【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】賽場(chǎng)上經(jīng)常能夠看到這樣一個(gè)畫面：平均時(shí)速250公里的F1賽車彎道超車時(shí)候總是緊貼地面呼嘯而過。要知道，普通車輛到達(dá)這個(gè)速度的時(shí)候，任何外界力細(xì)小的波動(dòng)都是致命的，就好比時(shí)速1028公里的波音747突然撞上一只小鳥所引發(fā)的蝴蝶效應(yīng)，F(xiàn)1賽車是如何解決這個(gè)問題的，本篇將從方程式賽車遵循空氣動(dòng)力學(xué)的外觀設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單地給大家聊聊!

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　　車輛在高速時(shí)候最容易受到的外界影響當(dāng)屬側(cè)向力了——即外界作用在車輪上的力，為了規(guī)避側(cè)向力，使賽車在高速行駛時(shí)能夠穩(wěn)扎穩(wěn)打，工程師想到辦法就是增加車輪與地面的貼合度——設(shè)法提高空氣作用到車身上的壓緊力。

　　如何設(shè)計(jì)車身形狀，充分利用空氣動(dòng)力學(xué)原理，使得能夠承托一輛重618噸的空中大巴一飛沖天的氣流同樣也能夠?qū)⒁惠v平均時(shí)速為250公里的F1方程式賽車?yán)卫蔚貕壕o在地面上，成為賽車設(shè)計(jì)師們的一個(gè)重要命題。

　　顧名思義，下壓力和上升力是一對(duì)反義詞，產(chǎn)生下壓力的原理就是通過改變前分流器、前翼、尾翼甚至是整個(gè)車身的形狀使得車輛的上部和下部出現(xiàn)一個(gè)壓強(qiáng)差，當(dāng)上部分壓強(qiáng)作用在車身上的壓力加上車輛本身的重量小于下部分壓強(qiáng)作用在車輛底部壓力的時(shí)候，車輛就飛起來了;相反，大于下部分壓強(qiáng)作用在車輛底部壓力的時(shí)候，車輛就實(shí)現(xiàn)了貼地，并且上下的壓力差越大，貼地力也越大。

　　對(duì)于F1方程式賽車，因氣壓差產(chǎn)生的下壓力能夠到達(dá)1000磅。可問題是，下壓力并非越大越好，巨大的下壓力會(huì)造成空氣動(dòng)力拖拽現(xiàn)象，使得車輛速度有所下降，而這個(gè)恰恰和賽車贏為先的宗旨相違背，如何在保證賽車行駛的穩(wěn)定性以及可操控性前提下降低因過大的下壓力造成的空氣動(dòng)力損失，也是賽車設(shè)計(jì)師們著手的重要命題。

　　據(jù)伯努利原理，隨著流體速度的增加，流體周圍的壓強(qiáng)將會(huì)降低，生活中比較常見的例子就是往兩張相對(duì)布置白紙中間空隙吹氣的時(shí)候兩張白紙不會(huì)彈開反而會(huì)結(jié)合到一起，這是因?yàn)橹虚g間隙流體的速度比外圍快，使得中間間隙的壓強(qiáng)低于外圍壓強(qiáng)所引發(fā)的有趣現(xiàn)象。同樣原理，工程師要保證賽車底部的壓強(qiáng)低于頂部壓強(qiáng)產(chǎn)生很好的下壓力的話，就要使得底部流體的流速高于頂部流體流速才行。

　　大家可能覺得，要達(dá)到這個(gè)效果把賽車車身做成倒機(jī)翼形狀就好了，可是由于地面影響賽車行駛的因素往往非常復(fù)雜(彎道、過坎等)，且根據(jù)F1賽制規(guī)定，賽車底部必須做成平底狀，所以這種倒機(jī)翼形狀的設(shè)計(jì)不大現(xiàn)實(shí)。工程師在保證賽車底部足夠平整的前提下，會(huì)通過前后加裝擴(kuò)張器來達(dá)到使底部流體快速通過的效果。

　　對(duì)擴(kuò)張器的設(shè)計(jì)也是一門學(xué)問，主要從擴(kuò)張器離去角、離地間隙、擴(kuò)張器檔隔板密度以及排氣管熱風(fēng)導(dǎo)向四個(gè)方面進(jìn)行考慮。

　　擴(kuò)張器離去角決定了流經(jīng)賽車底部的流體將會(huì)以一種怎樣的姿態(tài)離開，離去角的角度越大，流體的速度越快，周圍的壓強(qiáng)差也就越大，可是這個(gè)角度并非設(shè)計(jì)得越大越好，過大的離去角會(huì)使得流體會(huì)在車輛尾部行成紊流產(chǎn)生一個(gè)拖拽車輛的力，不利于賽車的正常表現(xiàn)。工程師在決定離去角度大小的時(shí)候只能進(jìn)行折中。

　　賽車往往設(shè)計(jì)成前低后高的俯沖狀，這樣做的目的不是為了保證剎車的穩(wěn)定性(當(dāng)然，可能也會(huì)有影響)，而是這種設(shè)計(jì)本身就使得整個(gè)車身呈現(xiàn)出一個(gè)大擴(kuò)張器的作用，前后離地高度差越大，作用越明顯?？墒窃捰终f回來了，隨著賽車尾部離地間隙的擴(kuò)張，空腔也逐漸擴(kuò)大，這時(shí)候尾部很容易受到兩邊的側(cè)向力影響。工程師在做離地間隙的設(shè)計(jì)的時(shí)候也是需要折中處理的。

　　擴(kuò)張器的檔隔板是分流底部流體的重要器具，檔隔板的密度同樣會(huì)影響流體流動(dòng)的速度，這就好比深圳去香港過海關(guān)的時(shí)候，如果只有一個(gè)大門的話，每個(gè)人都爭(zhēng)搶著過關(guān)，最終結(jié)果就是大家都過不了關(guān)。要是過關(guān)門設(shè)計(jì)得過于頻繁，對(duì)人力物力成本本身又造成了一種浪費(fèi)。同樣，檔隔板密度過低的話，流體之間相互制約，形成紊流，反之，檔隔板本身也占據(jù)一定的空間，也會(huì)阻礙流體的運(yùn)動(dòng)。

　　賽車排氣管布置在尾部擴(kuò)張器附近，根據(jù)熱脹冷縮原理，從排氣管出來的熱風(fēng)處理不好的話會(huì)阻礙底部流體的流動(dòng)。工程師非常巧妙地弄出一遭反客為主，把從排氣管出來的熱風(fēng)引至貼合車輪導(dǎo)出(圖中紅色部分)，相當(dāng)于裝了一堵無形的墻，外面的側(cè)風(fēng)進(jìn)不來，里面的流體出不去。

　　總結(jié)：對(duì)賽車的設(shè)計(jì)不只是上面所提到的，還有尾翼、駕駛艙、前導(dǎo)板等等。其宗旨都只有一個(gè)——讓賽車更快地到達(dá)終點(diǎn)線。竊以為，工程師在設(shè)計(jì)這些的時(shí)候除了保證氣流能夠快速無摩擦地貼合車身通過外，如果能讓流體在賽車尾部形成一個(gè)助推力，讓賽車跑得更快的話，那當(dāng)真是極好的。

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