Halo: o polêmico sistema que salva vidas

O recente acidente de Romain Grosjean no GP do Bahrein reacendeu a discussão sobre o sistema AFP-Halo (Additional Frontal Protection – proteção frontal adicional), com o próprio piloto, até então crítico do sistema, admitindo ter mudado de opinião após o sistema ter sido um dos principais fatores para que o francês não sofresse ferimentos mais sérios. Tema polêmico entre pilotos e amantes de automobilismo, originalmente o Halo surgiu como resultado de um estudo conduzido pela FIA desde 2011, para melhorar a proteção aos pilotos.

Conceito e desenvolvimento

O primeiro objetivo do projeto do HALO foi criar um sistema capaz proteger completamente contra o impacto de um conjunto pneu + roda se movendo a uma velocidade de 225 km/h, após o terrível acidente que ceifou a vida do piloto Henry Surtees em 2009 durante uma prova de Fórmula 2.

Definido esse objetivo, diversas soluções diferentes foram testadas, incluindo um protótipo já bem próximo do design final do Halo.

Após essa fase exploratória, três conceitos foram estudados com maior profundidade pela FIA em conjunto com as equipes e pilotos de Fórmula 1:

  • Halo: consistindo em uma estrutura em V fabricada em titânio;
  • Aeroscreen: consiste em um “para-brisas” fabricado de Opticor, um polímero transparente alta resistência desenvolvido pela PPG para aplicações aeronáuticas, e suportado internamente por uma estrutura similar à do Halo;
  • Shield: similar ao Aeroscreen, porém sem a estrutura interna em titânio.

Além disso, a equipe técnica da Comissão de Segurança da FIA aproveitou a oportunidade para estudar diversos acidentes do tipo carro-com-carro, carro-com-ambiente, e carro-com-fragmentos foram avaliados, tanto com o objetivo de refinar os projetos quanto para validar o impacto positivo sobre a segurança.

Pilotos também testaram os três sistemas durantes os treinos livres de etapas das temporadas de 2016 e 2017, para avaliar o impacto sobre temas relevantes à direção como visibilidade e temperatura do cockpit. Durante a avaliação a comissão técnica avaliou que o Aeroscreen ainda não havia atingido o nível de desempenho desejado, enquanto o Shield gerou uma reclamação dos pilotos devido a distorção de visão.

Halo sendo testado pela primeira vez em Barcelona. Fonte: Max F1.
Teste realizado com o sistema Shield. Fonte: Formula 1.
Aeroscreen sendo testado. Fonte: Motorsport.com.

Em paralelo, a FIA realizou uma série de simulações baseadas nos acidentes selecionados, modificando parâmetros como a posição e ângulo de encontro. Esses testes demonstraram que o emprego do Halo teria um efeito benéfico caso o sistema estivesse presente nos diversos acidentes estudados (à exceção do acidente de Jules Bianchi, onde as cargas envolvidas eram muito superiores à capacidade de proteção do Halo), com o principal ponto fraco do sistema sendo a proteção contra pequenos objetos, como no acidente sofrido por Felipe Massa em 2009.

Dessa forma, no final de 2017 a FIA em conjunto com as equipes e pilotos de F1 determinou que o Halo se tornaria obrigatório na categoria a partir de 2018, sendo regulamento pela norma 8869-2018, que especifica dois tipos de sistema: o tipo TI, construído em liga de titânio Ti6Al4V Grade 5 e aplicado aos monopostos de Fórmula 1, Fórmula 2 e Fórmula E, e o tipo STL, construído em uma das ligas de aço aprovadas pela FIA para as categorias da base como a Fórmula 4.

Para fins de homologação, ambos os modelos devem passar por dois testes onde cargas de até 125kN são aplicadas frontalmente e lateralmente ao HALO. Durante os testes a carga é aplicada por 30 segundos e a deformação sob carregamento não pode ultrapassar 17,5 mm, enquanto a deformação residual após a retirada da carga não pode ser superior a 3 mm. A principal diferença entre os modelos está no peso (7 kg +0,05 kg / -0,15 kg para o HaloTI e 13,5 kg ± 0,5 kg para o HaloSTL) e custo (cerca de 15 mil Euros para o modelo TI e 3 mil Euros para o modelo STL, ambos com homologação da FIA). 

Dispositivo de teste do Halo. Fonte: Norma FIA 8869-2018.

Na época, outro desafio enfrentado pelas equipes de F1 foi o de integrar o Halo ao chassi do carro, com as equipes enfrentando desafios principalmente com os dois pontos de fixação traseiros devido ao design do monocoque dos monopostos, resultando em um aumento de peso do chassi na ordem de 12-13 kg para garantir um nível de resistência adequado para trabalhar em conjunto com o Halo.

Diferentes tipos de suporte adotados pelas equipes quando o HALO foi introduzido na F1. Fonte: Race Car Engineering.

Posteriormente o sistema foi estendido para as demais categorias da escada de desenvolvimento da FIA (Fórmula E, Fórmula 2, Fórmula 3 e Fórmula 4). Além disso, categorias como a Super Formula japonesa e S5000 australiana também adotaram o Halo à partir de 2019.

Monoposto da Super Formula equipado com o Halo. Fonte: World of Motorsport.
Rubens Barrichello testa o monoposto da S5000 australiana. Fonte: Racing Online.

Desde sua implementação, o Halo mostrou ser capaz de proteger a vida de pilotos em acidentes extremos, como o acidente envolvendo Charles Leclerc e Fernando Alonso no GP da Bélgica de 2018:

Nesse acidente a suspensão traseira do McLaren de Alonso chegou a quebrar durante o contato com o Halo, o que permitiu a equipe técnica da FIA estimar que a carga resultante foi da ordem de 56 kN. Após o acidente o Halo do carro de Leclerc foi desmontado e inspecionado pela Sauber, demonstrando sua integridade já que nenhuma trinca ou fissura foi encontrada.

Processo produtivo do HALO-TI

O Halo é composto por 5 componentes:

3.1 – Arco principal: o arco principal é composto por dois tubos dobrados e soldados em C. Segundo o fabricante inglês SS Tube Technology (um dos três atualmente homologados pela FIA para fornecer o HALO-TI), os tubos que compõe o arco principal são usinados a partir de um bloco sólido, que é furado e usinado na forma de um tubo, processo escolhido para atender as tolerâncias definidas pela FIA para diâmetro interno e externo. Posteriormente, os tubos são conformados e recebem uma usinagem final para garantir a dimensão final.

Estrutura completa do Halo antes da pintura. Podemos notar o arco principal produzido à partir de uma estrutura bipartida. Fonte: Engineering.com.

Inicialmente a empresa britância SS Tube Technologies tentou produzir o arco como um tubo único dobrado a 180º, porém manter as tolerâncias de posição entre os suportes traseiros tornaram o processo inviável. Mesmo com os tubos bipartidos, a velocidade de dobramento precisa ser relativamente lenta e constante, ao ponto do fabricante inglês ter optado realizar o processo utilizando uma dobradora CNC elétrica. Mais ainda, os tubos precisam ser dobrados à um ângulo bem maior do que o desejado, pois o titânio tende a retomar boa parte da deformação aplicada.

Processo de dobra CNC dos tubos que compõe o Halo. Fonte: Race Car Engineering.

3.2 – Suportes traseiros: são componentes também usinados a partir de um bloco titânio e soldados ao arco principal que servem de ponto de ancoragem do HALO ao chassi.

Pilar central do halo sendo usinado. Fonte: Race Car Engineering.

3.3 / 3.4 – Pilar central e transição em V: outro componente crítico é o pilar central, que é desbastado em um centro de usinagem de 3 eixos e tem o acabamento realizado em uma máquina de cinco eixos, processo que demora 40 horas de trabalho no total.

3.5 – Suporte frontal: também usinado, com a função de fixar o HALO à parte dianteira do chassi.

Processo de solda da estrutura do Halo-Ti. Fonte: FIA.

Os componentes então são soldados em uma câmara com ambiente controlado, evitando a interferência de contaminantes no cordão de solda, para uma maior integridade estrutural. O conjunto passa então por um processo de usinagem final para garantir que esteja dentro das tolerâncias estabelecidas, e o componente final passa então por um tratamento térmico. Em seguida cada componente produzido deve passar por uma série de ensaios não destrutivos como testes de raio X e ensaios por liquido penetrante, além de um controle dimensional e de massa.

O HALO no Brasil

No Brasil, o protótipo MRX da Metalmoro estreou o sistema na última etapa da temporada 2019 do Império Endurance Brasil. Quase que simultaneamente, duas categorias adotaram o equipamento durante a temporada 2020: a Endurance Brasil, que tornou o item obrigatório para protótipos de cockpit aberto e a Fórmula Delta, que adotou o item como parte integral do design do Minelli M4 no seu ano de estreia.

Como referência deixamos a imagem acima, enquanto abaixo podemos identificar algumas diferenças nos sistemas empregados pelas duas categorias em relação àqueles utilizados pela F1 e outras categorias FIA.

Nos sistemas empregados pela Endurance Brasil, os suportes laterais (1) normalmente são fixados verticalmente à lateral do santantonio, em contraste à fixação utilizada nas categorias FIA onde o suporte é fixado horizontalmente à lateral do cockpit. O pilar central é soldado ao suporte dianteiro (2), fixado ao chassi.

De acordo com o regulamento do brasileiro de Endurance o Halo deve ser fornecido pela Metalmoro, e desde então tem sido instalado em diversos modelos de protótipos: além do MRX que são maioria no grid, o sistema já foi empregado nos seguintes carros: Tubarão IX, MCR P2, Roco e H1R, demandando adaptações específicas para cada dimensão de cockpit e geometria de santantonio, e resultando em soluções esteticamente bem variadas.

Já o sistema utilizado pelos monopostos da Fórmula Delta tem o pilar central preso ao chassi através de um sistema similar ao utilizado pela F1 (3), enquanto a fixação é feita em posição lateral ao cockpit, também similar à dos monopostos da FIA porém através de dois eixos (4) que permitem que o HALO seja escamoteado, liberando o acesso ao cockpit (ver imagem abaixo).

Sistemas alternativos

Testes realizados pela Indy Car com o Aeroscreen na pré-temporada 2020. Fonte: Driven.

O principal sistema alternativo ao Halo atualmente é o Aeroscreen, adotado pela Indy desde 2020. Como vantagem, o sistema possui proteção aumentada contra pequenos detritos devido ao “pára-brisas”, enquanto a proteção contra impactos de grande dimensão é similar à do Halo, já que a estrutura de suporte é muito similar ao próprio Halo. Como pontos negativos, ainda permanecem as reclamações quanto à distorção de visão e principalmente de calor excessivo do cockpit durante as provas em regiões mais quentes.

Revolution A-One equipado com o “double halo”. Segundo o fabricante, o sistema adiciona apenas 2 kg ao peso do protótipo. Fonte: Revolution Race Cars.

Outra solução inspirada pelo Halo é o “double halo” criado pela fabricante inglesa Revolution Race Cars para seu protótipo A-One. A estrutura é construída na liga ROPT510, especialmente desenvolvida pelo fabricante Proformance Metals para aplicação em componentes estruturais de veículos de competição, excedendo os requisitos solicitados pela FIA. Segundo a Revolution, o design do “double halo” excede os requisitos determinados pelo Artigo 277 do Anexo J da FIA, para veículos do tipo Fórmula Libre.

Conteúdo adicional

Recomendamos os seguintes materiais adicionais para aqueles que desejarem conhecer mais a fundo o Halo e suas características:

Deixamos abaixo também uma playlist com os acidentes avaliados pela FIA durante o desenvolvimento do Halo. ATENÇÃO POIS CONTÉM IMAGENS FORTES.

Referências:

F1: Antes contrário ao halo, Grosjean admite que item salvou sua vida. Disponível em: https://motorsport.uol.com.br/f1/news/f1-apos-acidente-grosjean-diz-que-halo-salvou-sua-vida-no-bahrein/4918488/.

Vettel tests ‘shield’ frontal protection system at Silverstone. Disponível em: https://www.formula1.com/en/latest/article.vettel-tests-shield-frontal-protection-system-at-silverstone.2bK4Jaeh6s62esc6oOygee.html.

sebastian-vettel-ferrari-sf16h-barcelona-test-4-3-2016-halo-concept-head-protection. Disponível em: https://maxf1.net/en/sebastian-vettel-ferrari-sf16h-barcelona-test-4-3-2016-halo-concept-head-protection-2/.

Rosberg espera que “haters” superem oposição a aeroscreen. Disponível em: https://motorsport.uol.com.br/f1/news/rosberg-espera-que-haters-superem-oposicao-a-aeroscreen-733228/733228/.

Norma FIA 8869-2018. Disponível em: https://www.fia.com/sites/default/files/fia_standard_8869-2018_afp_v1.2.pdf.

Tech Explained: Formula 1 Halo. Disponível em: https://www.racecar-engineering.com/tech-explained/tech-explained-formula-1-halo/.

Treinos da Super Formula 2019 em Suzuka. Disponível em: https://womotor.wordpress.com/2019/03/05/treinos-super-formula-2019-suzuka-alex-palou-dan-ticktum-naoki-yamamoto/.

Rubens Barrichello testa carro da S5000 na Austrália. Disponível em: https://www.racingonline.com.br/noticias/rubens-barrichello-testa-carro-da-s5000-na-australia/.

SS Tube Technology. Disponível em: https://www.sstubetechnology.com/wp-content/uploads/2018/11/V28N12_Halo.pdf.

HOW TO MAKE AN F1 HALO. Disponível em: https://www.fia.com/news/how-make-f1-halo.

Halo Around the Head Protects Formula One Driver in Fiery Crash. Disponível em: https://www.engineering.com/story/halo-around-the-head-protects-formula-one-driver-in-fiery-crash.

AUTO – TECH FOR ALL. Disponível em: https://www.fia.com/news/auto-tech-all.

FOTO: Herta mostra mãos queimadas graças ao calor e aeroscreen em Indianápolis. Disponível em: https://www.grandepremio.com.br/indy/noticias/foto-herta-mostra-maos-queimadas-gracas-ao-calor-e-aeroscreen-em-indianapolis/.

Scott Dixon tests controversial new IndyCar ‘windscreen’ on track. Disponível em: https://www.driven.co.nz/motorsport/scott-dixon-tests-controversial-new-indycar-windscreen-on-track/.

Revolution launch the “double-halo” – a first for prototype race cars. Disponível em: https://revolutionracecars.com/8109-2/.

ROPT510®. Disponível em: https://proformancemetals.co.uk/ropt510/.

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