K čemu slouží brzdové kanálky?

Brzdové kanálky vozů formule 1 se v posledních dnech dostaly do centra pozornosti kvůli vyšetřování Racing Pointu. K čemu vlastně slouží a proč jsou tak důležité?

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.

Klepněte pro větší obrázek

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.

Klepněte pro větší obrázek
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.

Klepněte pro větší obrázek
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. 

Klepněte pro větší obrázek
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.

Klepněte pro větší obrázek
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

Další článek: Da Costa opět neporažen, v Berlíně zvítězil i ve čtvrtek

11:25 | Roy Nissany nastoupí v pátek do prvního tréninku za Williams. Nahradí Russella.
9. srpna | Leonardo da Vinci Jára da Cimrman Antonio Felix da Costa Ten posledně jmenovaný se stal šampiónem formule E.
9. srpna | Mattia Binotto nesouhlasí s Vettelem, že by byla strategie špatná. Podle Binotta ovlivnily Vettelův závod hodiny po startu.

GP Španělska 2020

Pátek 14. srpna 2020
1. trénink 11.00–12.30
2. trénink 15.00–16.30
Sobota 15. srpna 2020
3. trénink 12.00–13.00
Kvalifikace 15.00–16.00
Neděle 16. srpna 2020
Závod 15.10