F1 2022空气动力乱谈第一集——地效底板与海豚跳

F1 2022空气动力乱谈第一集——地效底板与海豚跳

首页休闲益智赛车跳动更新时间:2024-05-11

今天这集主要想聊聊地面效应和地面效应底板,还有海豚跳——这个早就不是什么新闻,从赛季前测试就引人注意的现象,为什么到现在还没解决?

2022赛季规则改动的最大一点就是地面效应底板的回归,那什么是地面效应?地面效应底板的原理是什么呢?

注意:在赛车领域与航空领域(比如地效飞行器)所说的地面效应(Wing-In-Ground effect, WIG)并不一样,在这里仅对赛车领域加以解释。

地面效应在赛车领域就可以简单的理解为赛车、流动的空气与地面产生的相互作用。

地面效应底板、地面效应与海豚跳——请直接看图:

补充说明:由于赛道地面不是一个理想中的完全平整的平面,赛道状况也各种各样(这可能也是为什么在风洞测试时无法发现、解决这一问题的原因之一),这些都造成对底板气流的控制有所干扰,因而这类问题在地面效应底板的使用中很常见,无论是以前还是现在,这会带来安全问题。而老版本的地效底板在赛车整体下压力作用占比非常大,至少65%(来自前F1车手、设计师加里·安德森给出的数据),在不使用前翼的情形之下超过70%应该不成问题,对比之前的倾角底板赛车其底板在下压力的作用占比约为35%左右。所以,脆弱的老版本地效底板侧边(也称裙边)一旦破损,就无法封住底板的高速气流造成下压力的损失,致使赛车无法有效控制,导致安全隐患——这也是当时地面效应设计被禁止的原因。

一个吹风的管道和一个架起来的勺子再现了海豚跳现象

F1官网的嘉宾——阿尔伯特法贝加用一个吹风的管道和一个架起来的勺子再现了海豚跳现象。

不安全?那为什么国际汽联还要解除这条禁令?新旧版本地面效应底板有何不同?

如何解决海豚跳?

那么解决了么?

上图为各车队在澳洲站时海豚跳振幅的箱线图,彩色方块区域表示多数纵向G力数值的所在区间,你可以发现法拉利海豚跳发生时平均纵向G力最大,大多集中在约1-1.35G之间。而梅奔纵向G力集中在0.7-1G之间。

从图表也可以发现,所有车队都没有完全解决海豚跳问题,只是程度各异,最严重的是法拉利、哈斯和梅奔车队。

在沙特这种较为平整的新赛道上——根据F1圈内技术大神克雷格·斯卡伯勒的看法,平坦光滑的沙特赛道削弱了“海豚跳”的表现。另外,沙特站的高速赛道特性对下压力本身就不高,车队都选较低下压力的空气动力套件和设置,这也削弱了海豚跳的条件,到了像澳大利亚等等这种不那么平坦的赛道,“海豚们”就又跳动起来了。而除了上述所说的禁止在悬挂中使用液压式组件之外,18寸轮胎的使用(扁平比更低,原先13寸轮毂的厚轮胎可起到的减震、阻尼的作用减少)也放大了海豚跳问题。

法拉利上一次五连冠时期的技术总监、曾经的布朗车队老板、现任F1集团总经理罗斯布朗对于这个40年前就存在的问题依然可以难住一些车队表示惊讶。而且也说明这已经是一个很古老的问题了。

Ross Brawn, F1 managing director, remarked, ‘Many contemporary engineers here in Formula 1 would have never worked on ground effect cars. The porpoising phenomenon is prevalent in other series such as sports prototype car racing, where its physics is managed. I am surprised that some of the teams have been caught out by it.

此时你的你可能有一个疑问:为什么海豚跳最严重的车队拿了冠军,难道海豚跳真的没关系吗?

从上图可以看出,法拉利出现海豚跳时的速度明显高于梅奔车队。

这或许可以说明:

1、同等速度时,法拉利赛车不会发生海豚跳。

2、相对来说,法拉利车队采用的诸如抬高底板牺牲下压力等妥协手段较少,即使发生海豚跳也可接受,且对性能影响不大——或者可能进一步表示法拉利在海豚跳发生时的某些情况下对赛车的可控度更高。

反之,梅奔等车队对海豚跳妥协的更多。

海豚跳不仅可能损伤赛车,在高速时破坏驾驶稳定度,引起一定的安全问题;让车手无法专注驾驶,影响刹车效率,使刹车锁定车轮的概率增加,以上这些原因使车手只能在某些时候降低速度以保证车辆有足够的控制度。

为避免这些问题一些车队可能必须做出性能上的牺牲。F1本身就是一种平衡的游戏,无疑法拉利在这一站的这个问题上拿捏的很好。

总体而言,法拉利取得了速度、下压力、车辆控制、海豚跳包容度上的最佳平衡,这会不会给其他车队一些启示呢——不要惧怕海豚跳,只要控制好那就不是一个问题…… 当然,说起来容易,做起来难。

另外,跟大家抱个歉,最近事情多,更新速度很慢,见谅哈!

好了,本期就到此结束,F1再快也要系安全带,保持车速保持关注,咱下期见。

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