谁知道整套的F1赛车的空气动力学原理

2025-03-04 00:42:05

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回答1：

F1空气动力学研究的目的与核心手段在F1中，空气动力学研究的核心目的是在保证赛车获得足够下压力的情况下拥有最小的空气阻力，以提高赛车的速度和高速行驶的稳定性，所有为空气动力学服务的部件被称为空气动力学套件。据专家统计，目前F1车队在空气动力学上的花费已占到其整个车队年度预算的15%，是仅次于发动机研发的第二大支出项目。在这一笔巨大花费中，其中相当部分投资于风洞建造和测试。风洞 (Wind Tunnel)是一个大型隧道或管道，在管道的中间，安装有一台巨型电扇，它可产生强劲的力流，经格栅等装置整理减少涡流后送入实验段，吹动放置在其中的实验模型。现代风洞的主要作用是将赛车模型放在内部的钢铁传送带上模拟赛车在路面上的各种情况。在风洞试验中，巨大碳纤维风扇极限转速可以达到600转/分，驱动引擎的峰值功率更可达到让人咋舌的4000匹马力。如此强大的动力可以在30秒内将静止的空气加速到300公里/小时，此时托起赛车模型的传送带则模拟赛车在比赛中的各种路况和车身姿态，最大限度保证模拟的真实性和有效性。通过对采集到的数据进行综合分析，可以准确地检测到赛车在路面上受到各种因素干扰时的状况。这种模拟可以将赛车空气动力学部件的精度提高30%。如今，领先的F1车队都不惜巨资(一套现代化的F1风洞造价高达4500万美元以上)，建设自己专属的风洞，以便及时和准确地研究赛车的气动效果，改进赛车的气动套件，获得克敌制胜的杀手锏。 F1空气动力学研究最核心的三个方面在空气动力学实验中，工程师们最关注的主要是三个方面的内容：下压力、阻力和灵敏性(敏感度)。巨大的下压力可以提高赛车的过弯极限，但是在理想状态下，下压力的增加不应当带来赛车阻力的增加，但是不可避免的却会牺牲赛车的部分极速。赛车的空气动力学灵敏性(敏感度)则是指赛车的状态性能对于空气动力学环境改变时自身变化的强弱，例如由不平整的赛道路面带来的赛车翼片以及底盘和路面距离之间的频繁变化时，赛车性能所受到的干预强弱。 F1空气动力学逆流而上每个赛季，国际汽联都会对空气动力学规则做出修改。2004年，赛车的尾翼被减至两片，2005年，前翼高度抬高5厘米，首次限制扩散器高度；2006年，FIA又要求前轮轴心之后330毫米以内，参考面30毫米以上的区域不得安装任何空气动力学套件。虽然FIA不断为技术发展设置障碍，但是F1赛车速度的提高从来就没有停止过，这正是空气动力学的研究价值。空气动力学 Aerodynamics 力学分类：低速空气动力学流动类型：不可压缩流动气流流速：小于400Km/h 研究内容：下压力与阻力研究方法：模型测试

回答2：

虽然一级方程式赛车是一种高速汽车，但在机械概念上却较接近喷射机，而非家庭房车。它们巨大的双翼不但具用商业广告牌的作用，同时还可以产生至关重要的「下压力」。这种空气动力会使流经汽车上方的气流将车身向下压，使车子紧贴在车道上。相反地，飞机则是利用巨大的双翼产生「上升力」。将车身压在车道上可使轮胎获得更大的抓地力，进而在弯道时产生更快的加速度。由于一般普通房车没有下压力，因此甚至无法产生1G（一个重力单位）转弯力。一级方程式赛车能产生4个G的转弯力。在时速230公里时的状况下，F1赛车上方气流产生的下压力足以使它在隧道里沿着隧道的顶部行走。在设计当今一级方程式赛车的过程中，扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战：如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。这正是汽车必须克服的问题。在汽车空气动力设计的过程中，风洞扮演着重要的角色。进行风洞实验时，通常先制作一半体积的模型，而风洞就像一个巨大的吹风机，将空气吹向静止的模型。虽然这个吹风机的价格非常昂贵，但美洲虎车队仍然编列四千九百万美元的预算，将在该车队新建的银石（Silverstone）工厂建造一个风洞。空气动力可以根据不同赛车场的特征而调整。较直的跑道需要较低的下压力设定值，如此可减少阻力，并且有助于赛车提高极速。较曲折的车道需要较高的下压力设定值，如此可令赛车的极速降低。例如，在曲折的霍根海姆车道上，赛车很难达到300km/h的速度，但在蒙扎车道上，车速可以超过350km/h。部现代的F1赛车与一架飞机有许多共通之处，就如它与一辆普通汽车的相通处一样多。空气动力学已成这项运动成功的关键所在，因此各个车队每年要在这个环节的研发上花费几千万美圆。空气动力学设计师有两个基本的任务：一是如何获得下压力，来帮助是赛车轮胎抓住赛道并提升转向力；二是把因气流和启动引起的使赛车减慢的阻力减到最小。许多车队从60年代后期开始了对类似现行的定风翼的测试。赛车定风翼的工作原理与飞机定风翼几乎一样，只是倒置而已。空气以不同的流速通过两侧的定风翼（必须流经不同的外形、距离），由此产生了压力的差异，被称为伯努力原理。由于这压力需要平衡，定风翼就要向低压的方向移动。飞机利用两翼产生上升力，而赛车则依靠其产生下压力。因为有了空气动力学下压力，一部现代的F1赛车能产生3.5g的侧向转向力（相当于其自身重量的3.5倍）。这意味着，理论上来说高速行驶时，它们能够上下颠倒地被驾驶。早期对可移动定风翼等的试验导致了一些重大事故的发生，因此在1970赛季出台规定，限制了定风翼的大小和位置。经过长久以来的发展，那些规则很大程度上沿用至今。在70年代中期，"地面效应"下压力被发现。莲花车队的工程师发现，若在赛车底部装上帮助它"黏"住地面的巨型风扇，整部车就能向机翼一般工作。这种设想最终的实例是布拉汉姆车队（Brabham）的BT468，由Gordon M urray设计，其中实际上用了一架风扇从赛车底部的裙脚部分排出空气，以便产生巨大的下压力。但这项技术在一场分站比赛后因受到其他车队的技术挑战而退出舞台。并且后来改动的规则限制了对"地面效应"的利用--先是对容纳低压区域的裙脚的禁令，之后是对"stepped floor"（？）的要求。尽管完整的风洞和强大的计算机被大多数车队的空气动力学部门利用，F1的基本原理依然适用：力求最大的下压力和最小的阻碍力。根据各条赛道的不同下压力需求，前后定风翼被调整到不同的角度安装。每辆F1赛车的外表，从悬挂系统到车手头盔的形状，都将空气动力学的作用考虑在内。从车身被分流扰乱的空气，产生了气流，气流则导致了减慢赛车的阻力。观察一下近年来的赛车你会发现，在减少阻力上所花费的精力并不比在提升下压力方面的少--从防止旋涡形成而安装在定风翼上的汽车底盘，到后部低置的扩散板。这些都帮助再次平衡从底部通过赛车的高速气流产生的压力，否则便会在尾部有类似于低压"气球"阻碍赛车。除了以上这些，设计师也要注意不能让赛车太容易打滑，同时又必须保证充足的空气流动，帮助散发赛车引擎产生的巨大热量。近来的大多F1车队都试图效仿法拉利车队的"窄腰"设计，将赛车尾部制造得尽量窄而低。这样可以减小阻力并把尾翼得到的空气量提高到最大。 2005年修订起用的规则迫使空气动力学专家们必须有更创新的理念。在一个减速的条款中，FIA（国际汽联）通过提高前鼻翼，把尾翼前移，更改后部扩散板等措施使赛车失去一大部分下压力。但设计师们运用大量复杂而新颖的手段很快弥补了这些损失，例如麦克拉伦

回答3：

F1赛车的空气动力学，怪不得开那么快都能转弯

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