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與公路上普通汽車相比，現(xiàn)代一級(jí)方程式賽車和噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)有更多的相似之處。空氣動(dòng)力學(xué)是賽車運(yùn)動(dòng)中致勝的關(guān)鍵，每年車隊(duì)們都會(huì)投入幾千萬(wàn)美元用于這方面的研發(fā)。氣動(dòng)設(shè)計(jì)師有兩個(gè)首要關(guān)注點(diǎn)：第一，制造下壓力使賽車輪胎更貼近賽道地面，同時(shí)提升轉(zhuǎn)彎能力；第二，將由空氣渦流引起、使車速減慢的空氣阻力降低至最小。



20世紀(jì)60年代，一些車隊(duì)開始嘗試現(xiàn)在我們熟知的車側(cè)翼實(shí)驗(yàn)。賽車側(cè)翼與飛機(jī)機(jī)翼的運(yùn)轉(zhuǎn)法則完全相同，只不過(guò)方向剛好相反。根據(jù)伯努利定律，氣流流經(jīng)翼型上下表面的距離不同，機(jī)翼上下的氣流速度也不同，導(dǎo)致壓強(qiáng)不同。因?yàn)樯舷聣毫σ３制胶猓瑱C(jī)翼就會(huì)向壓力小的方向運(yùn)動(dòng)。飛機(jī)就是利用機(jī)翼起飛，賽車用它的側(cè)翼產(chǎn)生下壓力。

正因?yàn)榭諝鈩?dòng)力的下壓力存在，一部現(xiàn)代一級(jí)方程式賽車在側(cè)面可以產(chǎn)生3.5g的轉(zhuǎn)向加速度，這個(gè)大小是其車身重量的3.5倍。方程式賽車的氣動(dòng)升力系數(shù)可以達(dá)到-2.0到-3.0這個(gè)水平，理論上講，賽車的下壓力可以讓賽車高速時(shí)，貼著房屋頂部行駛。早期試驗(yàn)中使用的可移動(dòng)的車翼和單點(diǎn)懸掛造成過(guò)幾起極為嚴(yán)重的事故，因此1970年賽季引入了車翼大小和位置的限制規(guī)定。隨著時(shí)間推移，這些規(guī)定直到今天仍然大面積適用。



產(chǎn)生足夠下壓力的尾翼

20世紀(jì)70年代中期，人們發(fā)現(xiàn)了“地面效應(yīng)”可以來(lái)產(chǎn)生下壓力。蓮花公司的工程師發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在賽車的底面安裝巨大的車翼可以使車子像翅膀一樣運(yùn)動(dòng)同時(shí)又緊貼地面。源于這一想法最典型的例子是戈登?墨里設(shè)計(jì)的布拉漢姆BT46B，這部車加裝冷卻風(fēng)扇抽取車身裙角處的空氣以增加巨大的下壓力。




在其它車隊(duì)技術(shù)革新后，這部車僅在賽場(chǎng)上出現(xiàn)一次之后便銷聲匿跡了。根據(jù)“地面效應(yīng)”的成效，規(guī)則也跟著不斷改變。起先，禁止在車身裙角處控制低壓區(qū)域。之后，對(duì)階形地板提出要求標(biāo)準(zhǔn)。盡管大部分車隊(duì)的氣動(dòng)部門在使用全輪廓風(fēng)洞和大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一級(jí)方程式空氣動(dòng)力學(xué)的基本原則依然適用——針對(duì)極小的空氣阻力都要最大可能的增加下壓力。

前鼻翼的設(shè)計(jì)

最早的前后翼根據(jù)賽道下壓力的差別有不同的外形。摩納哥狹窄而平緩的賽道需要外形攻擊性強(qiáng)的車翼，你能看見車行駛時(shí)可以使后翼的兩個(gè)葉片分開旋轉(zhuǎn)（競(jìng)賽規(guī)則里一部賽車最多兩個(gè)車翼）。反之，在蒙扎的高速賽道上，賽車則最好都拆掉車翼，以保證在筆直的賽道上減少空氣阻力提高車速。

現(xiàn)代一級(jí)方程式賽車外形的每一處，從懸掛的形狀到車手頭盔的設(shè)計(jì)都充分利用了空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。與身體分隔的紊亂的空氣產(chǎn)生渦流進(jìn)而造成空氣阻力，使得車速下降。觀察現(xiàn)代賽車，你會(huì)發(fā)現(xiàn)人們會(huì)花主要的精力增加下壓力減少空氣阻力。

從垂直的底板與車翼相匹配以防止渦流的形成到尾部散氣板安裝位置降低，以此平衡車底部高速氣流的壓力，避免車尾部低氣壓團(tuán)的形成，這些設(shè)計(jì)安裝無(wú)不體現(xiàn)了這一點(diǎn)。盡管如此，設(shè)計(jì)師也不能讓賽車過(guò)于光滑，因?yàn)檫m量的空氣有助于驅(qū)散現(xiàn)代一級(jí)方程式賽車發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的巨大熱量。



側(cè)面的空氣動(dòng)力學(xué)套件

近年來(lái)，大部分F1車隊(duì)嘗試模仿法拉利的“細(xì)腰”設(shè)計(jì)——車的尾部盡可能的更窄更低。這種設(shè)計(jì)可以減少空氣阻力，又可以最大限度的為車后翼提供足量的空氣。車側(cè)面的擋風(fēng)板還可以改變氣流形狀，將渦流空氣量降低至最小。2005年修訂后的比賽規(guī)則迫使空氣動(dòng)力學(xué)家們更加別出心裁。為了限速，國(guó)際汽車聯(lián)合會(huì)通過(guò)提升前翼，后翼前推，后擾流板修改的方式，消減了大量下壓力。設(shè)計(jì)師們很快又采取各種復(fù)雜而新奇的方式彌補(bǔ)了下壓力大量減少的損失，比如邁凱輪MP4-20上使用的像牛角一樣的翼稍小翼。

后面的空氣動(dòng)力學(xué)套件



根據(jù)國(guó)際汽車聯(lián)合會(huì)2009年采用的更加嚴(yán)厲的政策，大部分的這些創(chuàng)新實(shí)際上違規(guī)了。規(guī)則的改變是為了方便超車。新的規(guī)則將車引入了一個(gè)新的階段——前翼更低更寬，后翼更高更窄，軀體更加“簡(jiǎn)潔干凈”。也許最有趣的改變是“可調(diào)節(jié)的空氣動(dòng)力學(xué)套件”的推行后，車手可以在賽道上比賽時(shí)對(duì)前翼進(jìn)行有限度的調(diào)整。