掌握了空气就掌握了F1 纵览F1赛车空气动力学

　　特约撰稿林程 冬季是F1车迷们最无聊的时光，但却是F1各车队技术人员们最忙碌的日子，即便是在圣诞节期间，不少车队的技术人员恐怕都要被迫“轮休”。每支车队都会利用这一段时间进行尽可能多的赛道和实验室测试，获取相关数据并改进设计，为在明年初推出尽可能完善的2006赛季新款赛车冲刺。今年的冬季试车除了测试下赛季规则要求的V8引擎外，另一项重要的工作就是：改进车体结构，使其具有更好的空气动力学特性。

　　电影《头文字D》让大家对“漂移”过弯技术印象深刻，而“头文字A”则是F1赛车更为鲜明的特征。空气动力学(英文为Aerodynamics)广泛而深入的应用，是F1赛车与民用汽车的重要区别之一，从外观上两者就有很大的差异，比如F1赛车的前后定风翼、底板、扩散器以及车身上随处可见的导流板、小翼、风道等等，在未经改装的民用车上是很难见到的。

　　掌握了空气，就掌握了F1

　　当普通汽车速度高于100公里／小时，空气动力学因素就会变得非常明显，汽车的各种性能会发生较大变化，车速越高，变化越明显

　　1、在汽车前进方向上，有气动阻力。气动阻力与速度和车身形状有密切关系，普通轿车车速超过120公里／小时后，引擎动力主要是克服气动阻力。F1赛车比赛时的平均车速一般在200公里／小时以上，最高车速甚至能达到350公里／小时上下，因此克服气动阻力是设计F1赛车时的关键；

　　2、在垂直地面的方向，有气动升力。气动升力产生的原因是气流流经汽车上下表面，形成压力差造成的。气动阻力只是影响车速和燃油消耗量，而作用在汽车上的升力将直接影响着汽车和驾乘人员的安全。因为当升力过大时，前后轮都有腾空的趋势，当转向轮腾空时，会使转向失灵；驱动轮腾空时，会使驱动力大大下降，影响汽车的加速特性。同时当在这种状态下遇到侧风时，或在转向时由于侧向力的作用会使汽车偏离原来的行驶路线，容易造成严重事故。F1赛车在过弯时，最大能出现4g的侧向离心力，而普通轿车最多到0.4g车轮就会发生侧滑了，因此在设计F1赛车时，减小气动阻力固然重要，但更重要的是应使汽车具有较大的负升力，即“下压力”，以保证汽车有足够的稳定性和高速通过弯道的能力；

　　3、在汽车侧向，有侧向气动力。侧向气动力往往会被人忽视，但它却是影响汽车稳定性的重要因素。所谓汽车的稳定性就是当受到某种干扰时，能够沿预定路线行驶的能力。F1赛车在环形赛道上行驶，不可避免地会受到侧向风的干扰，尤其在起动、过弯、制动等轮胎附着状态处于极限的时候，侧向风可能会使赛车失去控制。一般认为，在F1赛车设计时，应使理想侧向风压的中心位于赛车重心的后部，这样的赛车抵抗侧向风的能力会强一些。

　　F1赛车获胜的主要指标是平均车速，由于场地赛不是在一个直线的赛道上比赛，直线速度不是决定胜负的唯一法宝，过弯速度成为取胜的关键。作为场地赛车，F1不能像拉力赛车那样用“漂移”的技巧过弯，必须依靠下压力使轮胎抵抗巨大的离心力不致发生滑移。获得下压力最理想的办法就是依靠空气动力学的气动升力，其特点是过弯速度越快，产生的下压力就越大，这正好符合汽车动力学特性要求。但气动下压力的产生必须要有车身形状的配合，为此，各种空气动力学装置在F1赛车上应运而生。

　　上世纪60年代末，F1赛车车身上首次出现扰流翼板，从此，F1步入了空气动力学时代。于是有人开始信奉“谁掌握了空气，谁就掌握了F1”。扰流翼板在F1上的应用来得太猛了一些，一开始，扰流翼板还只是前后车身上的小小凸起。但很快工程师们就开始在车身上装置巨大的、突出车身许多的前翼和尾翼。可惜的是，那个年代科技的发展还无法让工程师计算出翼板究竟给赛车带来多大影响，而且翼板普遍装配得不够结实，高速下极易折断，而这种情况一旦发生将非常危险。

　　1969年，在西班牙巴塞罗那蒙久奇赛道上发生了一起严重事故，两辆莲花赛车的尾翼先后脱落，险些造成重大人员伤亡。事故发生后，扰流翼板原本要被全面禁止，但经过一系列争执后，赛事主管部门作出让步：扰流翼板得以保留，但对其限制非常严格，限制内容包括尺寸、布置位置、强度以及连接等等。

　　新概念车：取消扰流板？

　　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。

　　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

　　尽管空气动力学装置在F1赛车上起到了关键作用，但包括法拉利车队技术总监罗斯·布朗在内的相当多业界人士却对空气动力学的滥用很是反感，他们认为提高机械抓地能力才是赛车技术发展的光明大道，过度依赖空气动力学“制造”下压力是没有前途的。毕竟，F1赛车在追求极限速度的同时，也应该对民用车技术的进步作出示范，过多的空气动力学套件很难应用在民用车上。罗斯·布朗说：“我们应该通过规则的约束来制造全新概念的赛车，新赛车应摆脱所有附加空气动力学零件，那些前后翼还有附加小翼都应该消失。”

　　牛魔王：

　　为了不断挖掘空气动力学效应，有的车队在赛车中部的引擎进气口两侧也加装了导流板或中翼。2005赛季迈凯轮车队的MP4-20赛车则是独此一家，该车安装了造型夸张的近似牛角的中翼。不过，不少空动专家认为其作用并不像它的造型那样夸张，仅仅是疏导流向后定风翼的气流，并产生少量额外下压力。尽管如此，MP4-20还是以19站10胜的成绩，压倒雷诺R25成为今年的“冠军赛车”。遗憾的是，迈凯轮和莱库宁都在年度冠军争夺中输给了稳定性更为突出的雷诺和阿隆索。