舒米的下巴和法拉利的鼻子 空气动力学浅析(图)


http://sports.sina.com.cn 2004年03月28日01:22 新浪体育
新浪体育讯 
舒米的下巴和法拉利的鼻子空气动力学浅析(图)

  俗话说人如其车。法拉利车队并不是按照舒马赫的下巴设计他们赛车的鼻子的。法拉利“女神号”赛车的设计更多的是出自空气动力学的原因,才形成目前其驰骋赛场的外形。

  先看一个例子:在改造前的德国霍根海姆赛道直道上,一级方程式赛车可以达到370公里的时速;而一辆波音747飞机的起飞速度在280-300公里之间。如果没有F1赛车前后翼产生的压力将赛车牢牢地按在地面上,那么法拉利早就成为了一个断了线的风筝,舒马赫也变成了长翅膀的超人。

舒米的下巴和法拉利的鼻子空气动力学浅析(图)

  F1的高速度需要轮胎尽可能的保持与跑道路面接触,这样才能让发动机产生的动力变成前进的动力。一辆一级方程式赛车在加满油的状态下车身重量大约在700公斤左右,但是车身的重量大部分集中在车后部,因此,要足够的下压力来产生足够的摩擦力,前翼、后翼和侧翼的设置成为一级方程式赛车成功的关键。

  赛车的前后翼的设置在不是每次比赛时都是一样的,前后翼的角度和赛道有直接的关系,因为空气的阻力和空气对车身向下的压力(Down-force)成反比例:如果车翼调得平,那么赛车的空气阻力就小,最高速度就大,油耗小,但是赛车缺乏稳定性;相反,如果车翼调得高,那么赛车的阻力就大,最高速度受影响,油耗大,但是赛车在弯道的稳定性就强,所以,根据赛道的不同,前后翼设置的角度也不同。一般来说,如果赛道直道长,那么就会选用平翼(例如德国霍根海姆和意大利蒙扎);如果赛道弯道多,那么前后翼设置得就高(例如摩纳哥)。F1赛车空气学的法宝就是要根据赛道掌握两种力的平衡。

舒米的下巴和法拉利的鼻子空气动力学浅析(图)

  几乎每个一级方程式车队为了提高比赛成绩,都斥巨资修建风洞,对比赛车原型小一半的模型进行研究。每年所有一级方程式赛车队的工程师们在风洞内研究的总时间超过8000个小时。迈凯轮车队和雷诺车队已经分别拥有两条风洞,威廉姆斯车队即将建成的风洞价值3000万美元,丰田车队设在德国科隆的总部内一共有45名工程师专门研究赛车的空气动力学,索伯车队刚刚花了4500万欧元在瑞士建立了一条新的风洞,不仅仅可以研究静态时的空气阻力,还能够模拟赛车时的各种状态,例如加速时的车头上扬,刹车时的车头下坠,甚至在弯道时前轮的转动、车身的倾斜等。

  根据一级方程式的换算模式,想要将赛车的最高时速提高1公里,则需要发动机功率平均增加7马力,而车队在发动机上将很难有所作为;如果将赛车空气阻力值(行家口中的cw值)减少1%,那么赛车的最高时速将能够增加3公里。一场比赛,特别是排位赛,往往就取决于这么0.001秒。

  一级方程式赛车时速在120公里的时候,车翼产生的向下压力达到300公斤;时速到240公里时,这样的压力达到1.2吨。这样,理论上说,车身字重700公斤的F1的赛车完全可以在天花板上倒着开。威廉姆斯车队电脑气流动力部(Computational Fluid Dynamics,CFD)的主管伊格斯(Naethan Eagles)说:“一级方程式车队对空气动力学的研究从不是白费功夫。”(桂皓)



 

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