Карбоновый монокок нового суперкара Lamborghini. История появления монокока Как в Orbea используют данные многочисленных исследований

Почитала я тут блог и задумалась-как много я знаю о карбоне?подумала подумала и поняла,что по сути то-ничего кроме того,что это достаточно легкий материал,который используют в тюнинге машин. Он прочный,красивый и разноцветный. Так же знаю,что можно обклеить карбоном машину. Заинтересовала меня история,порылась немного в интернете и решила выложить сборную солянку копипаста и своих мыслей по этому поводу.
наверное сразу напишу что очень много букв будет)постараюсь сделать интересным пост)

Изначально слово карбон пошло от сокращения названия каменноугольного периода существования нашей планеты (360−286 млн. лет назад,либо помнению вики 360-299 млн лет назад), когда в недра Земли были заложены большие запасы каменного угля.

Впервые с углеродными волокнами мир познакомился в 1880 году, когда Эдисон предложил использовать их как нити накаливания ламп, но эту идею вскоре забыли из-за прихода вольфрамовой проволоки. Лишь в середине прошлого века углепластиком снова заинтересовались, когда искали новые материалы, выдерживающие многотысячную температуру в ракетных двигателях.

Впервые карбон использовали в программе NASA для постройки космических кораблей, затем карбон начали применять и военные. А в 1967 г. карбон стали свободно продавать в Англии, но количество его было ограниченное, а процесс контролировался государством. Первой фирмой, занявшейся реализацией нового материала, стала британская фирма Morganite Ltd. При этом продажа углеволокна, как стратегического товара, была строго регламентирована.

В 1981 г. Джон Барнард впервые применил карбоновое волокно в гоночном автомобиле, с того времени карбон триумфально ворвался в автоспорт, где и сегодня он остается одним из лучших материалов. Сейчас же карбон входит и в нашу повседневную жизнь.

Но давайте будем потихоньку разбираться что же такое карбон и из чего он состоит?:
Карбон - производится из композитных материалов. Он состоит из аккуратно переплетенных между собой нитей углерода, которые переплетены под определенным углом.
Нити углерода - очень стойки к растяжению, они на одном уровне со сталью, потому что, чтобы их порвать или растянуть, нужно очень хорошо постараться. Но к сожалению, при сжатии они не так хороши, как при растяжении, ведь они могут поломаться. Чтобы избежать этого, их стали переплетать между собой под определенным углом с добавлением резиновой нити. После чего несколько готовых слоев соединяют эпоксидными смолами, и выходит привычный материал для нашего взгляда - карбон.

На самом деле вариантов изготовления карбона как такового-масса. Существуют различные методики, различные подходы и т.д. Мы же вкратце рассматриваем технологию,так сказать для общего развития, чтобы хотя бы представлять как это и с чем его кушать=) Технологии разные,но суть одна-это нити углерода. Они то и являются одной из основных составляющих.

Но давайте вернемся к более интересующей нас теме. Карбон в автомобильном спорте.


начнем с самого простого, что бы в дальнейшем не возникало вопросов,а что это?=)*сама честно только узнала что это такое*
ВИКИ В ПОМОЩЬ: Моноко́к (фр. monocoque) - тип пространственной конструкции, в которой (в отличие от каркасных или рамных конструкций) внешняя оболочка является основным и, как правило, единственным несущим элементом.

И так,мы теперь умные,знаем что такое монокок, теперь перейдем собственно к карбону в автоспорте.
Появление карбона не могло не заинтересовать конструкторов гоночных автомобилей. К моменту появления углеволокна на трассах F1, почти все монококи делались из алюминия. Но у алюминия были недостатки, в числе которых его недостаточная прочность при больших нагрузках. Увеличение прочности требовало увеличения размеров монокока, а следовательно и его массы. Углеволокно оказалось великолепно подходящей альтернативой алюминию.

Не нарушая сложившихся традиций, после «службы в армии» углепластик «занялся» спортом. Лыжники, велосипедисты, гребцы, хоккеисты и многие другие спортсмены по достоинству оценили легкий и прочный инвентарь. В автоспорте карбоновая эра началась в 1976 году. Сначала на машинах McLaren появились отдельные детали из диковинного черно-переливчатого материала, а в 1981 на трассу вышел McLaren MP4 с монококом, полностью изготовленным из углеволоконного композита. Так идея главного конструктора команды Lotus Колина Чепмена, создавшего в 1960-х несущую основу гоночного кузова, получила качественное развитие. Однако в то время новый материал был еще неведом технологам от автоспорта, потому неразрушаемую капсулу для McLaren изготовила американская компания Hercules Aerospace, обладающая опытом военно-космических разработок.


Путь карбона в автоспорте был тернист и заслуживает отдельного рассказа. На сегодняшний день карбоновый монокок имеют абсолютно все болиды Формулы-1, а так же практически все «младшие» формулы, ну и большинство суперкаров, естественно. Напомним, монокок – это несущая часть конструкции болида, к нему крепятся двигатель и коробка, подвеска, детали оперения, сидение гонщика. Одновременно он играет роль капсулы безопасности.

Ну вроде разобрались более-менее с тем,что такое карбон,из чего он состоит, и когда его начали использовать в автомобильном спорте.

В принципе как и всех материалов на нашей планете карбон имеет свои минусы и плюсы:

    Самый главный плюс карбона, является в его прочности и в его небольшом весе. Если сравнивать со сплавами, то карбон легче стали, аж на 40%, а если сравнить с металлами, то он легче алюминия на 20%. Именно поэтому карбон используют в деталях для гоночных автомобилей, ведь при понижении веса, прочность остается такой же.

    Его внешний вид. Карбон смотрится стильно, красиво и престижно, как на авто транспорте, так и в других различных предметах.

    Другое важное свойство карбона – низкая способность к деформации и небольшая упругость. При нагрузке карбон разрушается без пластической деформации. Это означает, что карбоновый монокок будет защищать гонщика от сильнейших ударов. Но если не выдержит – то не погнется, а сломается. Причем разлетится на острые куски.*в общем на нем можно даже чуточку попрыгать=)*

Собственно минусы:
    Первым минусом является то, что под действием солнца, карбон может изменить свой оттенок.

    Вторым – если, какая нибудь деталь, покрытая карбоном, будет повреждена, то отремонтировать ее не удастся, придется только заменять ее полностью.
    Третий минус - стоимость карбона, из-за этого не каждый авто любитель сможет использовать карбон при тюнинге.

    Еще один недостаток: при контакте с металлами в соленой воде углепластик вызывает сильнейшую коррозию и подобные контакты следует исключать. Именно по этой причине карбон так долго не мог войти в мир водного спорта (недавно этот недостаток научились обходить).

Наверное плохо искала, но не нашла фото сломанного карбона.

Ну так вот,продолжаем))) конечно это все интересно,красочно и легко. Получается что карбоновые машинки-реальность. Причем как я понимаю, они гораздо легче(что дает больше шансов на ускорение), гораздо прочнее(что дает больше шансов на выживаемость), и безумно красивые(карбоновые машинки то). Но есть совершенно мааааленькое НО: стоимость настоящего карбона. Сделать такую машину не каждый может себе позволить, а ведь безумно хочется прикоснутся к миру чего то очень спортивного и красочного. Все решается-есть спрос, будет и предложение. И вот наш ответ дорогому карбону:

Для изготовления карбоновых деталей применяется как просто углеродное волокно с хаотично расположенными и заполняющими весь объем материала нитями, так и ткань (Carbon Fabric). Существуют десятки видов плетений. Наиболее распространены Plain, Twill, Satin. Иногда плетение условно - лента из продольно расположенных волокон «прихвачена» редкими поперечными стежками только для того, чтобы не рассыпаться.
Плотность ткани, или удельная масса, выраженная в г/м2, помимо типа плетения зависит от толщины волокна, которая определяется количеством угленитей. Данная характеристика кратна тысячи. Так, аббревиатура 1К означает тысячу нитей в волокне. Чаще всего в автоспорте и тюнинге применяются ткани плетения Plain и Twill плотностью 150–600 г/м2, с толщиной волокон 1K, 2.5K, 3К, 6K, 12K и 24К. Ткань 12К широко используется и в изделиях военного назначения (корпуса и головки баллистических ракет, лопасти винтов вертолетов и подводных лодок, и пр.), то есть там, где детали испытывают колоссальные нагрузки.

«Серебряный» или «алюминиевый» цвет - всего лишь краска или металлизированное покрытие на стеклоткани. И называть карбоном такой материал неуместно - это стеклопластик. Отрадно, что и в данной области продолжают появляться новые идеи, но по характеристикам стеклу с углем углеродным никак не сравниться. Цветные же ткани чаще всего выполнены из кевлара. Хотя некоторые производители и здесь применяют стекловолокно; встречается даже окрашенные вискоза и полиэтилен. При попытке сэкономить, заменив кевлар на упомянутые полимерные нити, ухудшается соединение такого продукта со смолами. Ни о какой прочности изделий с такими тканями не может быть и речи.

Но давайте рассмотрим самое последнее и модное направление в атоиндустрии. Автомобильная поклейка под карбон.

Материал получил большую популярность, так как его можно было положить на капот, багажник или более сложную форму, а цена готовых деталей оказалась дешевле карбона в 5-7 раз.
Первоначально карбоновая плёнка появилась в виде печати сольвентом на полимерной плёнке. Производство делалось путём перерисовывания рисунка плетения самого карбона, обработки его в графическом редакторе и выводе на плоттер. Название такому материалу дали Карбон 2д, что означает плоский (в двух плоскостях).


как можно заметить-"плоский" карбон достаточно неинтересен. Это то же самое что смотреть кино в черно-белом цвете имея навороченный современный телевизор.

Но ведь карбон под лаком смотрится гораздо объемнее и лучше, поэтому энтузиасты не остановились и в Японии была создана плёнка имитирующая текстуру карбона в трёх плоскостях! То есть была создана именно текстурная плёнка, где третья плоскость стала вертикаль, тем самым полностью скопировав карбон.

На данный момент существует масса различных вариантов цвета и 2d карбона и 3d. Все зависит от нашего пожелания и наших финансовых возможностей. Каждый может прикоснутся к миру легкого и прочного материала. Да пускай он будет не настоящим, но зато он будет красивым. Хотя мое мнение-клеить карбоновую пленку, будто купить поддельную брендовую вещь. Да, смотрится красиво, но она ненастоящая. Хотя опять же-на вкус и цвет=)

Спасибо тем,кто дочитал до конца, старалась правда сделать компановку интересной и познавательной. Да,не спорю, достаточно много копипаста,но не вижу смысла писать одно и то же разными словами в данный момент.

Использованные сайты.

Раньше велосипедная подвеска разрабатывалась при использовании двухмерной кинематической модели. Advanced Dynamics разрабатывалась совместно с исследовательским центром CEIT (Guipuzcoa Studiesand Technical Research Centre) на основании виртуального моделирования и программ симуляции езды по бездорожью на велосипеде с активной передней и задней подвеской. CEIT – это научно исследовательский центр, занимающийся разработкой и тестированием новейших технологий по заказу крупных промышленных компаний. Используя эту виртуальную аналитическую систему, Orbea и CEIT удалось выявить все переменные, влияющие на работу подвески на спусках, подъёмах и различных типах рельефа. В результате удалось определить 4 ключевых элемента, вокруг которых строилась разработка новой подвески: подвеска, не только делающая велосипед более комфортным, но и не лишающая его динамики, максимально эффективное использование полного хода подвески, специально настроенные амортизаторы и закрытые герметичные подшипники.

Многие другие конструкторы выполняют все расчёты на бумаге или в компьютере, но мы создали ваших виртуальных клонов. Наши программы моделирования позволяют воссоздавать множество различных факторов, влияющих на работу подвески: от типа рельефа, конституции и положения райдера во время езды, до распределения нагрузок на педали, седло, руль и т.д. Опираясь на данные, полученные в ходе многочисленных исследований, мы создали подвеску, которая обеспечивает максимальное поглощение ударных воздействий любого типа, минимизирует раскачку при педалировании и позволяет добиться уверенного контакта колеса с поверхностью, по которой вы едете вне зависимости от типа рельефа.



Технология Attraction добавит в вашу езду комфорт, о котором мечтают многие велосипедисты. Она отвечает за нейтрализацию вибраций, возникающих во время езды, и оптимизирует нагрузку на колёса, улучшая эффективность педалирования. Эта технология также улучшает управляемость велосипеда и сцепление с дорожным покрытием вне зависимости от его типа и погодных условий.

Вилка и задний треугольник обновленной модели Orca были сконструированы таким образом, чтобы сделать езду более комфортной и эффективной. Технология Attraction отвечает за гашение ударов, возникающих при езде по неровному асфальту, не жертвуя при этом торсионной жёсткостью рамы, тем самым повышая эффективность педалирования.

Помогает добиться непревзойдённых результатов на дистанции

Благодаря особому профилю верхних перьев вибрации, возникающие при езде, не передаются гонщику, а гасятся, не доходя до него, преобразуясь из продольных в незначительные поперечные колебания. Таким образом, нам удалось создать велосипед для соревнований самого высокого уровня, который полностью отвечает требованиям спортсменов, испытывающих тяжелейшие физические нагрузки во время гонок:

  • снижен уровень вибраций, передающихся гонщику во время езды;
  • улучшено сцепление велосипеда с дорожным покрытием (в результате гонщик сможет делать более эффективные ускорения и спринтерские рывки, и при этом велосипед будет лучше управляться);
  • увеличена эффективность передачи усилия на заднее колесо при педалировании;

Orbea Carbon

Карбон, который использует в производстве компания Orbea– это композитный материал, состоящий из карбоновых волокон с высоким модулем упругости. Мы используем его для создания оптимальных рам с точки зрения жёсткости, прочности и гашения вибраций. Это важнейшие характеристики для создания идеальной рамы.

Мы использовали весь накопленный опыт и передовые технологии для того, чтобы разработать три типа волокон: Gold , Silver , Bronze . Они отличаются физическими свойствами и, как следствие, предпочтительной сферой использования. Таким образом, все наши карбоновые рамы имеют следующую маркировку в зависимости от типа используемых волокон:

OMG. Orbea Monocoque Gold

OMS. Orbea Monocoque Silver

OMB. Orbea Monocoque Bronze

Одним из ключевых различий между типами волокон является значение модуля упругости (модуля Юнга). Чем больше значение модуля Юнга, тем больше жёсткость конструкции и меньше её вес. Соответственно, каждый тип разработанных нами карбоновых волокон имеет определённое значение модуля Юнга: Gold – максимальное значение, Silver–высокое, Bronze–среднее.

OMG. Orbea Monocoque Gold

OMG карбон состоит из волокон с максимальным значением модуля Юнга и обладает наилучшими показателями жёсткости и веса. Использование таких волокон, уложенных определёнными слоями, которые в свою очередь прошли через многоступенчатый анализ методом конечных элементов (FEA, Finite Elements Analysis), позволяет нам создавать рамы, которые обладают максимальной жёсткостью при минимальном весе. Эти рамы впоследствии используются в соревнованиях самого высокого уровня. Мы передаём в ваши руки передовые технологии.

OMS. Orbea Monocoque Silver

OMS карбо н состоит из волокон с высоким значением модуля упругости. Они придают рамам достаточную жёсткость, высокий уровень гашения вибраций и максимальную эффективность при педалировании на больших дистанциях. При изготовлении OMS карбона на используется комбинация волокон с максимальным значением модуля Юнга и волокон, обеспечивающих высокий уровень гашения вибраций.

OMB. Orbea Monocoque Bronze

OMB карбон предлагает вам оптимальную комбинацию из волокон со средним значением модуля упругости, но при этом эластичных и долговечных. Он широко применяется в более доступных по цене карбоновых рамах. Более высокая плотность и сопротивление к сжатию волокон Bronze повышает их способность к гашению вибраций и долговечность. А всё потому, что инженеры Orbea в своей работе всегда старались превосходить общепринятые в отрасли стандарты. Мы стараемся для того, чтобы гонщики, впервые открывающие для себя карбоновые рамы от Orbea, могли получить от них максимум удовольствия от катания и добиться выдающихся результатов и прогресса.

Технология монокок

Инженеры компании Orbea давно поняли, что монокок – это единственная технология, которая позволяет сделать раму оптимальной с точки зрения жёсткости, долговечности и комфорта. Приведённое ниже видео демонстрирует, как со временем ухудшаются характеристики карбоновой рамы, изготовленной по традиционной технологии, в то время как рама, изготовленная по технологии монокок, остаётся в таком состоянии, как будто только что покинула территорию завода.

Технология монокок также позволяет создавать рамы с более креативным дизайном и при этом с хорошей сопротивляемостью усталостным трещинам. Именно поэтому мы можем предоставлять на все наши велосипеды пожизненную гарантию: наши рамы надёжны и их характеристики не меняются с течением времени.

Чем примечательна технология монокок, используемая в Orbea?

Общая прочность и надёжность конструкции получается выше за счёт оптимального распределения нагрузок по всей структуре рамы, отсутствия сварных швов и стыков. Это означает, что рама не подведёт вас вне зависимости от испытаний, которые для неё подготовит трасса. Технология монокок обеспечивает идеальное соединение волокон в композитных материалах не только во внешних слоях, но и во внутренних, что препятствует образованию усталостных трещин в местах соединения элементов рамы. Последняя проблема характерна для рам, произведённых по недорогой иболее традиционной технологии. Нужны ли ещё какие-то аргументы в пользу рам, произведённых по технологии монокок компанией Orbea? Ведь мы имеем дело с жёсткой и надежной рамой, с декоративными элементами, которые не будут отслаиваться и трескаться в высоконагруженных местах конструкции, с рамой, которая представляет собой монолитный шедевр композитного искусства, а не собрана из отдельных элементов… Выбор очевиден.

UFO – система подвески с другой планеты.

UFO – это карбоновая система подвески, призванная избавить пользователя от традиционных осей вращения и всего, что с ними связано: гаек, болтов, подшипников и, наконец, самих осей. В результате нам удалось добиться уменьшения веса рамы и времени, требуемого на обслуживание подвески, при этом повысив общую жёсткость конструкции и сцепление велосипеда на техничном рельефе. Профессиональным спортсменам нужна легкая, но при этом оптимально работающая задняя подвеска: они ищут идеальный баланс. И технология UFO готова им его предложить: система подвески, отвечающая самым строгим требованиям по весу (рама с амортизатором 1,95 кг), простая в обслуживании и надёжная.

Технология UFO позволяет добиться большего сцепления и торсионной жёсткости конструкции на техничном рельефе при небольшом весе и простом обслуживании

Преимущества

Oiz Carbon – это уникальный велосипед в своём классе, в котором применяется система задней подвески без оси вращения. Идеальное сочетание жёсткости и гибкости карбонового волокна позволяет получить устойчивую к поперечным и скручивающим нагрузкам подвеску, хорошо обрабатывающую неровности рельефа на протяжении всех 85 мм хода амортизатора.

В результате:

Инновационная система подвески, обеспечивающая уверенный контроль велосипедов на спусках, эффективность работы на педалях в подъёмах, больший комфорт и меньшую усталость гонщика при длительном пребывании в седле.

Технология SSN

SSN (Size Specific Nerve) – это больше, чем просто технология, это способ организации работы на всём протяжении процесса производства велосипедов. Сначала данный подход использовался только при разработке моделей из линейки Orca, но потом мытакже стали его применять для моделей Alma и Onix.

По технологии SSN разрабатываются модели из линеек Orca , Alma , Onix и Opal

Формула учёта ваших потребностей

Каждая ростовка велосипеда разрабатывается нами индивидуально. Структура и жёсткость рамы оптимизируются относительно статистических данных о весе райдера при определённом росте. В результате мы получаем 5 (в соответствии с числом ростовок) индивидуально разработанных и идеально сбалансированных рам.


AIZonE by Orbea

Проект AIZonE (Aerodynamic Investigation Zone) был разработан совместно с San Diego Wind Tunnel (аэродинамическая труба, расположенная в американском городе Сан Диего) и позволил нам получить множество различных данных по аэродинамике велосипедов и гонщиков. Это позволило нам на 14% улучшить аэродинамические показатели обновленной модели Orca. Нам удалось уменьшить силу воздушного сопротивления, и в результате мы получили более стабильный и хорошо управляемый велосипед.

Улучшенная управляемость и стабильность за счёт уменьшения зазоров между рамой и подвижными частями велосипеда

Уменьшение зазоров между элементами рамы и подвижными частями велосипеда (например, колёсами) является ключевым условием для снижения турбулентности. Она возникает в результате того, что при движении набегающий поток воздуха давит на поверхность рамы, компонентов и гонщика неравномерно, образуя завихрения. Эти завихрения ударяются о выступающие элементы велосипеда, замедляя ваше движение вперёд.

Уменьшение зазоров между покрышками и поверхностью рамы позволяет минимизировать негативное воздействие набегающего потока воздуха. Мы разрабатывали дизайн велосипедов, руководствуясь этим принципом, и в итоге нам удалось создать одни из самых стабильных и хорошо управляемых велосипедов на рынке.

Большая скорость за счёт каплевидной формы подседельной трубы и штыря, унаследованной моделью Orca от велосипедов серии Ordu

Инженеры Orbea выделили два ключевых показателя для создания быстрого велосипеда: жёсткость рамы и выверенная аэродинамика. Обе эти характеристики важны для того, чтобы создать не только быстрый велосипед, но и максимально эффективный при педалировании. Первой ласточкой в рамках данной парадигмы стали модели Ordu, но впоследствии она применялась и к разработке других линеек.

Капля воды имеет идеальную аэродинамичную форму, которую мы и использовали при разработке дизайна рулевой колонки и подседельной трубы на велосипедах из серии Ordu. Мы использовали полученные во время исследований данные для изменения дизайна подседельной трубы и штыря на модели Orca, что позволило создать нам самый быстрый велосипед в пелотоне.

Уменьшение сопротивления встречному потоку воздуха (граммы):

  • задний треугольник: 14 г
  • зажим подседельного штыря: 17 г
  • рулевая колонка и вилка: 15 г
  • подседельная труба и подседельный штырь: 10 г
  • нижняя труба переднего треугольника: 8 г
Итого: уменьшение сопротивления встречному потоку воздуха на 64 грамма, что является эквивалентом 14% поверхности велосипеда.

Технология DCR

DCR – это проводка тросиков и гидролиний по кратчайшему маршруту.

Мы создали и запатентовали эксклюзивную и значительно более эффективную, чем существующие аналоги, систему проводки гидролиний и тросиков. Основными принципами при её разработке стали простота и аккуратность. Мы сделали так, чтобы тросики не мешали вам во время катания, убрав их в специальные аэродинамичные углубления по бокам верхней (и на некоторых моделях нижней) трубы.

Mеньше обслуживания, больше удовольствия

  • нетребовательная в обслуживании система и более точная работа тормозов и переключателей;
  • рубашки тросиков снабжены специальными заглушками, препятствующими попаданию внутрь грязи;
  • покрытие GoreRideOn снижает трение, продлевая срок службы рубашек и тросиков.

Меньше рубашек, а это значит:

  • уменьшение длины тросиков;
  • снижение общего веса велосипеда;
  • нет потертостей на раме.

Что значит Dama?

Dama обозначает особый технологический подход к изготовлению рам для женских велосипедов. Женщины кардинально отличаются телосложением от мужчин, поэтому и велосипеды для них должны быть особенными. В первую очередь стоит обратить внимание на то, что статистически у слабой половины человечества ноги длиннее, а туловище короче, чем у мужчин.

Мы изменили всю технологическую цепочку, начиная от подбора компонентов и материалов для изготовления рам и заканчивая производственным процессом. Потому что велосипед должен подстраиваться под вас, а не наоборот.

Женщины обладают особенным телосложением, поэтому велосипеды для них тоже должны быть особенными.

Как в Orbea используют данные многочисленных исследований?

Были уменьшены размеры всех труб в рамах, за исключением рулевой. А угол наклона и расположение верхней трубы были изменены таким образом, чтобы максимально соответствовать особенностям женской анатомии. Также Orbeaиспользует специальные специально разработанные компоненты, в частности сёдла и рули.

Сёдла должны быть несколько короче и шире, чем мужские модели, а рули – немного уже. Также для высокорослых представительниц слабого пола была специально введена ростовка 46. Раньше такого никто из производителей не делал, и гонщицам приходилось портить себе посадку и здоровье, катаясь на неподходящих велосипедах. Внедрение технологических решении серии Dama – очередной шаг на встречу более полному удовлетворению всех пожеланий любительниц велосипедного спорта.

ЭПОХА КАРБОНА
…Новые группы животных начинают завоевывать сушу, но их отрыв от водной среды не был еще окончательным. К концу карбона (350-285 млн. лет назад) относится появление первых пресмыкающихся – полностью наземных представителей позвоночных…
Учебник по биологии





Спустя 300 миллионов лет карбон снова вернулся на Землю. Речь о технологиях, которые олицетворяют новое тысячелетие. Карбон – это композитный материал. Основу его составляют нити из углерода, которые имеют различную прочность. Эти волокна имеют такой же модуль Юнга, как и сталь, но при этом их плотность даже меньше, чем у алюминия (1600 кг/м3). Тем, кто не учился на физтехе, придется сейчас напрячься… Модуль Юнга – это один из модулей упругости, характеризующий способность материала сопротивляться растяжению. Другими словами, нити углерода очень сложно порвать или растянуть. А вот с сопротивлением сжатию все хуже. Для решения этой проблемы придумали сплетать волокна между собой под определенным углом, добавив в них резиновые нити. Потом несколько слоев такой ткани соединяются между собой эпоксидными смолами. Полученный материал называется карбон или углеволокно.

С середины прошлого века многие страны проводили эксперименты с получением карбона. В первую очередь в этом материале были заинтересованы, конечно, военные. В свободную продажу карбон поступил только в 1967 году. Первой фирмой, занявшейся реализацией нового материала, стала британская фирма Morganite Ltd. При этом продажа углеволокна, как стратегического товара, была строго регламентирована.
Достоинства и недостатки

Наиболее важное достоинство углеволокна – это высочайшее отношение прочности к весу. Модуль упругости лучших «сортов» углеволокна может превышать 700 ГПа (а это нагрузка 70 тонн на квадратный миллиметр!), а разрывная нагрузка может достигать 5 ГПа. При этом карбон на 40% легче стали и на 20% легче алюминия.

Среди недостатков карбона: длительное время изготовления, высокая стоимость материала и сложность в восстановлении поврежденных деталей. Еще один недостаток: при контакте с металлами в соленой воде углепластик вызывает сильнейшую коррозию и подобные контакты следует исключать. Именно по этой причине карбон так долго не мог войти в мир водного спорта (недавно этот недостаток научились обходить).





Другое важное свойство карбона – низкая способность к деформации и небольшая упругость. При нагрузке карбон разрушается без пластической деформации. Это означает, что карбоновый монокок будет защищать гонщика от сильнейших ударов. Но если не выдержит – то не погнется, а сломается. Причем разлетится на острые куски.

Получение углеволокна

На сегодняшний день существуют несколько способов получения углеволокна. Основные: химическая осадка углерода на филамент (носитель), выращивание волоконноподобных кристалов в световой дуге, и построение органических волокон в специальном реакторе – автоклаве. Последний способ получил наибольшее распространение, но и он довольно дорог и может применяться только в промышленных условиях. Сначала нужно получить нити углерода. Для этого берут волокна материала с названием полиакрилонитрил (он же PAN), нагревают их нагреваются до 260°С и окисляют. Полученный полуфабрикат нагревается в инертном газе. Долговременное нагревание при температурах от нескольких десятков до нескольких тысяч градусов Цельсия приводит к процессу так называемого пиролиза – с материала убывают летучие составляющие, частицы волокон образуют новые связи. При этом происходит обугливание материала – «карбонизация» и отторжение неуглеродный соединений. Завершающий этап производства углеволокна включает в себя переплетение волокон в пластины и добавление эпоксидной смолы. В результате получаются листы черного углеволокна. Они имеют хорошую упругость и большую нагрузку на разрыв. Чем больше проводит времени материал в автоклаве, и чем больше температура, тем более качественный получается карбон. При изготовлении космического углеволокна температура может достигать 3500 градусов! Самые прочное сорта проходят дополнительно еще несколько ступеней графитирования в инертном газе. Весь этот процесс очень энергоемкий и сложный, потому карбон заметно дороже стеклопластика. Осуществить процесс дома не пытайся, даже если у тебя есть автоклав – в технологии множество хитростей…

Карбон в автомире
Появление карбона не могло не заинтересовать конструкторов гоночных автомобилей. К моменту появления углеволокна на трассах F1, почти все монококи делались из алюминия. Но у алюминия были недостатки, в числе которых его недостаточная прочность при больших нагрузках. Увеличение прочности требовало увеличения размеров монокока, а следовательно и его массы. Углеволокно оказалось великолепно подходящей альтернативой алюминию.





Первым автомобилем, шасси которого было выполнено из углеволокна, стал McLaren МР4. Путь карбона в автоспорте был тернист и заслуживает отдельного рассказа. На сегодняшний день карбоновый монокок имеют абсолютно все болиды Формулы-1, а так же практически все «младшие» формулы, ну и большинство суперкаров, естественно. Напомним, монокок – это несущая часть конструкции болида, к нему крепятся двигатель и коробка, подвеска, детали оперения, сидение гонщика. Одновременно он играет роль капсулы безопасности.

Тюнинг

Когда мы говорим «карбон», то вспоминаем, конечно, капоты тюнинг-каров. Однако сейчас нет кузовной детали, которая не могла бы быть сделана из карбона – не только капоты, но и крылья, бампера, двери и крыши… Факт экономии веса очевиден. Средний выигрыш в весе при замене капота на карбоновый составляет 8 кг. Впрочем, для многих главным будет тот факт, что карбоновые детали практически на любой машине выглядят безумно стильно!

Карбон появился и в салоне. На крышках тумблеров из углеволокна много не сэкономишь, но эстетика – вне сомнений. Салонами с элементами карбона не брезгуют ни Ferrari, не Bentley.

Но карбон это не только материал дорогого стайлинга. Например, он прочно прописался в сцеплении автомобилей; причем из углеволокна делают и фрикционные накладки, и сам диск сцепления. Карбоновая «сцепа» имеет высокий коэффициент трения, мало весит, и в три раза сильнее сопротивляются износу, чем обычная «органика».






Другой областью применения карбона стали тормоза. Невероятные характеристики тормозов современной F1 обеспечивают диски из карбона, способные работать при высочайших температурах. Они выдерживают до 800 циклов нагрева за гонку. Каждый из них весит менее килограмма, тогда как стальной аналог как минимум в три раза тяжелее. На обычную машину карбоновые тормоза пока не купить, но на суперкарах подобные решения уже попадаются.

Другой часто используемый тюнинг-девайс – прочный и легкий карбоновый карданный вал. А еще недавно прошел слух, что Ferrari F1 собирается установить на свои машины карбоновые коробки передач…

Наконец, карбон обширно применяется в гоночной одежде. Карбоновые шлемы, ботинки с карбоновыми вставками, перчатки, костюмы, защита спины и.т.д. Такой «экип» не только лучше смотрится, но и повышает безопасность и снижает вес (очень важно для шлема). Особой популярностью карбон пользуется у мотоциклистов. Самые продвинутые байкеры одевают себя в карбон с ног до головы, остальные тихо завидуют и копят деньги.
Новая религия

Незаметно и тихо подкралась новая карбоновая эпоха. Карбон стал символом технологий, совершенства и нового времени. Его используют во всех технологичных областях – спорт, медицина, космос, оборонная промышленность. Но улеволокно проникает и в наш быт! Уже можно найти ручки, ножи, одежду, чашки, ноутбуки, даже карбоновые украшения… А знаешь, в чем причина популярности? Все просто: Формула 1 и космические корабли, снайперские винтовки последних образцов, монококи и детали суперкаров – чувствуешь связь? Все это лучшее в своей отрасли, предел возможностей современных технологий. И люди, покупая карбон, покупают частичку недосягаемого для большинства совершенства…







Факты:
в листе карбона толщиной 1 мм 3-4 слоя углеродных волокон
в 1971 году британская фирма Hardy Brothers первая в мире представила удилища для ловли рыбы из углеволокна
сегодня из карбона изготавливают высокопрочные канаты, сети для рыбодобывающих судов, гоночные паруса, двери кабины пилотов самолетов, пуленепробиваемые защитные армейские каски
для спортивной стрельбы из лука на длинные дистанции спортсмены-профессионалы обычно используются стрелы из алюминия и карбона.

На Essen Motor Show мы увидели у одного сотрудника стенда AutoArt чумовое карбоновое кольцо на пальце. На просьбу показать товар в своем бескрайнем каталоге он ответил, что это вообще-то просто карбоновая втулка, которую он снял со своего велосипеда…

Монокок — пространственная конструкция, где внешние стенки оболочки являются несущим элементом. Впервые монокок стали применять в самолётостроении, затем при производстве автомобилей и наконец эта технология перекочевала к велосипедам.

Как правило с её помощью изготавливают передний треугольник рамы продольным свариванием алюминиевых прессованных форм. Форму и размер конструкции из монокока можно изготавливать самую разнообразную, что не всегда возможно при использовании обыкновенных труб.

Эта технология позволяет повысить жёсткость рамы и снизить её вес без потери прочности за счёт исключения сварных швов из точек основного напряжения нагрузок. Иногда передний треугольник составляет одну цельную конструкцию без «пробелов».

Новая технология Монокок

Впервые такую технологию применяли на стальных рамах. Монококовыми рамами называют также конструкции, где трубы свариваются между собой на отдельном участке, а не по всей длине, например в районе рулевой колонки или каретки. В месте стыка труб между ними нет стенок, только сварной шов по длине соприкосновения, за счёт чего и достигается экономия на весе без потери жёсткости.

Монококовые рамы делают и из карбона. Биговальный профиль в сочетании с кабоновым волокном и карбоновыми соединительными муфтами позволяют изготавливать монококовую конструкцию рамы, сочетающую поперечную жёсткость и вертикальную упругость. Как правило все карбоновые велосипеды монококовые, потому что они изготавливаются в один приём, а не из отдельных частей, как обычные велосипеды.

По такой технологии изготавливается не только рама велосипеда, но и другие узлы: рули, выносы, элементы заднего треугольника рамы и другие. Монококовая технология довольно дорогое удовольствие и поэтому применяется на велосипедах высокой ценовой категории.

Рама велосипеда, изготовленная при помощи технологии монокок.

Также читать на эту тему:

Для скрепления труб рамы при использовании метода высокотемпературной пайки используют припой из металлов отличных от стали. Промежутки между деталями рамы заполняют расплавленным припоем, предварительно прогрев детали. Основным материалом для припоя является сплав из бронзы и латуни…

Волновая рама – ещё один тип открытой рамы, где верхняя и нижняя трубы объединены в одну большего диаметра для увеличения жёсткости. Устанавливается на детские, женские и складные велосипеды…

Наиболее распространёнными марками стали для производства рам являются те, которые содержат хром и молибден – легирующие элементы. Соответственно они называются хромомолибденовыми. В некоторых случаях для производства рам используют другие менее дорогие марки стали…

Нет необходимости изготавливать трубы рамы со стенками одинаковой толщины по всей длине трубы, а уменьшить толщину в месте, где нагрузка имеет минимальное значение. Делается это с целью уменьшить вес рамы, а значит и всего велосипеда…

Рамы для Кросс кантри также обеспечивают быстрый набор скорости велосипеда. В условиях передвижения по пересечённой местности управляемость и устойчивость велосипеда являются приоритетными. Рама должна выдерживать долговременные циклические нагрузки…

На заре Формулы-1 безопасность болидов была крайне низка. Машина строилась в виде пространственной фермы из стальных труб. Высокая посадка гонщика, вкупе с отсутствием ремней безопасности, еще больше усугубляли положение пилотов в случае столкновения. Непрочные кокпиты деформировались при авариях, в пилотов летели обломки, нередко они просто вылетали из машины на асфальт или под колеса других автомобилей. Единственное, что могло хоть как-то защитить гонщика – это был мотор, расположенный перед пилотом, но в конце 50х, с внедрением заднемоторной схемы, и эта ненадежная защита исчезла.
Правда, обратной стороной заднемоторной компоновки болида, внедренной Джоном Купером, владельцем и конструктором команды Cooper, была более низкая «полулежачая» посадка гонщика, что несколько повышало безопасность пилота.

Подлинная революция пришла в Формулу-1 в 1962 году, когда Колин Чемпен и Лен Терри представили свой Lotus 25 – первую формульную машину, использовавшую принцип несущего монокока. Сама по себе идея была не нова – по такой схеме еще с начала ХХ века создавались фюзеляжи самолетов, да и автомобильные конструкторы эпизодически пытались использовать наработки авиастроителей. Но именно Lotus 25 стал первым серийным гоночным автомобилем, в котором была реализована эта идея.
Сварная структура из стальных труб в новом Lotus была заменена несущей конструкцией из двух параллельных D-образных дюралюминиевых секций, соединенных литыми алюминиевыми поперечинами и панелями пола. Сзади два лонжерона служили опорой для двигателя. По бокам машины в полых секциях помещались топливные баки. По сравнению с трубчатыми рамами – фермами – монокок имел значительно большую (примерно на 50%) жесткость на кручение, что позволяло точнее настраивать ходовую часть автомобиля в зависимости от особенностей трасс. Кроме того, монокок обеспечивал лучшую защиту пилота в случае аварии, поскольку был менее подвержен деформации при ударе.
Конкуренты оценили новинку Чэпмена по достоинству, и уже в 1963 г. целый ряд команд последовало примеру Lotus, подготовив шасси в виде монокока.



С тех пор основное развитие конструкции монокока идет в направлении увеличения его жесткости. С одной стороны, это позволяет обеспечить более высокую степень безопасности гонщика, с другой – повысить эффективность его работы в условиях перегрузок. Так, в том же 1963 году алюминиевый монокок BRM был обшит панелями из дерева. Спустя несколько лет появляется первый первый монокок-"сэндвич" - между двумя листами из алюминиевого сплава конструктор McLaren Робин Херд разместил слой дерева легких пород, что позволило еще больше повысить жесткость конструкции.

В 70х годах практически все команды Формулы-1 переходят к использованию монокока. Одновременно идет поиск оптимальной формы конструкции и материалов для его изготовления, ведь перегрузки, действующие на монокок с ростом скоростей и внедрением граунд-эффекта, стремительно возрастают. В середине 70х впервые появляются композитные материалы. Пионером считается McLaren M26, созданный в 1976 году – некоторые его детали были выполнены в виде 6-угольной ячеистой сотовой структуры из углеволокна.
В 1981 году на трассы Формулы-1 вышел первый автомобиль, монокок которого был полностью выполнен из композитных материалов – McLaren MP4 конструкции Джона Барнарда. В то же время в Lotus также вели разработку машины из карбоновых и кевларовых волокон. Однако Lotus 88 так и не смог стартовать в гонках и был запрещен из-за несоответствия регламенту.

Несмотря на то, что композиты были чрезвычайно дороги и трудоемки в производстве (в то время на создание одного монокока уходило более 3 месяцев), их использование произвело настоящую революцию в Формуле-1. Прочность и жесткость конструкций выросла сразу в несколько раз. Уже к концу 80-х практически все команды обзавелись печами-автоклавами для изготовления шасси из углеволоконных «сот», пропитанных вязкими эпоксидными смолами.

Изготовление монокока

Изготовление монокока из углепластикового волокна занимает примерно от 2 до 4 недель. Сначала изготавливается специальная форма (матрица) из искусственного материала, точно повторяющая форму монокока. Такая форма затем покрывается карбоновым волокном, после чего сглаживается и покрывается специальным составом для форм. После этого первоначальная форма убирается, и внутри полученной модели накладывают несколько слоев карбона. Затем слои прижимаются к матрице специальным вакуумным мешком, и вся конструкция отправляется "пропекаться" в печь-автоклав. В зависимости от структуры углеволокна, связующих и стадии технологического процесса выпечка происходит при температуре 130–160С, под давлением до 6 Бар. После того, как выложен и "пропечен" последний слой углеволокна, почти готовый монокок соединяется для жесткости с алюминиевой сотовой конструкцией, половинки монокока складываются, и он снова "пропекается" в автоклаве.

Поделиться: