F1赛车空气动力学

F1赛车空气动力学

　　在F1中，空气动力学研究的核心目的是在保证赛车获得足够下压力的情况下拥有最小的空气阻力，以提高赛车的速度和高速行驶的稳定性，所有为空气动力学服务的部件被称为空气动力学套件。

　　据专家统计，目前F1车队在空气动力学上的花费已占到其整个车队年度预算的15%，是仅次于发动机研发的第二大支出项目。在这一笔巨大花费中，其中相当部分投资于风洞建造和测试。风洞 (Wind Tunnel)是一个大型隧道或管道，在管道的中间，安装有一台巨型电扇，它可产生强劲的力流，经格栅等装置整理减少涡流后送入实验段，吹动放置在其中的实验模型。

    随着风洞测试能力的增强和计算机仿真手段的出现，近年的F1赛车上采用了大量的空气动力学装置。最明显的就是在赛车的前部和后部安装着一排排的定风翼，这些定风翼起到扰流板的作用，能产生下压力，但同时又会产生气动阻力。

　　前定风翼大约提供了赛车总下压力的25%，后定风翼可提供总下压力的约1／3。前后定风翼包含了许多元件，风翼的角度都是独立可调的。在最外端，定风翼与纵向端板相接，最大限度导引气流，防止气流从风翼末端溢出而降低效率。

    最简单的发明通常是最好的。60年代晚期，当导流翼出现在F1运动中时，空气动力学的角色变得空前重要起来。这种装备的作用是提高下压力和附着力，从而使车子转弯时打转的可能性减小，速度更快。虽然数年来导流翼的开头有所变化，但它一直被F1赛车所采用。其实这一技术早就被应用于航空领域。飞机用翅膀来获取升力，F1赛车则正好相反：它需要的是负升力，也就是下压力；这是通过把机翼状的导流板颠倒安装来实现的。从侧面看，导流板也是平的一端朝前，但与飞机翅膀不同的是其后端朝上撅起成曲线形，这样气流通过时就会把它朝下压。

　　不同赛道有不同空气动力学要求，一般直道短、弯道多的所谓低速赛道需要有较高下压力，如摩纳哥的蒙特卡洛赛道，需要将定风翼的角度调大一些；而一些拥有长直道的高速赛道，如意大利的蒙扎赛道，为了减少在直道上的气动阻力，则需要较小的定风翼角度。但实际上，大量的F1赛道并非能简单归类为低速或高速赛道，新建的赛道往往都是混合型赛道，同时具备慢弯、高速弯和长直道，定风翼的调整需要和试车数据紧密结合起来。

　　赛车的底板同样也是重要的空气动力学装置，它是将碳纤维板直接安装在底盘下部。底板和赛车后定风翼下方的扩散器之间的关系非常关键，向上翘起的扩散器增加了赛车底板和跑道面的距离，降低了那个部位空气流动的速度，就相当于在一个河流变宽的时候，减低了水流的速度。

　　降低赛车速度必须降低下压力，国际汽联近几年来对前定风翼高度、后定风翼的位置、底板尺寸等进行了严格限制，尤其是2005赛季的规则使得使F1赛车下压力减少了近20%，果然05赛季初的平均单圈成绩比2004赛季相应增加了2-3秒。

　　其他F1赛车空气动力学装置还包括装在车身上的各种导流板和翼板等，这些装置的作用主要用于疏导气流，如在前轮后部的导流板是为了梳理车轮后部产生的乱流，使其平顺进入赛车侧箱的散热器口，提高冷却效率。

    赛车工程师经常在最大下压力和最小风阻两方面做出权衡，这一权衡视不同的赛道而定。像摩纳哥和匈牙利这样多弯的赛道对下压力的需求最大，最小的则是直道最长的蒙扎。在那里比赛时技师们会把前翼向后倾斜，减少车头的受力面积以降低风阻。这会使车子的过弯性能受到限制，但它在直道上所达到的空气动力效率远不止弥补于此。21世纪的F1赛车设计者们正在想方设法让导流板产生更大的下压力，同时尽量少增加风阻。这是一场永无止境的探索。