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1、F1战车空气动力学浅析F1战车空气动力学:与飞机不一样的翅膀了解飞机原理的人都知道，飞机能飞上天全都因为其在起飞加速过程中产生的升力，将其送上蓝天，而从飞机诞生之日起一门新的科学也随之诞生了，这就是空气动力学。与飞机不同的是，F1赛车对于空气动力学应用的追求是完全反向的，为了防备赛车在高速行驶中飞起来，需要通过一些空气动力学部件给赛车一定下压力，同时为赛车提供抓地力，而F1赛车也有了自己的翅膀-前定风翼和后定风翼以及其他空气动力学部件。空气动力学在F1赛车上的应用主要体现在两个方面:一是让定风翼产生的下压力为轮胎提供足够的抓地力，另一个则是尽量减少赛车行驶中的空气阻力。在早年的F1比赛中，赛车
2、与普通汽车看起来差别不大，但自从空气动力学引进后，F1赛车开始出现了显著变化，首先就是定风翼的产生。定风翼的基本工作原理其实与我们所看到的一架普通飞机的机翼是一样的，最大的区别在于当飞机机翼因为飞机提速而产生足够升力时，赛车定风翼则将机翼的升力工作原理进行倒置。反向安装的前、后定风翼将会使空气产生下降的力量，一般我们将其称为下压力，以保证高速行进中的赛车抓住地面不会引起大幅摆动甚至是漂浮乃至侧翻。一辆F1赛车的定风翼能产生相当于赛车重量3.5倍的下压力。上世纪60年代，定风翼开始应用于F1赛车上，导致F1赛车的速度普遍得到提高，但由于各个车队在定风翼的使用上缺乏足够的安全保障，随之而来的是事故
3、的增加，于是1970年F1规则对于定风翼的尺寸和应用作出了限制，这种限制一直持续到现在。赛车定风翼处于不同角度下产生的下压力是各不相同的，而前后翼的角度和赛道有直接的关系，因为空气的阻力和下压力是成反比例的，如果定风翼角度小，那么赛车的空气阻力就小，最高速度就大，但是赛车缺乏下压力和稳定性;相反，如果定风翼角度大，那么赛车的阻力就大，最高速度受影响，但是赛车在弯道的抓地力就强。F1风洞巨型风扇的功率可以达到令人汗颜的3兆瓦在F1领域，落后1/10秒就可能和胜利失之交臂，这没有任何值得惊讶的。因此为了达到提高赛车速度的目的，车队不会放过任何一个可以挖掘潜能的方面和机会;所以车队对于赛车的空气动力
4、学套件无休止进行精雕细琢也就不足为奇了。在霍根海姆和其他的任何一条赛道都一样，F1赛车的竞争力不仅仅基于引擎和传动系统的表现，空气动力学套件的效率同样至关重要。如果赛车在某条赛道的空气动力学套件有问题，他就不可能在这里赢得比赛。威廉姆斯车队的总设计师加文-费舍尔(GavinFisher)如是说。对于F1而言，时间就是金钱，同时时间也需要耗费金钱。据专家统计:目前F1车队在空气动力学开发上的花费已占到整个车队年度预算的15%，现在唯一能超过这笔费用开支的只剩下引擎开发了。新建一个全新的F1风洞至少需要花费4500万欧元。但尽管如此，如今的大多数F1车队还是在几年前便修建了属于自己的风洞。威廉姆斯
5、车队设在英格兰格洛威(Grove)的总部，便拥有一个极其现代的私人风洞，它是目前各大车队中现代化程度最高的风洞之一。威廉姆斯赛车研发三巨头:费舍尔、米歇尔和特尔兹威廉姆斯车队的工程主管帕特里克-海德(PatrickHead)表示:即便F1规则在不断的变化，但是空气动力学对于F1赛车而言都是最为重要的因素之一。现代风洞的主要作用是将赛车模型放在内部的钢铁传送带上模拟赛车在路面上的各种情况。通过对采集到的数据进行综合分析，可以准确地检测到赛车在路面上受到各种因素干扰时的状况。威廉姆斯车队的空气动力学主管安东尼亚-特尔兹(AntoniaTerzi)认为:这种模拟可以将赛车空气动力学部件的精度提高30
6、%。F1风洞最引人瞩目的可能就是其巨大的碳纤维风扇了，它的极限转速可以达到600转/分，其驱动引擎的峰值功率更是可以达到令人汗颜的3兆瓦，即4000匹马力左右，这相当于4台主战坦克所提供的动力之和。如此强大的动力其带来的实际效果将时怎样的呢?答案是能在30秒内将静止的空气加速到300公里/小时。此时托起赛车模型的传送带的作用则是模拟赛车在比赛中的各种路况和车身姿态，最大限度保证模拟的真实性和有效性。当进行空气动力学测试时，技师们的视点将放在三个方面:下压力、阻力和灵敏性(敏感度)。巨大的下压力可以提高赛车的过弯极限，但是在理想状态下，下压力的增加不应当带来赛车阻力的增加，但是不可避免的却会牺牲
7、赛车的部分极速。赛车的空气动力学灵敏性(敏感度)则是指赛车的状态性能对于空气动力学环境改变时自身变化的强弱，例如由不平整的赛道路面带来的赛车翼片以及底盘和路面距离之间的频繁变化时，赛车性能所受到的干预强弱。F1风洞的天职是开发出最佳效能的空气动力套件现代化的新风洞-例如威廉姆斯车队的第二风洞，将使车队有条件对1:1的模型上进行模拟测试。这对于车队而言将是一项巨大的优势，因为目前大多数车队仍只能进行50%60%比例的模型模拟测试。使用1:1模型进行模拟试验的优势是更有利于车队计算某一个赛车部件在相应的气流状况下的真实状况。而风洞试验室的另一种模拟测试是将两个类似的小模型放在一起:将一个放在另一个
8、的后面。这种模拟测试是为测试赛车在比赛中处于其他赛车后部时所遇到的气流状况。两个赛车模型的高度和距离可以通过外部遥感来进行控制，精度可以达到惊人的0.01毫米。为了保证始终走在全球激烈的市场竞争的前端，世界各大汽车制造商都拥有自己的风洞。尽管根据目前的电脑技术水准，已经可以对越来越多的赛道状况进行计算机模拟测试。但是精确的风洞测试在车辆空气动力学的研发上仍然占据着不可替代的地位。而人们对于民用车辆的空气动力学研发也不仅仅只是为了降低空气阻力和降低油耗，比如降低汽车行驶的风噪也是其中的目的之一。威廉姆斯本赛季启用的第二风洞可以进行1:1的模拟测试在F1领域空气动力学发展的速度有多高，可以在威廉姆
9、斯FW26上找到答案。举例说明:在摩纳哥大奖赛后的周一，威廉姆斯车队技术总监萨姆-米歇尔(SamMichael)便赋予了车队工作人员新的职责:改进赛车若干处空气动力学套件，其中包括侧箱、侧箱冷却气流入口、散热器、引擎盖、排气管导流罩和侧箱小翼等等。但到四站之后的法国大奖赛，赛车新的空气动力学套件的改建工作又开始展开，如果没有风洞，这所有的一切都是不可能完成的。为了达到这些改进目的，威廉姆斯车队风洞工作室的工作人员花费的时间长达500个小时之久。据专业人士统计，每年每支车队在风洞实验室内度过的时间长达8000个小时。为了对某个部件的改进，通常会制定两套甚至三套工作程序轮番进行对比研究，直至最后达成最佳成果。威廉姆斯车队的总设计师加文-费舍尔(GavinFisher)表示:风洞为我们不断改进赛车提供了最大的可能，没有风洞一切都免谈。
