Как определяется расположение отверстий на роторе дисковых тормозов?

Полный ответ на этот вопрос, вероятно, выходит за рамки компетенции Stack Exchange, но я постараюсь хотя бы направить вас в нужное русло.

Для начала важно понять, почему в некоторых конструкциях изначально предусмотрены отверстия.

Исторически это происходило по четырём причинам:

1. Рассеивание тепла

При торможении трение между колодками и поверхностью диска выделяет большое количество тепла. Если они нагреваются слишком сильно, могут возникнуть различные проблемы — от зрелищного возгорания колодок до потенциально смертельного закипания тормозной жидкости (любой, кто когда-либо резко тормозил во время быстрой езды и сталкивался с отказом тормозов, согласится, что это НЕ весело!). Сверление отверстий в тормозном диске может улучшить его охлаждение и, следовательно, предотвратить чрезмерный нагрев.

Некоторые производители располагают отверстия по спирали, направленной наружу, — предположительно для того, чтобы улучшить теплоотдачу за счёт вращения диска в воздушном потоке. По аналогии с тем, как направленные шины отводят воду. Честно говоря, я пока не видел убедительных доказательств того, что это имеет какое-то значение, но, возможно, кто-то, кто лучше разбирается в аэродинамике и теплопередаче, сможет объяснить, как это работает.

2. Выпуск газа

Сейчас это не проблема, но раньше некоторые материалы тормозных колодок выделяли газ при нагревании. Этот газ мог скапливаться между колодкой и диском, что приводило к снижению эффективности торможения. Наличие отверстий в диске позволяло газу выходить и предотвращало эту проблему.

3. Вода

Автомобили не эксплуатируются в условиях стопроцентной сухости, и при движении под проливным дождём или по лужам часть воды может попасть на тормозной диск, что может негативно сказаться на эффективности торможения. Наличие отверстий позволяет воде легко стекать и не мешает тормозам выполнять свою функцию. В высокопроизводительных системах, где тормоза большую часть времени работают при высоких температурах, отверстия обеспечивают выход пара (как и выпуск газа в #2)

4. Вес

Тормозные диски, особенно стальные, тяжёлые, и, перефразируя Колина Чепмена, можно сказать, что «облегчение» — это проверенный временем способ сделать машину быстрее. Особенно это касается тормозных дисков, поскольку они увеличивают неподрессоренную массу, которую в гоночных автомобилях по возможности нужно уменьшать. Вы не сильно сэкономите на сверлении отверстий, но всё же сэкономите — и в автоспорте этого может быть достаточно.

А что насчёт узора?

По каждой из перечисленных выше причин вам нужно обеспечить равномерное распределение отверстий.

Нагрев. Если все отверстия сосредоточены в одной четверти поверхности диска, то эта четверть будет охлаждаться лучше, чем остальные три четверти. Это приводит к перепадам температуры по поверхности диска, что, в свою очередь, увеличивает нагрузку на металл и может привести к преждевременному выходу из строя.

Отвод газа, воды и пара — они будут скапливаться по всему диску, поэтому необходимо обеспечить отвод по всему диску.

Вес — распределение веса по вращающейся массе — сложная задача (и, вероятно, больше для физиков, чем для нас), но достаточно сказать, что неравномерное распределение веса — это плохо.

Есть и другие факторы:

Износ накладки — «пустые участки» в отверстиях не имеют такого же трения, как сама накладка, поэтому накладка не будет изнашиваться так же быстро в отверстии, как на поверхности диска. Поэтому нужно следить за тем, чтобы при каждом обороте диска на всей поверхности накладки было одинаковое количество «пустых участков», чтобы износ накладки был равномерным по всей поверхности.

Структурная целостность. К этому моменту вы, вероятно, уже знаете, почему отверстия могут быть полезны, так что чем больше, тем лучше, верно? Ну, не совсем. Сверление отверстий в диске снижает его структурную целостность. Если отверстий слишком много, они расположены слишком близко друг к другу или имеют слишком большой диаметр, это серьёзно ослабит диск и может привести к его преждевременному выходу из строя.

Эффективность торможения. Как упоминалось выше, колодки, прижимающиеся к отверстиям, не создают достаточного трения в этих местах, а именно трение создаёт тормозное усилие. Каждое отверстие уменьшает площадь торможения по сравнению с диском без отверстий, а это значит, что вам понадобится диск большего размера с более крупными колодками, чтобы восстановить ту же площадь торможения. Это дорого и увеличивает вес.

Честно говоря... этой теме можно посвятить целую книгу, но, надеюсь, это натолкнёт вас на некоторые размышления.