند.