发布时间: 2024-04-29 17:21:08
昨天我们聊了让F1赛车“贴地飞行”的空气动力学原理，今天继续聊聊空气动力学如何影响赛车设计。
前翼的下压力和引导气流
首先，来看F1赛车上第一个接触前方气流的前翼。由它直接提供的下压力在整车的比例中虽算不上大，但它的设计直接影响后方部件的空气动力学效率。因此，它是整个赛车空气动力学设计中至关重要的一环。
和飞机的机翼一样，F1赛车的前翼在产生下压力的同时，翼面会产生翼后涡面，翼尖会形成翼尖涡流，同时还会使气流“上洗”（在机翼中对应的是，翼尖涡的作用下，气流向下倾斜，产生“下洗流”），它们一并影响着赛车中后部的气流流场空气动力学性能以及后翼的空气动力学效率。
所以，F1赛车前翼的一个设计目标就是更好地引导气流，使车头处的高速气流能够流向对赛车最有利的方向，比如通过增加翼尖端板（类似于飞机上的翼尖小翼）来引导气流恰到好处地通过轮胎。
另外，对于采用纵向多片翼面组合的前翼，这几组翼片的攻角越大，产生的下压力越大，但当超过一定幅度，又会导致气流分离（也就是“失速”），下压力不增反降，还会造成前翼的迎风面积大，使空气阻力增加。
对于飞机来说，升力是和飞行速度的平方成正比例的，那么对于F1赛车的“负升力”，即下压力来说也是同理。
后翼与底板各有所长
而对于F1赛车的后翼来说，车体后部的空气流动已经受到了前翼、前轮、后视镜、车手头盔、侧舱和排气管的影响，这就导致后翼的空气动力学效率低于前翼。但为了平衡赛车的操控性，后翼通常要产生与前翼基本相当（或更大）的下压力。
因此，为了避开赛车前中部某些部件产生的涡流影响，后翼的外形就并不见得一定是平直的，有的是中间凹下，有的是中间凸起，总之工程师会对翼型做专门优化，在密密麻麻的规则框架下，寻求以最优的角度、高度、翼型等来迎接气流，并产生既定的下压力。
F-4“鬼怪”之所以有着这样的尾翼设计，一个重要原因就是为了避开前方机翼湍流的不利影响。如果没有这样的一个下反角，比如在降落阶段的大迎角状态下（比如），机翼的下洗气流会影响要平尾的俯仰控制能力。
一辆F1赛车的下压力有三大主要“来源”：除了车体上部分的前翼、后翼外，剩下的就是来自赛车的底板和扩散器。
在2022年F1比赛颁布新规、引入“地面效应”之前，这三者对下压力的贡献率，因为不同年代、不同车队的赛车设计思路之别而有很大的差异，比如既有趋近于各占三分之一；也有大约20%~30%由前翼产生，30%~40%由后翼产生，底板和扩散器贡献50%等。