f1赛车悬架的工作原理(不同的底板扩散器设计会对F1赛车下压力如何产生影响)(1)

本期内容我们来聊一下2022款赛车扩散器设计会对赛车下压力以及海豚跳产生哪些影响。众所周知,2022年一级方程式赛车重新引入地面效应赛车底板与地面之间形成了一个所谓的文丘里通道,关于文丘里通道的工作原理小编就不再敖述了。

f1赛车悬架的工作原理(不同的底板扩散器设计会对F1赛车下压力如何产生影响)(2)

如果从文丘里底板的侧面把底板分成三段,a段代表文丘里底板入口,与地面的间隙较大,b段离地面更近,而c段,也就是扩散器部分,离地面间隙更大。

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为了更加简单地论述观点,我们假定整个底板及扩散器的宽度是相同的,这样我们只需要考虑高度即可。那么同样体积的气流必须通过较小的b段时,气流流速就会变大,该区域的负压就会更大,这意味着更大下压力的产生。

现在让我们只关注b段和c段,c段的横截面比b段大了很多,接下来让我们用一些数字来帮助了解C段区域内的下压力变化,假设b段的离地间隙是70毫米,而c段是300毫米,这意味着气流的膨胀率是4.3,根据伯努利方程式,通过b段的气流速度是c段的4.3倍。

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如果当赛车随着速度的提高,底板下方气流流速的变大,下压力会持续变大,以至于底板被不断地压向地面,如果后悬挂被压缩了30毫米,此时b段的离地间隙有40毫米,而c段同步被压缩至270毫米,此时气流的膨胀率变成6.8,比之前高出50%,这意味在B段产生了更多的下压力。但随着下压力的提高,赛车的稳定性也会因干扰而变得更加敏感。

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相反,如果赛车骑上路肩,底板的高度被抬高了20毫米,那么b段的离地间隙有90毫米,在c段有320毫米,此时的气流膨胀率变为3.5,这意味着底板下方的下压力会减少,因此赛车有可能会失去下压力而导致抓地力不足。

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从图表中我们可以看到这个膨胀率有多大的变化,从趋势来看,赛车离地越低,赛车的下压力越大,但凡稍微抬高赛车尾部,都会失去很多下压力。

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但这里的风险是,如果底板离地间隙太低,这会变得非常敏感,这是因为底板表面有一个边界层,当边界层无限靠近地面时,那么边界层也会变厚,高能气流会被边界层阻断而导致气流失速,这样底板下方会突然失去下压力,如果赛车此时在直道上会瞬间使速度变快,而在高速弯角里则会导致赛车严重转向不足,也会相当危险。但这种失速现象是瞬间产生的,不可持续,底板离地间隙也会瞬间抬高,重新再回到底板被压向地面的恶性循环,这就是海豚跳现象。

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所以一般来说,要想既能保证底板产生下压力的同时,又不会引发海豚跳,对底板进行平滑而柔和的膨胀率设计将是最佳选择,也更加容易获得一辆容易操控且稳定的赛车,我们来对比红牛、法拉利和梅赛德斯的扩散器膨胀率就可以看出,红牛有更加温和的膨胀率,以及更加小的扩散器斜率,而法拉利在底板和扩散器的连接处有一个显著的断面变化,梅赛德斯的做法则更加极端,W13有两个断面设计,所以红牛赛车是三辆车中最不容易触发海豚跳的赛车,法拉利次之,而梅赛德斯则更容易触发海豚跳;当然一切事务都有两面性,在同样的车速下,法拉利和梅赛德斯则更容易获得更大的下压力,而红牛的气动下压力相对较小,但红牛赛车向来都有围场里最好的机械抓地力来弥补这一损失。

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