Top Ad unit 728 × 90

 

Jak się buduje części w F1, czyli włókno węglowe

Patrząc z zewnątrz na bolid Formuły 1, widzimy głównie części aerodynamiczne, jak np. przednie i tylne skrzydło, to zasoby przetworzonego włókna węglowego. To jest materiał wyjątkowy, bo niesamowicie wytrzymały i lekki. W porównaniu do stali o tej samej wadze jest nawet 5 razy bardziej wytrzymały. Jest materiałem, który umożliwia dowolne ustalanie wytrzymałości elementu w każdym z jego obszarów – w dowolnych kierunkach. Elementy są wytrzymałe, nawet mimo ciągłej eksploatacji, oraz są niezwykle sztywne.

Z czego zbudowane jest włókno węglowe

Włókno węglowe składa się przede wszystkim z rozciągniętych struktur węglowych chemicznie przypominających grafit. Występuje najczęściej w postaci tkanin uplecionych z pojedynczych włókien. Każde włókno w tkaninie składa się od 3 tysięcy nitek do 12 tysięcy nitek. Pojedyncza nitka ma grubość 1/10 włosa. Nitki z kolei zbudowane są z setek tysięcy atomów węgla. Materiał ten, jako pierwszy wykorzystał McLaren, budując w 1981 roku bolid MP4/1.

Historia MP4/1 w filmiku poniżej

John Watson dwa razy w tamtym sezonie dojechał drugi, raz wygrał. Andrea De Cesaris drugi kierowca McLarena miał wiele wypadków w tamtyk roku, czym udowodnił, jak wytrzymały jest w ten sposób zbudowany monokok.

Standardowo produkcja elementu z włókna węglowego polega na ułożeniu tkaniny w formie i przesączeniu jej żywicą. W Formule 1 jest stosowana najbardziej zaawansowana forma produkcji zwana pre-preg. W tej metodzie tkanina już na etapie produkcji jest przesączona żywicą zmieszaną z wolno wiążącym utwardzaczem. Pre-pregi przechowuje się w lodówce, aby nie dochodziło do ich utwardzenia w trakcie przechowywania. Plusy pre-pregów to ściśle określony wyjątkowo korzystny stosunek wagi tkaniny (zbrojenia) do żywicy, czyli otrzymujemy lepszą jakość materiału niż w standardowej produkcji.

Jak się tworzy i łączy części

Można frezować, wiercić lub ciąć strumieniem wody kompozyt z włókna węglowego, ale w Formule 1 nie ma to najmniejszego sensu. Wspomniane czynności uszkadzają właściwości włókna, a zespoły potrzebują elementów wykonanych z chirurgiczną precyzją, bez utraty jakości materiału. Dlatego stosuje się laser. Jest bezdotykowy, nie obciąża mechanicznie obrabianego przedmiotu, promień lasera może dotrzeć także do trudno dostępnych obszarów detalu, oraz przede wszystkim jest bardzo precyzyjny: powstają krawędzie bez wystających włókien.

Tak się tworzy pojedyncze elementy, tylko jak je razem poskładać? 

Nitowanie i klejenie to dziś standardowe procedury łączenia części. Za pomocą laserowego światła impulsowego możliwe są połączenia. Wycina on niewielkie wgłębienie, pasujące kształtem i podgrzewa metal do temperatury, w której element zaczyna się topić, a następnie oba elementy zostają dociśnięte do siebie. Po ochłodzeniu tworzy się trwałe połączenie bez użycia dodatkowych materiałów (kleju czy nitów). W ten sposób można wykonać hermetyczne połączenia bez dodatkowego uszczelnienia.

Cena włókna węglowego i koszty

10 lat temu koszt włókna węglowego wynosił około 150 dolarów za jednego funta (0.4536 kg). Dziś obecnie ta cena wynosi już tylko około 10 dolarów. Więc sam materiał nie jest drogi jak na warunki F1, bo za 10000 dolarów otrzymujemy około 453,6 kg tego materiału. Koszt ponosi się w dwóch innych miejscach.

Obróbka - sama technologia wykonania precyzyjnych części jest bardzo droga. To o czym wspomniałem to produkcja włókna węglowego w standardowych warunkach, a Formuła 1 potrzebuje czegoś więcej. Precyzyjnego co do nanometra obrobienia laserowego, żeby zachować idealny przepływ powietrza w każdym detalu

Zaprojektowanie aerodynamiki - badania różnych wariacji części z dowolnego miejsca bolidu, badanie ich wpływu na funkcjonowanie przepływu powietrza. Bolid to jeden wielki organizm, w którym wszystko musi być idealnie zaprojektowane.

Williams przykładowo rok temu sprawił niespodziankę swoim kierowcom. Na torze Silverstone testowali nowe tylne skrzydło. Po uruchomieniu systemu DRS, a później jego zamknięciu docisk nie wracał, a obaj zawodnicy w trakcie treningów wylądowali w żwirowych pułapkach. W tym roku zespół nie znalazł rozwiązania wielu problemów i nadal są najwolniejsi w stawce.

Historię monokoków z włókna węglowego znajdziecie w filmiku poniżej.



Autorem tego arykułu jest Adrian Kleć, którego znajdziecie również na twitterze, a wszystkie jego artykuły pod hashtagiem ABC F1 na wykopie

Wszelkie prawa zastrzeżone F1 Fan Klub © 2010 - 2019
This website is unofficial and is not associated in any way with the Formula One group of companies. F1, and related marks are trade marks of Formula One Licensing B.V.

Formularz kontaktowy

Nazwa

E-mail *

Wiadomość *

Obsługiwane przez usługę Blogger.