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在本系列中,我們將著眼於F1的賽車技術,撥開車的層層結構,來看看是什麼讓F1成為賽車運動之巔。F1起於1946年,它是由一系列規則(方程式)所限定的,這些規則不段改變,囊括了速度、安全性、增加超車、降低成本、提高賽車環境效益等等各方面內容。在所有這些規則之上,有一條總的原則:F1必需單座、敞篷、車輪無覆蓋。

F1賽車的性能數據驚人:重量只有640kg(含車手),而功率高達830馬力(含KERS),功率重量比高於幾乎所有的賽車和跑車。對比一下F1 和布加迪威航,後者有將近1000匹馬力,但是重達兩噸,功率重量比只有前者的一半多;只有高速賽車(dragster)的功率重量比大於F1,但它們根本沒法像F1那麼快過彎。所有這些性能都來自於一顆小小的2.4升V8發動機和一顆小小的七檔變速箱。為了在減輕車重的同時還保持足夠強度,賽車的大部分結構都是由碳鉛微製造的,承受高壓力的部件是由稀有金屬如鈦製造的,不過也有些機械部件是用鋼和鋁這樣的普通金屬製造的。

F1可以在2.5秒内從靜止加速到100kph,最高速度超過300kph,略加修改後甚至可以高達400kph!

在彎角中F1更是無可匹敵的存在,制動負載高達5g,轉向負載超過3g。這驚人的表現源於高抓地力的輪胎和賽車巨大的下壓力。下壓力是一種空氣動力學壓力,由翼片和車體產生,如其字面意義一樣,將車吸附在賽道上。在200kph的速度下,F1賽車能夠產生和其自身重量相當的下壓力,因此經常有人說 F1可以四腳朝天倒著在隧道頂上開,因為下壓力足以把車吸在天花板上。

僅管F1的主要複雜部分都隱藏在流線型的碳鉛微車體之下,我們還是首先來分解一下賽車,看看它主要的可見部分。

鼻翼




鼻翼占據了賽車前臉的大頭,也是賽車主要的空氣動力學部件之一,產生接近25%的下壓力。在目前的規則下鼻翼可以寬達1.8米,但是50cm寬的中間部分必須採用FIA規定的形狀。中間部分的兩邊是左右翼面,可以由三種翼型中的兩種構成,稱為襟翼,其形狀像倒置的機翼,下表面的氣流快速流動,產生低壓,將賽車吸在賽道上。為了使翼片上表面的高壓氣流和下表面的低壓氣流保持分離,在翼片末端安裝了垂直的端板。這些端板和翼面的形狀正變得越來越複雜,因為車隊要利用鼻翼尾流來進一步提升賽車後部的下壓力。

尾翼



和鼻翼一樣,尾翼也能產生大約25%的下壓力。不過規則在不斷限制尾翼的尺寸和效率,以控制賽車過彎的速度。目前尾翼只有75cm寬,只能使用兩種翼型。由於暴露在高速氣流中,尾翼同時也產生相當大的氣動阻力,這會降低賽車的最高速度,因為車要拉著尾翼在氣流中跑。目前的規則於許賽車在接近前車時,放平尾翼最後部的襟翼,這就是DRS(降阻系統),能夠提高賽車級速,幫助超車。

擴散器




擴散器藏在賽車的尾部下方,看上去像一個大黑洞,但其實是賽車上最重要的空氣動力學部件。這個位於兩個後輪之間的傾斜部件和翼片一樣產生低壓,但是高效得多,能夠產生整部賽車將近50%的下壓力。由於它能力太強,規則正在逐漸收緊它的尺寸,以限制賽車的過彎速度,目前只於許有1米寬,12.5cm高。最近幾個賽季車隊找了許多方法來提高擴散器的性能,例如於2009年引入、2011年被禁的雙層擴散器。後來車隊又發現將發動機廢氣吹入擴散器也能提高性能,這一做法於2010年引入,2012年被禁。

側箱



賽車兩側的大型車體面板被稱為側箱,里面容納了發動機的油水散熱器、變速箱冷卻器、各種電子設備和電池。與尾翼一樣,由於暴露在氣流中,側箱也會降低車速,因此在保證散熱效果的同時,車隊想盡各種辦法來減小側箱的體積。在2011年我們看到有幾支車隊嘗試了不同的側箱形狀:麥凱倫的U型側箱、紅牛的緊湊側箱、小紅牛抬高側箱和底板分離。這些整形過的側箱能夠減小阻力,改善流經擴散器頂部的氣流,使賽車在過彎時更快。

生存艙



現在F1的安全性已經非常高了,其原因之一就是生存艙的發展,它常常也被稱為單體殼。這個碳鉛為結構組成了駕駛艙和150升的油箱,其側面異常堅固,在事故中能有效防止賽車部件刺穿生存艙、危及車手。整個賽季中車隊一般只需要製造四五個生存艙,因為它們經久耐用,很難損壞。

鼻錐



鼻錐位於鼻翼之上,幫助生存艙提高碰撞安全性。它和鼻翼是一體的,通過螺栓安裝在生存艙前面,可以在比賽中快速拆卸,以便更換受損的鼻翼。鼻錐的常度相當長,這是為了滿足FIA規定的碰撞測試的要求,它會和生存艙一起接受多次碰撞試驗,以確保事故中賽車足夠安全,不會傷及車手。

輪胎



輪胎是賽車將動力、制動力、和轉向力施加到路面的關鍵環節。為了最大限度地提高抓地力,輪胎被設計為光滑胎面,沒有溝紋。如果賽道下雨,車隊可以選擇使用兩種有溝槽的輪胎,分別應對小雨和大雨。規則規定輪胎直徑為33cm,相比之下,普通公路車的輪胎更大,輪胎側壁更低。輪胎同時也是賽車懸掛系统的一部分,輪胎變形吸收了賽車很大一部分的垂直顛簸。

懸掛



從表面上看,F1的懸掛是很簡單的,在每個輪子附近有兩個被稱為叉骨的V型臂,連接輪子和底盤,另一條臂連到彈簧和減震器,這些部件都安裝在車内,以免影響空氣動力學。但實際上,正是诸如懸臂間角度、車内機械部件的複雜運動等具體细節,決定了懸掛系統能否正常工作。車隊通過調整懸掛系統來改善賽車在低速下的抓地力,保持車在賽道上的角度,以便空氣動力學正常工作。不過遺憾的是,車手是否坐得舒適並不在懸掛系統考慮之列。

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