Brzdy monopostu formule 1 v principu fungují stejně jako kotoučové brzdy vašeho vozu – brzdový kotouč rotující spolu s kolem je brzděn přítlakem brzdových destiček, přičemž dochází k přeměně kinetické energie na teplo.
Hlavní rozdíl je v tom, že třecí segmenty (brzdový kotouč a brzdové destičky) jsou vyrobeny z uhlík-uhlíkového laminátu. Výhodou tohoto materiálu je ohromná tepelná kapacita – tedy schopnost přijmout velké množství tepla předtím, než jeho teplota stoupne o 1 °C. Díky tomu disponují monoposty tak obrovským brzdným výkonem. Podrobněji jsme o brzdovém systému moderních monopostů psali v tomto článku.
Ke zpomalení samozřejmě přispívají i jiné síly – například aerodynamický odpor, motorgenerátor MGU-K v režimu rekuperace, či brzdění motorem. Stále je však velké množství energie přeměněné na teplo akumulováno v brzdových kotoučích.
Karbonové brzdové kotouče optimálně pracují v teplotním rozsahu 400 až 1000 °C. Při teplotách mimo tohle okno nemají požadovaný brzdný výkon, respektive se rychle opotřebují. Jakmile je teplota kotouče velmi vysoká, není schopen proměnit a absorbovat další energii. Naakumulované teplo je třeba z kotouče nejdříve uvolnit – jinými slovy, je třeba ho zchladit, aby mohl znovu účinně brzdit.
Brzdový kotouč a brzdové destičky Mercedesu
Zde se dostávají ke slovu brzdové kanálky, jejichž primární funkcí je ochlazování brzd. Chladný vzduch vstupuje do systému otvorem na vnitřní straně kola a dále se rozděluje do více vzduchových potrubí, z nichž každé plní určitou funkci.
Na obrázku níže vidíme část těchto potrubí pocházejících z monopostu Williams FW35 z roku 2013. Pohled na takto demontované potrubí brzdových kanálků je skutečnou vzácností.
Nejméně jedním z těchto potrubí vzduch proudí do středu kotouče. Brzdový kotouč má po celém obvodu celkem více než tisícovku ventilačních otvorů a funguje jako odstředivé čerpadlo. Jak je patrné na schématu na obrázku níže, ohřátý vzduch proudí přes ventilační otvory a uniká z nich přes úzkou mezeru mezi kotoučem a krytem brzd ven mezi paprsky ráfku.
Průřez předním kolem – žlutou barvou jsou zvýrazněny potrubí chlazení brzdového kotouče a brzdového třmenu.
Další potrubí vede chladný vzduch k brzdovému třmenu. Ten má daleko nižší pracovní teplotu jako brzdový kotouč a to přesto, že se nachází v jeho bezprostřední blízkosti, takže bez přísunu chladného vzduchu se neobejde.
Přehřáté brzdové destičky mají nižší koeficient tření, což se projevuje vadnoucími brzdami. Podobně nepříjemný je měkký brzdový pedál v důsledku přehřátí brzdové kapaliny. Naprosto klíčové je však udržet pod kontrolou teplotu těsnění pístků. Pokud se prohřejí a začne přes ně unikat brzdová kapalina, znamená to náhlé selhání brzd.
Chlazení rovněž potřebují i elektronické komponenty a senzory, které se nacházejí na těhlici. U některých citlivých senzorů by příliš vysoká teplota mohla vést k poklesu v přesnosti měření.
Neslouží jen k chlazení
Brzdové kanálky však ani zdaleka neslouží jen na chlazení. Týmy si jimi už léta pomáhají i při managementu teploty pneumatik.
Můžete mít veškerý výkon a přítlak na světě, ale pokud se vám nepodaří pneumatiky takříkajíc „zapnout“, tedy dostat jejich teplotu do optimálního pracovního okna, a udržet ji v tomto rozmezí, jsou vám zbytečné, protože pneumatiky vás v zatáčce nepodrží.
Otvory v krytu předních brzd Ferrari SF71H
Pokud problém spočívá v tom, že se pneumatiky nedaří zahřát (to bývá častým problémem předních pneumatik), dá se na jejich zahřátí využít horký vzduch, kterému odevzdal teplo brzdový kotouč.
Toto teplo se přes výstupní otvory v krytu brzd (viz obrázek výše) přenese na ráfek, který ho následně vyzáří do pneumatiky. Každých 10 stupňů, o kterých se ohřeje ráfek, zvýší teplotu kostry pneumatiky o zhruba 1 stupeň. Zároveň se tím zvýší tlak v pneumatice, pneumatika dostává více zabrat, takže se ještě více zahřívá.
Zejména v okamžiku, kdy je pneumatika opotřebovaná a její životnost se již blíží ke konci, klesá její teplota i tlak. Na jejich zvýšení pilot přesune rozložení brzdného účinku směrem k nápravě, na níž chce pneumatiky zahřát.
Na zadních pneumatikách má pilot ještě navíc možnost snížit míru rekuperace, aby dostal více energie do zadních brzd a z nich následně ve formě tepla do pneumatik.
Nebyli by to inženýři formule 1, kdyby pro brzdové kanálky nenašli i aerodynamické využití. Nakonec jde přece o součástku zabudovanou do kola, které z hlediska proudění vzduchu způsobuje aerodynamikům největší vrásky na čele.
Úplav za kolem je mimořádně turbulentní a nestálý a je poměrně rozsáhlý. Když se takový špinavý vzduch dostane pod podlahu nebo na zadní křídlo, může negativně narušit precizně vyladěný systém obtékání vzduchu a tyto části vozu pak svou chaotickou povahou obere o přítlak.
Vedení vzduchu skrz potrubí, které jsou součástí brzdových kanálků, a jeho vypouštění na vnější straně kola umožňuje jednak snížit intenzitu úplavu za kolem a jednak ho pomáhá odklonit k zemi a směrem do strany dál od podlahy.
To, které potrubí slouží k aerodynamickým účelům, poznáte velmi jednoduše, protože ho obchází všechny třecí segmenty brzd a jiné komponenty vyžadující chlazení a jeho výstupní otvor je na jedné úrovni s vnějším obvodem krytu brzd, případně je pro tento účel vytvarovaný celý kryt brzd jako v případě Ferrari na obrázku níže.
Kryt předních brzd Ferrari SF1000
Jelikož jde o mimořádně silný nástroj ovlivňující tok vzduchu kolem předních kol, pravidla vývoj v této oblasti stále více omezují. Do jejich zákazu v roce 2010 týmy využívaly statické kryty ráfků s pečlivě zvolenou pozicí výstupního otvoru, přes který odtékal vzduch z brzdových kanálků, což umožňovalo preciznější kontrolu nad interakcí tohoto proudění s úplavem za kolem.
Netrvalo dlouho a vývojáři přišli s adekvátní náhradou v podobě řešení takzvané „foukané matice“, při kterém je část proudění, vstupující otvorem předních brzdových kanálků, vedená skrz dutý čep kola a vypouštěna otvorem uprostřed matice kola.
Od roku 2019 je zakázáno už i to a aby toho nebylo málo, pravidla významně okleštila i možnosti tvarování aerodynamických prvků v okolí vstupních otvorů předních brzdových kanálků. Do té doby bylo zvykem, že prostor na vnitřní straně kola široký 12 centimetrů je doslova posetý množstvím křidélek, lopatek a generátorů víření. Dnes je můžete najít už jen okolo zadních brzdových kanálků.
Brzdové kanálky si musí každý vyrobit sám
Dosud poslední změnou pravidel v souvislosti s brzdovými kanálky bylo jejich zařazení na seznam dílů, které si musí každý konstruktér navrhovat sám.
Sice návrh a výrobu takových dílů může tým delegovat na subdodavatelskou firmu, ale tato firma se nesmí účastnit šampionátu jako soutěžící a nesmí díly ze zmíněného seznamu navrhovat žádnému jinému týmu.
Změna vstoupila v platnost letos a zde se začíná psát příběh sporu mezi Renaultem a Racing Pointem.
Prvně jmenovaný podezírá toho druhého z toho, že brzdové kanálky na letošním modelu Racing Point jsou identické s brzdovými kanálky Mercedesu, které si Racing Point mohl loni legálně koupit, ale tento rok by je neměl používat, protože jejich design není jeho výlučným duševním vlastnictvím. Racing Point podezření odmítá a trvá na tom, že brzdové kanálky si vyvinul sám.
Foto: Autor, Activepictures / Jiří Křenek