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F1赛车的空气力学
F-1赛车风驰电掣的速度,能在5秒之内瞬间加速到200km/h以上,最大过弯侧向加速可达4个G,极速最高超过350km/h,这样高的速度与过弯能力,除了需要优异的悬吊设定来让轮胎尽可能的保持与跑道路面接触之外,也需要足够的下压力来产生足够的摩擦力,否则空有强大的马力,在过弯时将无从发挥,因此空气动力学设计的优劣已成为今日F1决胜的关键之一。
空气动力学的工程师们在风洞中实现他们的空力艺术,由功能强大的设计电脑所产生的3D模拟,并在大型的风洞中不断的测试。F1车队每年都会花上300万美元到1500万美元不等的风洞操作经费来验证空气动力学组件的效率。
空气动力学效率就是下压力和空气拖曳阻力的比例。目标就是要获得最大的抓地力,和最小的拖曳阻力。下压力是空气动力学上垂直方向的向下压力总合,这些力量是由前鼻翼和后尾翼所产生,用来把赛车压在地面上,下压力越大,赛车在跑道上的抓地力就越大。
理论上,由前后翼产生的可怕力量,可以让一部F-1赛车抵抗地心引力,让600公斤重的F1赛车在隧道的天花板上倒吊着跑,因为赛车可以产生超过车身重量数倍的下压力。要让F-1赛车那样高速的过弯,那么必须把车底、车顶以及车身周围的气流引导到完美的境界!
关键的前后翼 影响F1赛车空力稳定性的最重要因素是前鼻翼,这是决定通过车身上方、下方和其他如散热器、后尾翼气流的比例和方向的关键性元件。除了分流前方的空气之外,前鼻翼在操控上也扮演重要的角色,那就是产生下压力来将前轮压在地面上。
尾翼是F-1赛车外观上重要的一部份,尾翼的组合被目前的比赛规则限制在只能有三片。透过调整前后翼的设定,车队可以控制赛车的抓地力来配合不同的赛道特性及底盘本身所产生的定值的下压力。理论上,翼面角度越陡,产生的空气动力学的拖曳阻力越大,车速提高时对车辆产生的下压力越大。同时,陡峭的翼面设定会降低赛车的速度表现以及增加油耗。
F-1赛车空气力学的最高境界就是『平衡』。F-1赛车的抓地力约有1/3是由前轮负担,有超过2/3则是由后轮负担。在前轮采用低下压力的设定可以提高车速,但同时也会提高转向不足的趋势;转向不足就是车头会开始滑向弯外侧。相对的,如果车尾的下压力不足,那么会有转向过度的倾向,车尾就会开始打滑。
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