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碳纖維復合材料在F1賽車(chē)上的應用
發(fā)布時(shí)間:2024-04-28
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       “人生就像賽車(chē),不加速就會(huì )被甩在后面。”2024年春節檔電影《飛馳人生2》的這句臺詞,就像一道閃電,直擊觀(guān)眾的心靈,也讓人感受到了賽車(chē)的魅力所在。


       無(wú)獨有偶,4月21日,中國首位F1車(chē)手周冠宇在上海F1中國大獎賽正賽中獲得第14名,成為F1歷史上首位在中國站完賽的中國車(chē)手。據了解,方程式賽車(chē)和奧運會(huì )、世界杯并稱(chēng)全球三大賽事,目前在F1這條賽道上,中國選手只有周冠宇一個(gè)人。


       無(wú)論是車(chē)身還是動(dòng)力,F1賽車(chē)和普通的民用車(chē)有很大差異。今天我們就來(lái)聊一聊碳纖維復合材料在F1賽車(chē)上的應用:


       F1賽車(chē),作為世界上最快的賽車(chē)離不開(kāi)其對新材料的使用。而想要賽車(chē)速度更快,減輕自身重量是一大關(guān)鍵因素,這時(shí)碳纖維就起到了不可替代的作用。碳纖維材料在F1賽車(chē)上的應用主要在其車(chē)身、剎車(chē)系統。


       F1賽車(chē)作為競技運動(dòng),除了追求速度,還要注重車(chē)手的安全隱患。為了減輕速度,同時(shí)保障車(chē)手安全,賽車(chē)需要尋找具有可以媲美金屬材料的優(yōu)異力學(xué)性能和較輕的重量的材料。由于碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,它的比重不到鋼的1/4,抗拉強度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~9倍,抗拉彈性模量為23000~43000Mpa也高于鋼。作為新材料的碳纖維復合材料完美符合這一需求,因此F1賽車(chē)的車(chē)身單體殼是由碳纖維復合材料制成。其具有耐疲勞性,優(yōu)異力學(xué)性能,同時(shí)還具有較輕的重量。在使用這種材料之后,被稱(chēng)為無(wú)大梁?jiǎn)误w結構(Monocogue)的車(chē)身基礎部分的重量竟然不可思議地只有30KG。自此,這種優(yōu)秀的材料從未離開(kāi)過(guò)F1賽場(chǎng)。


       傳統汽車(chē)的剎車(chē)系統,分為鼓剎和盤(pán)剎。盤(pán)剎比起鼓剎更適用于高速制動(dòng)的汽車(chē)。作為世界上最快的賽車(chē)F1方程式賽車(chē)的剎車(chē)碟盤(pán)是最容易磨損的剎車(chē)碟盤(pán)。由于賽程限制,F1賽車(chē)的剎車(chē)碟盤(pán)需要具有高耐磨性。傳統的剎車(chē)碟盤(pán)是由鑄鐵制作而成。但是,F1賽車(chē)比賽過(guò)程中,賽車(chē)會(huì )從300公里/h的時(shí)速迅速降至80公里/h,這過(guò)程對剎車(chē)碟盤(pán)傷害極大,傳統鑄鐵剎車(chē)片不足以支持賽車(chē)比完全程比賽,賽車(chē)需要一種極耐磨材料作為剎車(chē)碟盤(pán)。而碳素晶格和碳纖維合成的特殊復合材料也符合這一需求。碳纖維復合材料良好的導熱性能,將剎車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的熱能迅速傳導散熱,減少對材料自身的損害,另外,其壓縮性能以及耐氧化、耐疲勞性的優(yōu)異,使得碳纖維剎車(chē)碟盤(pán)使用壽命遠遠大于普通剎車(chē)碟盤(pán),因此,F1賽車(chē)全都使用碳纖維剎車(chē)碟盤(pán)以提高剎車(chē)片的使用壽命。


       F1賽車(chē)對碳纖維復合材料的大量使用,使得其自身速度的提升,對民用汽車(chē)具有借鑒意義。其車(chē)身使用碳纖維復合材料,在減輕車(chē)身自重的同時(shí),也能保障駕駛員的安全,這對日常生活的交通工具具有較好的借鑒意義。如果飛機、汽車(chē)使用碳纖維材料制作而成的機身以及車(chē)身,那么自身的重量將會(huì )大概減少為原來(lái)的三分之一。這樣一來(lái),就會(huì )減少燃料的使用以及二氧化碳的排放,這具有良好的可持續發(fā)展性。但是,由于技術(shù)限制,碳纖維材料使用成本較高,日常生產(chǎn)生活使用不具有可行性。未來(lái),相信隨著(zhù)技術(shù)的改進(jìn)以及生產(chǎn)工藝的改良創(chuàng )新,碳纖維的生產(chǎn)成本也會(huì )隨之降低,那么碳纖維應用在日常生活中也將越來(lái)越普遍。 (本文是根據相關(guān)資料整理編輯而成)

 

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