Ko─Źnice u Formuli 1

mercedes-rear-brake-duct-abu-dhabi-2015

Princip ko─Źenja vrlo je jednostavan – usporiti odre─Ĺeni objekt pretvaranjem kineti─Źke energije u toplinu i svjetlost. F1 bolidi imaju disk ko─Źnice (kao i ve─çina cestovnih automobila) s rotiraju─çim diskovima (rotiraju se s kota─Źima) koji su pri ko─Źenju stisnuti ko─Źionim oblogama djelovanjem hidrauli─Źnih klipi─ça. Tako se brzina bolida pretvara u velike koli─Źine topline i svjetlosti, pri ─Źemu se diskovi u┼żare i intenzivno sjaje.

Na isti na─Źin na koji ─çe prevelik dotok snage na pogonske kota─Źe uzrokovati njihovo proklizavanje, tako ─çe i prejaka ko─Źiona sila uzrokovati blokiranje kota─Źa jer je prema┼íila u tom trenutku dostupnu vrijednost prijanjanja odre─Ĺenu gumama i podlogom. Kako sustavi koji spre─Źavaju blokiranje kota─Źa pri ko─Źenju nisu dozvoljeni (ABS), ko─Źenje ostaje jedan od va┼żnijih ispita zrelosti za voza─Źe ┼íto posebno dolazi do izra┼żaja na stazama s puno zona sna┼żnog ko─Źenja.

>> Tehni─Źki pravilnik:┬áKO─îIONI SUSTAV

Tehni─Źka pravila FIA-e dopu┼ítaju da svaki bolid ima dvostruki, kru┼żni hidrauli─Źni ko─Źioni sustav s dva odvojena spremnika za prednje i stra┼żnje kota─Źe. To osigurava da ─Źak i ako u nekoj utrci ─Źitav kru┼żni sustav zaka┼że, ko─Źenje bude mogu─çe pomo─çu drugoga sustava.

Kevin Magnussen u McLarenu MP4-29 blokira prednji lijevi kota─Ź u izuzetno zahtjevnom devetom zavoju u kojem se istovremeno skre─çe i ko─Źi za deseti zavoj. Foto: McLaren
Kevin Magnussen u McLarenu MP4-29 blokira prednji lijevi kota─Ź u izuzetno zahtjevnom devetom zavoju u kojem se istovremeno skre─çe i ko─Źi za deseti zavoj. Foto: McLaren

Vrijednost ko─Źione sile izme─Ĺu prednjih i stra┼żnjih kota─Źa mo┼że regulirati i voza─Ź iz kokpita ─Źime izravno utje─Źe na pona┼íanje bolida pri ko─Źenju ili jednostavno pode┼íava vrijednost ovisno o tome kako se tijekom utrke mijenja te┼żina samoga bolida.

U normalnim okolnostima 50-60% ko─Źione sile prenosi se na prednje kota─Źe jer se pri ko─Źenju zbog inercije te┼żina prebacuje prema naprijed. Mijenjanjem balansa ko─Źenja voza─Ź utje─Źe na pona┼íanje bolida na ko─Źenju, potro┼ínju ko─Źnica i potro┼ínju guma ┼íto je posebno va┼żno u samoj utrci.

No, u jednome su podru─Źju ┼íto se ko─Źionih sustava ti─Źe bolidi Formule 1 nadmo─çni u odnosu na cestovne automobile – po pitanju upotrijebljenih materijala. Danas su svi bolidi opremljeni diskovima od uglji─Źnih kompozitnih vlakana jer donose u┼ítedu u te┼żini i mogu normalno funkcionirati pri daleko vi┼íim temperaturama od ─Źeli─Źnih.

Tipi─Źan F1 disk te┼żi oko 1 kg ( za usporedbu ─Źeli─Źni disk kakav se rabi na bolidima ameri─Źke CART serije te┼żi 3 kg) i oprema se specijalnim ko─Źionim oblogama koje bez ikakvih problema funkcioniraju i na temperaturama vi┼íim od 750 ┬░C. Prije su se za kvalifikacije i utrku rabili diskovi razli─Źite veli─Źine, no promjena pravila 2003. godine od kada bolidi nakon kvalifikacija moraju u tzv. parc ferme dovela je voza─Źe u situaciju da kvalifikacije voze s ko─Źnicama prilago─Ĺenim za utrku.

Ko─Źnice bolida Formule 1 izuzetno su djelotvorne. U kombinaciji sa suvremenim i naprednim mje┼íavinama gumama zaustavni putevi drasti─Źno su skra─çeni. Bolidu treba manje mjesta da se zaustavi sa 160 km/h nego automobilu sa 100 km/h, a da se zaustavi sa 100 km/h treba mu 15 do 20 metara manje nego cestovnim automobilima. Ko─Źnice u Formuli 1 toliko su dobre da pravila namjerno usporavaju njihov razvoj zabranom odre─Ĺenih materijala kako bi onemogu─çili da zaustavni putevi budu jo┼í kra─çi, a pretjecanja jo┼í te┼ża.

Da bi se bolid Formule 1 u potpunosti zaustavio s brzine od 300 km/h potrebno je oko ─Źetiri sekunde, a zaustavljanje s 200 km/h traje manje od tri sekunde (pri ─Źemu bolid prije─Ĺe oko 65 metara). Brojke ovise i o postavkama ovjesa, rasporedu te┼żine, razini downforcea, komponenti guma, podlozi i koli─Źini goriva u bolidu.

Od 2009. mom─Źadi imaju mogu─çnost kori┼ítenja toplinske energije ko─Źenja pretvaraju─çi ju u elektri─Źnu energiju pomo─çu KERS sustava (Kinetic Energy Recovery System, sustav za obnovu kineti─Źke energije), ─Źime voza─Ź na raspolaganju ima dodatnu snagu motora kroz kra─çi vremenski period (6,6 s po krugu) kako bi se olak┼íala pretjecanja.

Od 2014. godine vi┼íe ne postoji KERS jer ga je zamijenio ERS (Energy Recovery System).┬áPovrat energije vi┼íe se ne vr┼íi samo toplinske┬áenergije ko─Źenja, nego i toplinske i kineti─Źke energije ispu┼ínih plinova na izlazu iz turbine pa otud dolazi i novo ime.

KONSTRUKCIJA I MATERIJALI

Kao i na svakom ko─Źionom sustavu koji se koristi u cestovnim automobilima, sredi┼ínji dio je ko─Źioni disk koji se rotira s kota─Źem. Kada voza─Ź pritisne pedalu ko─Źnice, ko─Źiona teku─çina ulazi u cilindre ko─Źionih klipova, a karbonske ko─Źione obloge sti┼í─çu rotiraju─çi disk. Tako se i disk i kota─Ź (a time i bolid) usporavaju, a kineti─Źka energija (polovica umno┼íka mase i kvadrata brzine) pretvara se u toplinsku.

Ko─Źioni sustav na Mercedesu W04. Vide se i spremnici ko─Źione teku─çine smje┼íteni u monokoku bolida. Foto: f1technical
Ko─Źioni sustav na Mercedesu W04. Vide se i spremnici ko─Źione teku─çine smje┼íteni u monokoku bolida. Foto: f1technical

Ko─Źiona teku─çina nalazi se u dva glavna cilindra smje┼ítena iza mjesta gdje se na monokok spaja nos bolida. Nalaze se izme─Ĺu dijelova ovjesa kako bi se u┼ítedjelo na dragocjenom prostoru. Glavni ko─Źioni cilindri sadr┼że ko─Źionu teku─çinu za prednje i stra┼żnje ko─Źnice, a sustavi prednjih i stra┼żnjih ko─Źnica odvojeni su kako bi udovoljavali tehni─Źkom pravilniku. Zato u slu─Źaju otkazivanja jednoga sustava drugi mo┼że nastaviti┬áfunkcionirati i zaustaviti bolid.

Iako je sam dizajn ko─Źionih sustava prili─Źno jednostavan (zbog vrlo striktnih pravila koja onemogu─çuju zna─Źajno skra─çivanje zaustavnih puteva i pove─çanje tro┼íkova), ko─Źnice su i dalje jedan od skupljih dijelova bolida Formule 1. Ko─Źione obloge i diskovi izra─Ĺuju se od najkvalitetnijih uglji─Źnih materijala (tzv. carbon-carbon) koji su zna─Źajno druk─Źiji od onih koji se koriste na ostalim dijelovima bolida. Karakterizira ga visok koeficijent trenja bitan za ostvarivanje ┼íto ve─çe sile ko─Źenja.

Trenutno su u Formuli 1 prisutna tri dobavlja─Źa karbonskih ko─Źionih materijala: Hitco, Safran (Carbon Industrie) i Brembo. Iako nije o─Źito na prvi pogled, nove pogonske jedinice zna─Źajno utje─Źu na dizajn i kori┼ítenje ko─Źnica na svim bolidima.

Kako je minimalna te┼żina bolida 2014. pove─çana na 691 kg, a 2015. na 702 kg, ko─Źnice imaju┬áte┼żi zadatak. Zaustavni putevi bit ─çe du┼żi, kao i vrijeme provedeno na ko─Źenju. Tako─Ĺer, sustav za obnovu energije (ERS) obavlja dobar dio posla umjesto stra┼żnjih ko─Źnica dok skuplja energiju pa stra┼żnji diskovi mogu biti manji (kao i ko─Źiona klije┼íta). Diskovi iz istoga razloga mogu biti i tanji (25 mm umjesto najvi┼íe dozvoljenih 28 mm).

Sva tri dobavlja─Źa su uo─Źi 2014. predstavili nove ko─Źione materijale koji se manje tro┼íe i bolje zagrijavaju, a voza─Źi ─Źesto kombiniraju ko─Źione materijale kako bi postigli ┼íto bolje performanse i osje─çaj na ko─Źenju.

Kada govorimo o ko─Źionim performansama bitna su dva parametra – po─Źetno hvatanje i konzistencija. Po─Źetno hvatanje predstavlja po─Źetno trenje koje se javlja kad voza─Ź pritisne papu─Źicu ko─Źnice i kada ko─Źnice jo┼í uvijek nisu na pravoj temperaturi. Konzistencija je mjera u kojoj je trenje ujedna─Źeno tijekom perioda ko─Źenja. Karbonske ko─Źnice relativno su lo┼íe ispod 400 ┬░C, a optimalna temperatura im je iznad 650 ┬░C.

Iako se obi─Źne ko─Źnice tro┼íe uobi─Źajenim mehanizmom tro┼íenja, karbonske ko─Źnice tro┼íe se i oksidacijom (jednostavnim rje─Źnikom, gorenjem povr┼íine diska koje se na temperaturama iznad 600 ┬░C ubrzava i postaje glavni mehanizam tro┼íenja). Kako se temperatura diskova penje i iznad 1200 ┬░C, jasno je da je oksidacija izuzetno zna─Źajna u procesu tro┼íenja. Na ravnim dijelovima se ko─Źnice hlade zahvaljuju─çi svje┼żem zraku koji do njih dolazi preko usisnika za hla─Ĺenje, ali paradoksalno, isti taj zrak sadr┼żi visok udio kisika koji ubrzava proces oksidacije, a time i tro┼íenja.

KOČIONA KLIJEŠTA

Ovaj dio ko─Źionog sustava ─Źesto je u drugom planu kada se govori o ko─Źnicama na bolidima Formule 1, ali rije─Ź je o izuzetno slo┼żenim i va┼żnim dijelovima. Trenutno su tri proizvo─Ĺa─Źa ko─Źionih klije┼íta u Formuli 1 – Brembo, AP Racing (dio Brembo grupe) i Akebono koji trenutno opskrbljuje samo McLaren i koji je njihov partner od 2007. ─îetvrta tvrtka Alcon ima mogu─çnosti dizajnirati i proizvesti ko─Źiona klije┼íta za F1 bolide, ali prema slu┼żbenim tehni─Źkim specifikacijama trenutno ih ne koristi nijedna mom─Źad.

Polo┼żaj ko─Źionih klije┼íta varira te nema op─çeprihva─çenog najboljeg rje┼íenja. Na slici vidimo Brembo ko─Źiona klije┼íta smje┼ítena na donjem dijelu diska, ┼íto doprinosi ni┼żem te┼żi┼ítu. Foto: reddit
Polo┼żaj ko─Źionih klije┼íta varira te nema op─çeprihva─çenog najboljeg rje┼íenja. Na slici vidimo Brembo ko─Źiona klije┼íta smje┼ítena na donjem dijelu diska, ┼íto doprinosi ni┼żem te┼żi┼ítu. Foto: reddit

Klju─Źni elementi ko─Źionih klije┼íta su te┼żina i ─Źvrsto─ça. Mom─Źadi blisko sura─Ĺuju s proizvo─Ĺa─Źima kako bi postigli to─Źno ┼íto ┼żele i to za svaku utrku posebno. Iako su sva ko─Źiona klije┼íta sli─Źna, njihova pozicija u odnosu na disk nije. Oko pozicije ko─Źionih klije┼íta ne postoji konsenzus pa tako pozicioniranje klije┼íta s donje strane spu┼íta centar mase, ali ote┼żava opskrbu ko─Źionom teku─çinom.

Od 2014. stra┼żnja ko─Źiona klije┼íta imaju druk─Źiju ulogu nego dosad zbog utjecaja ERS sustava na ko─Źenje i elektroniku koja upravlja pritiskom stra┼żnjih ko─Źnica kako bi se o─Źuvala stabilnost. Dok voza─Ź ko─Źi, elektronski kontroler omogu─çava visokotla─Źnom hidrauli─Źkom sustavu odr┼żavanje ko─Źione sile na stra┼żnju osovinu ┼íto voza─Źu omogu─çuje konstantniji osje─çaj na ko─Źenju, a ┼íasija ostaje stabilnija.

HLA─ÉENJE

Ko─Źnice pomo─çu trenja pretvaraju kineti─Źku energiju u toplinsku, a zbog velikih brzina koje razvijaju F1 bolidi ko─Źnice se zagriju na temperature ve─çe od 1000 Celzijevih stupnjeva. Ali mogu i biti i prehladne.

Na stazama s dugim ravnim dijelovima ko─Źnice se mogu i previ┼íe ohladiti, ┼íto dovodi do situacije da je razlika u temperaturi na po─Źetku i kraju ko─Źenja ve─ça od 1000 ┬░C. To mo┼że dovesti do rizika od termalnog ┼íoka i pucanja diska.

Usisnici za hla─Ĺenje ko─Źnica posljednjih su godina postali vrlo kompleksni, a povezani su sa usmjeriva─Źima turbulentne zra─Źne struje s prednjih kota─Źa. Foto: reddit
Usisnici za hla─Ĺenje ko─Źnica posljednjih su godina postali vrlo kompleksni, a povezani su sa usmjeriva─Źima turbulentne zra─Źne struje s prednjih kota─Źa. Foto: reddit

Kako su testiranja od 2009. zna─Źajno smanjena, proizvo─Ĺa─Źi ko─Źionih materijala oslanjaju se na simulacije i testiranja u tvornici. Mom─Źadima nude prilago─Ĺene proizvode koji se temelje na voza─Źevim zahtjevima, stazi i samom bolidu.

Ko─Źnice se hlade usmjeravanjem zraka iz usisnika kroz┬á otvore na samom disku, kao i na povr┼íinu diska i obloga. Naj─Źe┼í─çe manji usisnik hladi ko─Źiona klije┼íta, a ve─çi usmjerava zrak prema sredi┼ítu diska koji se kroz otvore na disku ┼íiri prema van i izlazi kroz naplatak.

Koli─Źina zraka koji ulazi prema ko─Źnicama kontrolira se veli─Źinom usisnika za hla─Ĺenje pa tako mom─Źadi u Montrealu koriste najve─çe usisnike, a na stazama poput Silverstonea najmanje. Ve─çi usisnici zna─Źe i ve─çi otpor zraka, ali i manje downforcea jer je dio zra─Źne struje koji bi ina─Źe i┼íao prema stra┼żnjem kraju zavr┼íio u ko─Źnicama. Tako─Ĺer, razlog za kori┼ítenje ┼íto manjih usisnika nije samo aerodinami─Źke prirode. Naime, manji usisnici koriste se kako bi se odr┼żala temperatura ko─Źnica na stazama koje nemaju toliko zahtjevnih ko─Źenja.

Posljednjih godina diskovi imaju i do 1000 ventilacijskih otvora (sitnih rupica) ─Źije se pona┼íanje do detalja ispituje na ra─Źunalnim simulacijama. One su pokazale da je bolje imati vi┼íe otvora manjega promjera, ┼íto pove─çava ─Źvrsto─çu diska, protok zraka i izmjenu topline. Ovakva strukturna evolucija zahtijevala je znatno slo┼żenije mehani─Źke procese, kao i detaljniju analizu dinamike fluida, ┼íto ne bi bilo mogu─çe bez napretka ra─Źunalnih simulacija.

Postoji i rupa u tehni─Źkom pravilniku koja mom─Źadima omogu─çuje da u prostor namijenjen usisnicima za hla─Ĺenje ko─Źnica stave bilo ┼íto, bez dokazivanja stvarne namjene tih dodataka. Tako mom─Źadi u taj prostor godinama stavljaju krilca i usmjeriva─Źe zraka koji stvaraju downforce izravno na kota─Źu ili usmjeravaju zra─Źnu struju podalje od turbulencija rotiraju─çih kota─Źa.

FIA bi bez problema mogla ispraviti ovu rupu u pravilima tako da jasnije naglasi ┼íto je zapravo usisnik za hla─Ĺenje ko─Źnica, ali su o─Źito zadovoljni s trenutnim stanjem. Rupa u tehni─Źkom pravilniku postoji ve─ç godinama pa ko─Źioni sustavi ne samo da usporavaju bolide, nego ih i priti┼í─çu za stazu stvaranjem downforcea ─Źak i kad voza─Ź ne dr┼żi papu─Źicu ko─Źnice.

ZANIMLJIVOSTI

Tijekom jedne sezone Formule 1, Brembo jednoj mom─Źadi isporu─Źi sljede─çe materijale:

10 setova ko─Źionih klije┼íta

Izme─Ĺu 140 i 240 diskova

Izme─Ĺu 280 i 480 ko─Źionih obloga

Potrebno je oko deset sati neprestanoga rada kako bi se proizvela ko─Źiona klije┼íta, iako je proces znatno du┼żi jer ga prekidaju koraci poput raznih obrada povr┼íine, ru─Źnoga sastavljanja i testiranja.

Proizvodnja carbon-carbon diskova dugotrajan je proces koji traje stotinama sati, a uklju─Źuje zagrijavanje materijala na temperature iznad 2500 ┬░C.

Set ko─Źionih diskova stoji vi┼íe od 30 000 kn, a set ko─Źionih obloga vi┼íe od 15 000 kn.

Mnogi kori┼íteni diskovi pretvore se u neobi─Źne i vrijedne satove.

  • Mercedes W07 Hybrid gearbox and rear end Spain GP Barcelona foto automotorundsport

    Mjenja─Ź

    Mjenja─Źi u Formuli 1 ve─ç dugo vremena ne slu┼że samo promjeni brzina, nego su i vitalni dio…
  • Pogonska jedinica

    Dana┼ínje pogonske jedinice u Formuli 1 ne sastoje se samo od motora s unutra┼ínjim izgaranj…
  • Gume u Formuli 1

    Suvremeni bolid Formule 1 tehni─Źko je remek djelo, ali uzev┼íi u obzir koliko se ula┼że u ra…
U─Źitaj jo┼í iz Tehnika - generalno

Odgovori

Budi prvi koji ─çe komentirati ovu vijest!

Obavijesti me o
wpDiscuz

Pogledajte i ovo

Mjenja─Ź

Mjenja─Źi u Formuli 1 ve─ç dugo vremena ne slu┼że samo promjeni brzina, nego su i vitalni dio…