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赛车学校:不同凡响的空气动力学

http://sports.sina.com.cn 2004年07月14日02:02 东方体育日报

  在赛车发展的100多年历史长河中,真正得到长足进步的是真正具备严格的管理控制体系及规则标准后而应运而生的F1时代。尤其在最近的40年F1进化历史中,空气动力学的设计思路一直在进行着推陈出新的不断进步演变过程,随着科学技术的不断提高,最近10年来的空气动力学进步的提升速度可谓异常惊人,也渐渐成为赛车设计之中最为重要且机密的领域。如今的F1设计工作基本都由CFD(computerfluiddynamics)与CAD(computeraideddesign)完成,除了赛车车身及零部件能够
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通过它们来完成之外,这两个计算机辅助设计工具还将能够立即动态的模拟出气流通过赛车车体时候的表现,并结合跑道实际的参数不同的气流速度以及更多的实际可能存在的大自然的表现。定风翼如何工作?

  F1定风翼的基本工作原理,其实与我们所看到的一架普通飞机的机翼是一样的。最大的区别在于当飞机的机翼因为飞机提速而产生足够的升力时,F1赛车的定风翼则将机翼的升力工作原理进行倒置,反向安装的前、后定风翼将会使空气产生下降的力量,一般我们将其称为“下压力”,以将高速行进中的赛车稳固的″压制″在地面上而不会引起摆动甚至是漂浮乃至侧翻。飞机机翼的工作原理在于产生升力的上表面与下表面的形状差异性,区别为与机翼下面相比,气流能够快速的通过上部表面而下部表面的气流通过速度将会明显缓慢许多,机翼上下的压力存在着根本的不同。当气流经过之时,机翼上部将形成低压,产生推动提升的力量,这被称为“升力”,而在F1赛车的定风翼设计安置角度上正好与飞机的机翼相反,由于赛车本身加上车手的重量只有600公斤,在超过每小时300公里的时速飞驰的时候,要控制赛车在高速运行中不至于会飞起来,必须将翼片反向安装,以使在翼片的下方形成吸附住赛车重心的低压区域,这被成为“下压力”。

  当气流流经翼片的时候,由于翼片的形状因此将会形成气流紊乱,这是由于压力的不同所造成的阻力。虽然这股力量大大少于升力或是下压力,但是这种力量将严重的拖垮飞机或F1赛车直行时候的速度,并在气流中因此而耗费更多的燃料。对F1赛车而言,阻力将是一大令人头痛的问题,因此所有暴露在正向气流中的部件都被设计成流线型造型,梭子状具有流线型特征的悬挂系统就是一个很好的例子。设计如何力求完美?

  麦克拉伦的车迷都不曾忘记,车队没落的日子正是从2001年所开始,由于新规则的推出使麦克拉伦与法拉利的设计思路上走向了两个完全不同的领域,特别是鼻翼的格式上,麦克拉伦更进一步的提升了鼻翼的高度,而法拉利则充分用足规则尽可能的降低鼻翼的高度,这也成为一个分水岭改变了之后两支车队的命运。

  麦克拉伦提升了赛车鼻锥的高度,所有的改变都来源于规则对于鼻翼的修改(提升了50毫米的离地间隙)。赛车前部的下压力因此而丧失了许多。当然,赛车的总设计师纽维并不是没有注意到这一点,甚至他所考虑的更多。纽维所考虑到的不是因为前鼻翼下端离地间隙所势必要以降低鼻锥重心来换取接近于原本的下压力支持,而考虑了因为一条设计思路的走向,纽维把视线转移到了鼻翼下方的地带,这也是后来的MP4-17所开始至今的双龙骨计划。如果能够使气流稳定的囤积于鼻翼后侧的空阔区域内,那么提高的鼻翼根本不会对赛车前部的下压力获得造成什么影响。

  而法拉利则完全选择了与麦克拉伦不同的设计策略,虽然赛车前部的足够下压力支持是至关重要的,但是他们依然认为鼻翼的下垂角度更为重要,因此与2000年相比,法拉利在2001年之后鼻翼的下垂角度非常的明显。首先更低的鼻锥使前部气流的阻碍可能性减低到最小程度,气流在流过鼻锥之后,直接经过悬挂两侧及单龙骨下沿抵达分流板,作用也非常明显,从现实情况来看法拉利的确取得了成功,而其他车队依然在寻找着属于自己的最佳选择。作者:北极虾


 

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