NASA poboljšava kočnice na automobilima

Baš kao što NASA treba smanjiti masu svemirske letjelice kako bi mogla izbjeći Zemljinu gravitaciju, proizvođači automobila rade na smanjenju težine kako bi poboljšali performanse vozila. U slučaju kočionih rotora, lakši je bolji za ubrzanje vozila, pouzdano zaustavljanje, pa čak i za potrošnju goriva.

NASA-ina spinof tvrtka Orbis Brakes licencirala je upravo NASA-inu patentiranu tehnologiju da to postigne. Ovaj revolucionarni dizajn kočionog diska je najmanje 42% lakši od konvencionalnih rotora od lijevanog željeza, s učinkom usporedivim s mnogo skupljim karbonsko-keramičkim kočnicama.

Tijekom obustave rada zbog pandemije, Jonathan Lee, inženjer za konstrukcijske materijale u NASA-inom centru za svemirske letove Marshall u Huntsvilleu, Alabama, počeo je razmišljati o disk kočnicama.

Njegove vještine mehaničkog dizajnera potpomognute obukom iz znanosti o materijalima obično su usmjerene na njegove dvostruke uloge inženjera strukturnih materijala za Space Launch System (SLS) i znanstvenika za mikrogravitacijske materijale za svemirsku postaju.

Smanjenje mase kotača znači da će vozilo koristiti manje energije za kočenje i ubrzavanje. Konvencionalni kočioni diskovi teški su jer se sastoje od dvije metalne ploče hlađene zrakom koji cirkulira između njih. Dizajn je neučinkovit jer su vanjske površine te koje se zagrijavaju trenjem s kočionim pločicama, ali se hlađenje zrakom odvija na unutarnjim površinama, gdje su ploče okrenute jedna prema drugoj.

Umjesto toga, Lee je želio izravno ohladiti vruće površine, dopuštajući da se jedan od teških diskova eliminira sa svakog od četiri rotora vozila. Pokazalo se da njegov dizajn ima i dodatne prednosti.

Započeo je s jednim diskom s nizom malih peraja oko središnje glavčine. Dok se vrte, oni uvlače zrak i guraju ga preko površine diska, gdje kočione pločice dolaze u kontakt, hladeći rotor, kao i kočione pločice i čeljusti. Zatim je dodao nekoliko dugih udubljenja oko kočionih površina, koje su se širile iz središta kako bi stvorile pravilan, periodični uzorak.

Peraje koje se okreću i centrifugalna sila kotača guraju zrak u udubljenja, uzrokujući turbulentno strujanje zraka koje odvodi toplinu. "Kad zrak izleti van, prolazi preko čeljusti kočnice i hladi je, a niti jedan konvencionalni rotor nije u stanju učiniti nešto takvo ludo", rekao je Lee.

Ovi kanali u kočnim površinama također povećavaju dostupnu površinu za hlađenje zrakom za više od 30% i dodatno smanjuju težinu diska te povećavaju trenje na isti način na koji brazdanje betona čini stepenice sigurnijima za hodanje pa je manje vjerojatno da će kočione pločice proklizati, što kočenje čini pouzdanijim.

Korita odvode i više od same topline. Voda i otpad s ceste koji prodiru između podloge i rotora jednako su problematični, tako da rovovi pružaju mjesto za zračni vrtlog koji gura bilo koju tvar s puta. Mala rupa izrađena na kraju svakog od njih stvara otvor kroz koji neželjeni materijal može pobjeći.

Drugi periodični val izrezan je duž vanjskog ruba diska. Zamjenom konvencionalnog kružnog dizajna s valovitim uzorkom, novi rotor ima još više površine koja će doći u kontakt s hladnim zrakom koji struji preko njega. Ovo dodatno rasipanje topline dogodit će se bez obzira na to koji se uzorak periodičnog vala koristi, što omogućuje stvaranje neobičnog dizajna i dodavanje osobnosti onome što je obično dosadan dio automobila.

Konačno, tanak sloj crnog premaza nanesenog na površine koje ne dolaze u dodir s kočionim pločicama, poput unutrašnjosti korita, može pomoći rotoru da zrači dodatnu toplinu. Ovaj jedinstveni trodijelni rashladni sustav, konvekcija koju pokreće strujanje zraka, provođenje topline preko metalnog rotora i zračenje s tamno obloženih površina, nikada prije nije bio učinkovito implementiran ni na jedan konvencionalni rotor disk kočnice, rekao je Lee.

Za razliku od konvencionalnih kočnica koje se mogu pregrijati i potencijalno otkazati, ovaj novi dizajn kočnica može dramatično poboljšati pouzdanost.

Također može ponuditi mehaničko rješenje za ozbiljan zagađivač okoliša, otrovne nanočestice, koje se emitiraju u okoliša kada kočione pločice prijeđu određenu kritičnu temperaturu. Budući da otrovna prašina lebdi točno na visini ulice, utjecaj na ljudsko zdravlje je štetniji od emisije ispušnih plinova.

Prvi automobili koji će dobiti nove "svemirske" kočnice će biti neki modeli Forda Mustanga i Tesle.