NASA dává světu revoluční automobilovou brzdu

Foto: Orbis Brakes Inc. / NASA / Tiskový zdroj

Stejně jako NASA potřebuje snížit hmotnost kosmické lodi, aby mohla uniknout zemské gravitaci, výrobci automobilů pracují na snížení hmotnosti, aby zlepšili výkon vozidla. V případě brzdových kotoučů je lehčí váha lepší pro zrychlení automobilu, spolehlivé zastavení a dokonce i spotřebu plynu.

Společnost Orbis Brakes Inc. licencovala technologii patentovanou NASA, aby toho dosáhla a ještě mnohem více. Tato revoluční konstrukce brzdových kotoučů je minimálně o 42 % lehčí než běžné litinové rotory, s výkonem srovnatelným s mnohem dražšími karbon-keramickými brzdami.

Během odstávky pandemie Jonathan Lee, inženýr konstrukčních materiálů v Marshallově vesmírném leteckém centru NASA v Huntsville v Alabamě, začal přemýšlet o kotoučových brzdách. Jeho dovednosti mechanického konstruktéra podpořené školením v oblasti materiálových věd se obvykle soustředí na jeho dvojí role inženýra konstrukčních materiálů pro Space Launch System a vědce pro mikrogravitační materiály určené pro vesmírnou stanici.

Se zájmem o podporu dalšího poslání NASA vyvinout technologii ke zlepšení života na Zemi, hledal inovativní způsob, jak navrhnout lepší automobilovou kotoučovou brzdu.

„Ochota NASA pomáhat společnostem, aby byly úspěšnější, s využitím všech jejich odborných znalostí, které se rozšiřují, je opravdu úžasná,“ řekl Chance Claxton, co-CEO společnosti Orbis Brakes se sídlem v Santa Rosa v Kalifornii.

Periodická vlna

Foto: Northrop Grumman Corp / Tiskový zdroj

Snížení hmotnosti kol znamená, že vozidlo spotřebuje méně energie na brzdění a akceleraci. Konvenční brzdové kotouče jsou těžké, protože se skládají ze dvou kovových desek chlazených vzduchem, který mezi nimi cirkuluje. Konstrukce je neefektivní, protože jsou to vnější plochy, které se ohřívají třením o brzdové destičky, ale chlazení vzduchem probíhá na vnitřních plochách, kde jsou destičky proti sobě.

Lee chtěl místo toho přímo chladit horké povrchy, což umožnilo odstranit jeden z těžkých kotoučů z každého ze čtyř rotorů vozidla. Ukázalo se, že jeho design má i další výhody.

Díky exkluzivním patentovým licencím na radikálně nový design kotoučových brzd začleňuje společnost Orbis Brakes Inc. ze Santa Rosy v Kalifornii odborné znalosti o konstrukčních materiálech Marshall Space Flight Center do účinnějšího, ekologičtějšího brzdového systému pro osobní a nákladní automobily.

Foto: Orbis Brakes Inc. / NASA / Ziskový zdroj

Začal s jediným kotoučem s řadou malých ploutví kolem centrálního náboje. Jak se otáčejí, nasávají vzduch a tlačí ho přes povrch kotouče, kde se brzdové destičky dotýkají, ochlazují rotor, stejně jako brzdové destičky a třmeny. Poté přidal několik dlouhých prohlubní kolem brzdných ploch, vycházejících ze středu, aby vytvořil pravidelný, periodický vzor, ​​který dává nové technologii Orbis její značku PeriodicWave.

Otáčející se žebra a odstředivá síla kola tlačí vzduch do prohlubní, což způsobuje turbulentní proudění vzduchu, které odvádí teplo. „Když vzduch vyletí ven, jde přes brzdový třmen a ochlazuje ho. ˇŽádný konvenční rotor není schopen udělat něco takového šíleného. Je to obrovské,“ řekl Lee.

Tyto rýhy v brzdných plochách také zvětšují dostupnou plochu pro chlazení vzduchem o více než 30 % a dále snižují hmotnost kotouče. A zvyšují tření stejným způsobem, jako když rýhování betonu činí kroky při chůzi bezpečnější, brzdové destičky jsou méně náchylné k prokluzování, díky čemuž je brzdění spolehlivější.

Žlaby odvádějí více než jen teplo. Voda a nečistoty ze silnice, které se dostaly mezi podložku a rotor, jsou stejně problematické, takže příkopy poskytují místo pro vzduchový vír, aby vytlačil jakoukoli látku z cesty. Malý otvor obrobený na konci každého z nich vytváří otvor, kterým může unikat nežádoucí materiál. „A také to vypadá skvěle,“ řekl Lee.

Druhá periodická vlna je řezána podél vnějšího okraje disku. Nahrazením konvenčního kruhového designu zvlněným vzorem má nový rotor ještě větší plochu, která přijde do kontaktu s proudícím chladným vzduchem. K tomuto dodatečnému odvodu tepla dojde bez ohledu na to, který vzor periodických vln je použit, což umožňuje vytvářet funky designy a dodat osobitost tomu, co je obvykle nudným autodílem.

Nakonec tenká vrstva černého povlaku nanesená na povrchy, které nepřicházejí do kontaktu s brzdovými destičkami, jako je vnitřek žlabů, může pomoci rotoru vyzařovat další teplo. Tento jedinečný třídílný chladicí systém, konvekce poháněná prouděním vzduchu, vedení tepla přes kovový rotor a záření z tmavých povrchů, nebyl nikdy dříve efektivně implementován na žádný konvenční rotor kotoučových brzd, řekl Lee.

Ekologické brzdy

Na rozdíl od konvenčních brzd, které se mohou přehřát a potenciálně selhat, může tato nová konstrukce brzd výrazně zlepšit spolehlivost. Může také nabídnout mechanické řešení závažné látky znečišťující životní prostředí, toxické nanočástice.

„Když brzdové destičky překročí určitou kritickou teplotu, v závislosti na jejich materiálu, mohou emitovat 10 000násobný nárůst toxických nanočástic,“ řekl Marcus Hays, spoluředitel Orbis Brakes. Protože se toxický prach vznáší přímo ve výšce ulice, dopad na lidské zdraví je podle studie Oxfordské univerzity škodlivější než výfukové emise. Společnost tedy v současné době testuje svůj design brzd EcoWave, aby se ujistila, že podle Hayse nebude vytvářet tento druh emisí.

Mezitím Orbis nabízí rotor NextWave jako poprodejní kotoučovou brzdu pro vysoce výkonná auta, jako je Ford Mustang a některé modely Tesla.

Elektromobily mohou být asi o 25 % těžší než vozidla se spalovacím motorem a mají vynikající rychlost, zrychlení a točivý moment. Majitelé mají podle Hayse tendenci jezdit s nimi jako se sportovními vozy, takže společnost nabízí alternativu k brzdám instalovaným v továrně, které nejsou určeny pro tento druh manipulace. NextWave umožní rychlejší zastavení a lepší změny směru, navíc s jiným druhem cool faktoru: „Tato mimořádná funkční konfigurace má také neuvěřitelně nový vzhled. Nic podobného v historii kotoučových brzd neexistuje,“ řekl Claxton.

„Výrazně mocný“

Jak společnost získá zpětnou vazbu od prvních osvojitelů, bude připravovat další dvě řady: LightWave bude kombinovat rotor NextWave s lehkým třmenem a CarbonWave bude výhradně pro elektrická vozidla.

Všechny tyto modely váží přibližně polovinu toho, co váží běžné rotory, a přitom výrazně zlepšují brzdný výkon. Všechny brzdy se budou vyrábět ve Spojených státech. Kromě potenciálu pro snížení toxických nanočástic bude uhlíková stopa každého typu kotoučové brzdy s periodickou vlnou mnohem menší než u konvenčních brzd.

Hays označil program transferu technologií NASA za „nástroj pro americkou konkurenceschopnost“ a popsal vztah společnosti s NASA jako „ohromující sílu“.

„Naprosto to katapultuje naše podnikání a dává nám důvěryhodnost a platnost pro všechno, co děláme,“ řekl. „NASA nám dává základ, abychom mohli vyrazit do světa a vyjednávat a mít respekt našich vrstevníků přímo z brány. To by nebyl obvyklý případ pro společnost v rané fázi.“

Článek byl upraven z tiskové zprávy NASA.