Kỹ thuật F1

Hệ thống phanh F1 chuyên sâu

Xem phần trước nói về cơ bản hệ thống phanh xe công thức 1 tại đây.

Khi một chiếc xe chạy trên đường thẳng ở tốc độ 300km/h hoặc hơn, động lượng của xe trở nên rất lớn. Vì năng lượng không thể mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, cách duy nhất để làm xe chậm lại là chuyển động năng thành dạng khác. Phanh trên xe thường lẫn xe Công thức 1 đều chuyển động năng thành nhiệt năng. 

Xe Công thức 1 thường phải giảm tốc độ xe từ 350km/h xuống 70km/h trong vài giây. Trong thời gian phanh gấp này, nhiệt độ của đĩa phanh và má phanh tăng từ 400 lên hơn 1000 độ C. Nhiệt độ khoảng 1000 độ đạt được vào thời điểm cuối cùng khi phanh, và nó xấp xỉ nhiệt độ cao nhất mà đĩa phanh các bon (dày 28 mm và đường kính 278mm) có thể chịu được.. 

Sử dụng phanh các bon

4 giây là khoảng thời gian cần thiết để cho một chiếc xe công thức 1 đang chạy ở 300 km/h dừng hẳn. Ở 200 km/h, một xe Công thức 1 cần 2.9 giây để dừng lại hoàn toàn, quãng đường cần thiết là 65m. Ở 100 km/h cần 1.4 giây và 17 m. Trong thời gian phanh gấp này, các tay đua phải chịu gia tốc theo phương ngang 5.4g. 

Chỉ có má phanh, bộ kẹp (caliper) và đĩa phanh carbon có khả năng phanh tốt như vậy. Khả năng tuyệt vời này cho phép giảm tốc rất nhanh trong khi mật độ thấp làm cho trọng lượng đĩa nhỏ hơn 1 kg. Hơn nữa, nó có khả năng chịu được nhiệt độ cao và cho phép tản nhiệt rất nhanh. Trong một cuộc đua, có khoảng 800 lần nhiệt độ lên đến 1000 độ C, đĩa phanh các bon vẫn hoạt động tốt trong cả cuộc đua. Đĩa phanh và má phanh bằng thép, vẫn đươc dùng đến cuối những năm 80, đã bị loại bỏ không thương tiếc khi hệ thống phanh bằng sợi các bon ra đời. 

Mặc dù hệ thống phanh các bon không có đối thủ, nhưng việc làm quen với phanh này thì cũng không phải đơn giản. Jarno Trulli nói: trên thực tế, khoảnh khắc đầu tiên sau khi đạp phanh, bạn không thấy có điều gì xảy ra. Thời gian trễ này là lúc đĩa phanh kẹp tăng nhiệt độ lên tới nhiệt độ làm viêc, vào khoảng 100* trong 1/10 giây trong nửa giây đầu tiên, để lên tới 1200*. Sau khoảng thời gian ngắn này, sự giảm tốc xuất hiện ngay lập tức, và cực kỳ mạnh. Khi hoạt động ở nhiệt độ tối ưu, hệ số ma sát giữa má phanh và đĩa phanh có thể đạt đến 0.6. Ở tốc độ cao, 0.6 là một giá trị rất lớn. 

Trong khoang lái, tay đua có thể điều chỉnh sự phân bố lực phanh giữa bánh trước và bánh sau. Việc này ảnh hưởng đến việc điều khiển của xe. Thường thì lực phanh trên bánh trước chiếm khoảng 51-60 %, tùy thuộc vào điều kiện đường đua. Trong một cuộc đua, giảm lực phanh trên bánh sau cho phép giảm mài mòn bánh và gián tiếp ảnh hưởng đến khả năng truyền động của xe. 

Chế tạo phanh F1

Giống như các hệ thống phanh đĩa trên xe bình thường, phần trung tâm của phanh xe F1 là đĩa phanh, quay cùng với tốc độ của bánh xe. Má phanh được bố trí hai bên đĩa phanh. Khi tay đua nhấn chân phanh, dầu phanh sẽ ép vào xy lạnh của các bộ kẹp làm cho má phanh ép vào đĩa phanh. Sự ma sát làm cho đĩa phanh và bánh quay chậm lại và nóng lên. 
Dầu phanh được chứa trong hai xy lanh chính, nằm bên trong phần mũi xe, ẩn giữa hệ thống giảm xóc để giảm kích thước. Hai xy lanh chính này chứa dầu phanh cho bánh trước và bánh sau. Hệ thống phanh trước và sau phải hoạt động độc lập theo như yêu cầu trong tài liệu kỹ thuật của FIA. Thiết kế này cho phép lái xe vẫn có thể làm chậm xe lại trong trường hợp một trong hai hệ thống bị hỏng. Ảnh trên là hai xy lanh trong mũi xe Ferrari F2008.

Mặc dù hệ thống phanh rất đơn giản (chủ yếu là do luật không cho phép có nhiều lựa chọn), các thành phần sợi các bon tạo nên phanh xe là một trong những thành phần đắt nhất của xe F1. Cả má phanh và đĩa phanh được làm từ sợi các bon tốt nhất có thể (mạch các bon dài). Trên thực tế, cần phải mất 5 tháng để chế tạo 1 đĩa phanh. Công đoạn đầu tiên là làm nóng một đĩa sợi polyacrylonitrile trắng (PAN) cho đến khi nó trở thành đen. Việc này làm cho đĩa bị tiền oxy hóa, và các sợi được sắp đặt thành các lớp giống như nỉ. Sau đó chúng đựợc cắt thành hình và các bon hóa để thu được sợi các bon nguyên chất. Tiếp theo, vật liệu này phải chịu hai chu kỳ nén (densification) ở 1000 độ C. Hai công đoạn này phải được thực hiện kéo dài hàng trăm giờ, trong thời gian đó hơi có chứa nhiều hydrocarbon phải được phun vào lò luyện. Việc này giúp cho các lớp sợi các bon hợp lại với nhau và tạo thành một vật liệu cứng. Cuối cùng các đĩa được chỉnh sửa về kích thước cho thích hợp để có thể lắp vào xe. 

Hiện tại, má phanh và đĩa phanh chỉ được cung cấp bởi một vài nhà sản xuất, bao gồm Brembo, Hitco và Carbn Industries. Các đội đua chọn nhà sản xuất của họ, nhưng đôi khi lại có những khác biệt với xe của các tay đua. Ví dụ, với McLaren năm 2007, Alonso sử dụng Hitco trong khi Lewis Hamilton dùng Carbon Industries. Bộ kẹp được cung cấp bởi Brembo, AP Racing hoặc Alcon. 

Hệ thống làm mát phanh F1

Mặc dù sợi các bon có thể chịu được nhiệt độ cao, việc làm mát vẫn mang tính sống còn để bảo đảm rằng phanh làm việc hiệu quả cho đến vòng đua cuối cùng. Vì vậy, ống dẫn khí được đặt bên trong bánh xe để tạo ra luông khí ổn định vào hệ thống phanh. Ngày nay, hệ thống làm mát rất phức tạp và khác nhau với từng đội đua. 

Hiện nay đa số các đội đua thiết kế ống dẫn khí thành hai phần riêng biệt. Một ống nhỏ cung cấp khí vào bộ kẹp. Ống lớn hơn điều chỉnh luồng không khí trực tiếp vào đĩa phanh. Từ đây, các phân tử không khí được dẫn ra vành ngoài đĩa theo các ống nhỏ (2) vào vành xe và thoát ra ngoài. Chiếc Toro Rosso STR3 thậm chí còn có một tấm bảo vệ bằng sợi các bon xung quanh đĩa phanh để ngăn không cho hơi nóng từ đĩa phanh phá hỏng vành xe (hình bên phải). 

Để làm tăng hiệu quả làm mát, xe Ferrari 2001 có thêm một quạt làm mát thụ động quay xung quanh trục bánh xe với cùng tốc độ của bánh. Ở tốc độ cao, quạt này đưa luồng khí bên ngoài vào đĩa phanh một cách hiệu quả, làm tăng khả năng làm mát và cho phép giảm kích thước đĩa phanh. 

Năm 2007 tại Silverstone, Ferrari đưa ra phần bổ sung cố định trên bánh xe (static wheel fairing). Thiết bị này tăng hiệu quả luồng khí bên trong vành xe, và nó được coi là một thành phần trợ giúp làm mát phanh theo FIA. Chi tiết này này làm bằng sợi các bon nhẹ và che vành bánh xe, và giúp cho khống chế luồng khí thoát ra từ trong bánh xe dễ dàng hơn, tăng hiệu năng khí động học. Nhiều đội đua đã copy lại thiết kế này của Ferrari vào năm 2008. 

Vật liệu mới trong phanh F1

Gần đây, một vài đội đua trong đó có Red Bull bắt đầu sử dụng các vật liệu định hình nhanh để làm đĩa phanh (rapid prototyping material – RP material). Cụ thể hơn, họ sử dụng vật liệu Windform XT để tăng tốc độ sản xuất. Trên thực tế, các vật liệu RP này không cần khuôn để chế tạo sản phẩm, ngược lại so với các sợi các bon. Các thành phần có thể được chế tạo trong vài giờ, hoặc vài ngày, thay vì hàng tuần như sợi các bon. Thời gian chế tạo nhanh đồng nghĩa với có thể thúc đẩy nhanh hơn chu kỳ phát triển của các thành phần trên xe.

Please follow and like us:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *