F1赛车原理

• 发布时间：2022-01-05 09:11:22 作者：Anita

虽然一级方程式赛车是一种高速汽车，但在机械概念上却较接近喷射机，而非家庭房车。它们巨大的双翼不但具用商业广告牌的作用，同时还可以产生至关重要的「下压力」。这种空气动力会使流经汽车上方的气流将车身向下压，使车子紧贴在车道上。相反地，飞机则是利用巨大的双翼产生「上升力」。 将车身压在车道上可使轮胎获得更大的抓地力，进而在弯道时产生更快的加速度。由于一般普通房车没有下压力，因此甚至无法产生1G（一...

虽然一级方程式赛车是一种高速汽车，但在机械概念上却较接近喷射机，而非家庭房车。它们巨大的双翼不但具用商业广告牌的作用，同时还可以产生至关重要的「下压力」。这种空气动力会使流经汽车上方的气流将车身向下压，使车子紧贴在车道上。相反地，飞机则是利用巨大的双翼产生「上升力」。 将车身压在车道上可使轮胎获得更大的抓地力，进而在弯道时产生更快的加速度。由于一般普通房车没有下压力，因此甚至无法产生1G（一个重力单位）转弯力。一级方程式赛车能产生4个G的转弯力。 在时速230公里时的状况下，F1赛车上方气流产生的下压力足以使它在隧道里沿着隧道的顶部行走。 在设计当今一级方程式赛车的过程中，扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战：如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。这正是汽车必须克服的问题。 在汽车空气动力设计的过程中，风洞扮演着重要的角色。进行风洞实验时，通常先制作一半体积的模型，而风洞就像一个巨大的吹风机，将空气吹向静止的模型。 虽然这个吹风机的价格非常昂贵，但美洲虎车队仍然编列四千九百万美元的预算，将在该车队新建的银石（Silverstone）工厂建造一个风洞。 空气动力可以根据不同赛车场的特征而调整。较直的跑道需要较低的下压力设定值，如此可减少阻力，并且有助于赛车提高极速。较曲折的车道需要较高的下压力设定值，如此可令赛车的极速降低。例如，在曲折的霍根海姆车道上，赛车很难达到300km/h的速度，但在蒙扎车道上，车速可以超过350km/h。部现代的F1赛车与一架飞机有许多共通之处，就如它与一辆普通汽车的相通处一样多。空气动力学已成这项运动成功的关键所在，因此各个车队每年要在这个环节的研发上花费几千万美圆。空气动力学设计师有两个基本的任务：一是如何获得下压力，来帮助是赛车轮胎抓住赛道并提升转向力；二是把因气流和启动引起的使赛车减慢的阻力减到最小。许多车队从60年代后期开始了对类似现行的定风翼的测试。赛车定风翼的工作原理与飞机定风翼几乎一样，只是倒置而已。空气以不同的流速通过两侧的定风翼（必须流经不同的外形、距离），由此产生了压力的差异，被称为伯努力原理。由于这压力需要平衡，定风翼就要向低压的方向移动。飞机利用两翼产生上升力，而赛车则依靠其产生下压力。因为有了空气动力学下压力，一部现代的F1赛车能产生3.5g的侧向转向力（相当于其自身重量的3.5倍）。这意味着，理论上来说高速行驶时，它们能够上下颠倒地被驾驶。早期对可移动定风翼等的试验导致了一些重大事故的发生，因此在1970赛季出台规定，限制了定风翼的大小和位置。经过长久以来的发展，那些规则很大程度上沿用至今。在70年代中期，地面效应下压力被发现。莲花车队的工程师发现，若在赛车底部装上帮助它黏住地面的巨型风扇，整部车就能向机翼一般工作。这种设想最终的实例是布拉汉姆车队（Brabham）的BT468，由Gordon M urray设计，其中实际上用了一架风扇从赛车底部的裙脚部分排出空气，以便产生巨大的下压力。但这项技术在一场分站比赛后因受到其他车队的技术挑战而退出舞台。并且后来改动的规则限制了对地面效应的利用--先是对容纳低压区域的裙脚的禁令，之后是对stepped floor（？）的要求。尽管完整的风洞和强大的计算机被大多数车队的空气动力学部门利用，F1的基本原理依然适用：力求最大的下压力和最小的阻碍力。根据各条赛道的不同下压力需求，前后定风翼被调整到不同的角度安装。每辆F1赛车的外表，从悬挂系统到车手头盔的形状，都将空气动力学的作用考虑在内。从车身被分流扰乱的空气，产生了气流，气流则导致了减慢赛车的阻力。观察一下近年来的赛车你会发现，在减少阻力上所花费的精力并不比在提升下压力方面的少--从防止旋涡形成而安装在定风翼上的汽车底盘，到后部低置的扩散板。这些都帮助再次平衡从底部通过赛车的高速气流产生的压力，否则便会在尾部有类似于低压气球阻碍赛车。除了以上这些，设计师也要注意不能让赛车太容易打滑，同时又必须保证充足的空气流动，帮助散发赛车引擎产生的巨大热量。近来的大多F1车队都试图效仿法拉利车队的窄腰设计，将赛车尾部制造得尽量窄而低。这样可以减小阻力并把尾翼得到的空气量提高到最大。 2005年修订起用的规则迫使空气动力学专家们必须有更创新的理念。在一个减速的条款中，FIA（国际汽联）通过提高前鼻翼，把尾翼前移，更改后部扩散板等措施使赛车失去一大部分下压力。但设计师们运用大量复杂而新颖的手段很快弥补了这些损失，例如麦克拉伦

一辆赛车从概念设计到制作完成需要25万小时的工作；　　顶级F1车队制造赛车过程中，需要生产数目惊人的零件，比如宝马―威廉姆斯车队 　　在12个月中生产了大约20万个零件；　　F1赛车可以在2.5秒内从0加速到100公里／小时，在5秒钟内达到200公里／小时；　　F1赛车可以在7秒钟内从0加速到200公里／小时后减速到0；　　F1赛车有很强的制动特性，可以在1.9秒钟内从200公里／小时减速到0，刹车距离为55米；　　使一辆赛车从315公里／小时减到185公里／小时所需要的能量，相当于让一头大象往上跳10米的能量；　　F1车手在比赛期间大约要换档2600次，宝马车队曾经统计过在大奖赛期间一台引擎大约要点火8百万次；　　比赛中，F1排气管处的温度可以达到800摄氏度；　　每次比赛结束后，F1赛车底盘需要拆开，并进行200多项内容的检查；　　一台3升10缸的引擎，重量低于100公斤；06年开始用8缸的引擎　　在F1比赛期间，一名车手失去大约600卡路里的热量。　　　2004年威廉姆斯赛车搭载V10引擎的马力达到了接近1000匹，在意大利蒙扎赛道跑出了369.7km/h的赛道极速记录，2005年本田车队先在莫哈韦沙漠机场跑出了415KM/h，接着在美国巴纳维亚盐滩跑出超过400km/h的极速，并且得到官方认证，2006年迈凯伦―本驰赛车引擎突破20000转...后来由于国际汽联对赛车规则改革，先今F1赛车的极速受到了限制。 06年开始用8缸的引擎为了具备100%的竞赛能力，必须对F1赛车进行仔细的调整或“调试”，以适应赛场的特点。 　　每换到一条跑道或每次遇到天气变化时，都要重新调试赛车。一些准备工作可以根据以往对场地取得的经验，在以前的赛季中记录的数据和计算机模拟的结果，事先在基地进行，但总是要在跑道上精心地调试一次。调试赛车是一项技术性工作，需要调整的部位，有时是这几个，有时是那几个，变化几乎是无穷的，而且几乎所有的发动机和车架的部件都可以调整到适应每一条跑道的特定要求。　　F1赛车所有的东西都可调整：从转向盘到发动机，从踏板到车轮角度，从离地间隙到空阻系数，F1赛车上的大部分零件都是可调的。那些不可调的零件可以更换!一般来说，在试车期间，车手每次出去转三圈，每转完一次就停在修理站内与他的工程师交谈。所有调整情况都要仔细的观察到，试车期过后，将发现的问题与用遥测技术打印出的数据进行比较。　　离地间隙：赛车的离地间隙会影响前后轮的协调状况(不足转向或过度转向)，并且可以用改变拉杆长度的方法进行调整。　　雨天和晴天的调整不一样：在雨天，对制动器和牵引力的要求最严格，而且要使功率在路面上得到充分的发挥。赛车一般跑得很快，但要将制动器和发动机的冷风通道全部或局部地盖住，使这些装置能更快地达到理想的工作温度。 　　干燥天气时：离地间隙10毫米左右，用小翼板以减少阻力，硬弹簧，低轮胎压力，发动机冷风通道完全打开，使发动机保持理想的工作温度，制动器的冷风通道完全打开，以冷却制动盘。 　　潮湿天气时：离地间隙比干燥天气时高一点以适应雨季对轮胎本身加大的路程，加大翼板以提高向下的压力，使用软弹簧，较高的轮胎压力，部分阻挡发动机的冷风通道以帮助发动机达到理想工作温度，制动器管道被盖上以减弱对制动盘的冷却效果。　　制动器的冷风通道：到达制动器处的冷却空气的多少会影响他们的温度，从而影响他们的效率。今天的不墨制动器在350～500摄氏度的温度下效率最高。