Spis treści
Samochodowa tarcza hamulcowa stanie się pojedyncza i zawiera w sobie unikalny, 3-stopniowy system chłodzenia. Takie hamulce są lżejsze i bardziej wydajne.
Agencja kosmiczna NASA (której sporą częścią działalności jest przełamywanie granic i opracowywanie rewolucyjnych rozwiązań) posiada program Spinoff, w ramach którego firmy prywatne mogą uzyskać licencje na technologie opatentowane przez NASA. W ten sposób na rynku pojawiła się na przykład nowa pasta do zębów, system wykrywania pożarów lasów, czy niedawno – rewolucyjna tarcza hamulcowa do zwykłych pojazdów cywilnych. Jest co najmniej o 42% lżejsza niż konwencjonalne tarcze, a jej wydajność jest porównywalna ze znacznie droższymi hamulcami węglowo-ceramicznymi.
Podczas pandemicznego przestoju Jonathan Lee, inżynier ds. materiałów konstrukcyjnych w NASA Marshall Space Flight Center w Huntsville w Alabamie, zaczął myśleć o hamulcach tarczowych w samochodach osobowych.
Tarcze hamulcowe nie zmieniły się od dekad
Tarcze hamulcowe stosowane w samochodach nie zmieniły się od dekad. Zazwyczaj są to dwie płyty stalowo-żeliwne, połączone użebrowaniem, chłodzone przez powietrze krążące pomiędzy użebrowaniem. Konstrukcja jest nieefektywna, ponieważ to zewnętrzne powierzchnie są nagrzewane przez tarcie z klockami hamulcowymi, ale chłodzenie powietrzem odbywa się na powierzchniach wewnętrznych.
Zamiast tego Lee chciał bezpośrednio schłodzić gorące powierzchnie, pozwalając na wyeliminowanie jednej z ciężkich tarcz z każdego z czterech wirników pojazdu. Jego projekt okazał się mieć również dodatkowe zalety.
Tarcze hamulcowe PeriodicWave
Inżynier NASA zaczął od tarczy hamulcowej z pojedynczym dyskiem, z szeregiem małych żeber wokół centralnej piasty. Obracając się, zasysają one powietrze i przepychają je po powierzchni tarczy, gdzie klocki hamulcowe wywołują tarcie, chłodząc tarczę, a także klocki hamulcowe i zaciski. Następnie dodał kilka długich nacięć wzdłuż powierzchni trących. Nacięcia rozchodzą się promieniście od środka, tworząc regularny, okresowy wzór, który nadaje nowej technologii marki Orbis nazwę PeriodicWave (Fala Okresowa).
Obracające się żebra oraz siła odśrodkowa koła wpychają powietrze do nacięć, powodując turbulentny przepływ powietrza, który odprowadza ciepło. „Kiedy powietrze wylatuje, przechodzi przez zacisk hamulca i chłodzi go – żadna konwencjonalna tarcza nie jest w stanie zrobić czegoś tak szalonego. Jest ogromny” – powiedział Lee.
Nacięcia w powierzchniach trących tarczy zwiększają również sumaryczną dostępną powierzchnię do chłodzenia powietrzem o ponad 30% i dodatkowo zmniejszają wagę tarczy. Zwiększają tarcie w taki sam sposób, w jaki nacinanie betonu sprawia, że chodzenie po schodach jest bezpieczniejsze – klocki hamulcowe są mniej podatne na poślizg, co sprawia, że hamowanie jest bardziej niezawodne. (Podobnie jak konwencjonalne tarcze nacinane.)
Koryta nacięć odprowadzają nie tylko ciepło. Woda i zanieczyszczenia drogowe dostające się między tarcze i klocek również są problematyczne, dlatego nacięcia zapewniają miejsce dla wiru powietrznego, który wypycha każdą drobinę. Niewielka dziura wywiercona na końcu każdego z nacięć tworzy ujście, przez które może wydostać się niepożądany materiał. „A do tego po prostu fajnie wygląda” – powiedział Lee.
Druga „fala okresowa” jest cięta wzdłuż zewnętrznej krawędzi tarczy. W ten sposób tarcza ma kształt pofalowanego okręgu zwany „wave”. Dzięki temu tarcza ma jeszcze większą powierzchnię stykającą się z przepływającym dookoła chłodnym powietrzem. To dodatkowe rozpraszanie ciepła nastąpi bez względu na to, jaki okresowy wzór fali zostanie użyty, umożliwiając tworzenie zabawnych projektów i dodawanie osobowości do tego, co zwykle jest nudną częścią samochodową.
Wreszcie, cienka warstwa czarnej powłoki nałożona na te powierzchnie, które nie stykają się z klockami hamulcowymi (na przykład wnętrze nacięć) może pomóc tarczy w wypromieniowaniu dodatkowego ciepła.
Ten unikalny trzyczęściowy system chłodzenia – konwekcja zasilana przepływem powietrza, przewodzeniem ciepła przez metalowy wirnik i promieniowaniem z ciemnych powierzchni – nigdy wcześniej nie został skutecznie zaimplementowany w żadnej konwencjonalnej tarczy hamulcowej.
Lżejsze tarcze hamulcowe – lepsze osiągi i komfort
Tarcze PeriodicWave mają być o około połowę lżejsze od typowych tarcz hamulcowych (oferując jednocześnie wydajność porównywalną z tarczami węglowo-ceramicznymi). Niższa masa tarcz oznacza jednocześnie mniejsze masy wirujące oraz mniejszą masę nieresorowaną. To z kolei przekłada się na lepsze przyspieszenia, mocniejsze hamownia, szybsze zmiany kierunku jazdy oraz na poprawę komfortu.
Mniej szkodliwych cząsteczek w powietrzu
Lepsze chłodzenie tarczy, klocków i zacisków to nie tylko większa niezawodność hamulców i ich lepsze osiągi, ale także większa ekologia. Kiedy klocki hamulcowe przekraczają pewną krytyczną temperaturę, w zależności od materiału, z którego są wykonane, mogą emitować 10 000-krotny wzrost toksycznych nanocząstek. Skuteczne chłodzenie hamulców pomoże unikać tej sytuacji.
Orbis Brakes rozwija ofertę… a motocykle?
Nowe tarcze PeriodicWave jeszcze nie trafiły do sprzedaży, ale ma się to stać już niebawem. Firma Orbis Brakes ma już w ofercie tarcze NextWave do samochodów o podwyższonych osiągach. Niebawem do oferty trafią kolejne tarcze CarbonWave do elektryków oraz zestawy z zaciskami LightWave.
Jak mówi Marcus Hays, współdyrektor generalny Orbis Brakes, możliwość pozyskania technologii NASA daje możliwość konkurowania z największymi graczami na rynku układów hamulcowych. „NASA daje nam podstawy, aby wyjść w świat, negocjować i mieć szacunek naszych kolegów od samego początku. Nie byłoby to typowe dla firmy na wczesnym etapie rozwoju”.
Teraz powinniście słusznie zapytać: co z motocyklami? Opisywany tutaj produkt nie ma bezpośredniego związku z motocyklami. Ale jeżeli konkurencyjne firmy na rynku podchwycą pomysły zaprezentowane przez NASA i Orbis, nie ma najmniejszych przeciwskazań, aby podobne rozwiązania pojawiły się niebawem także w motocyklach.
Zresztą nawiercane tarcze wave są w motocyklach dość popularne. Może więc dodatkowe elementy chłodzące przyjmą się szybko?
Zostaw odpowiedź