f1赛车部分技术浅析

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1、理论力学研究性实验报告同济大学作者照片（报名照）F1赛车部分技术浅析吴昱辰学号：061278专业：交通运输类班级：1班任课教师：孙杰（居中，五号字）内容摘要：F1赛车作为人类速度最快的比赛，其中的科技含量之高不言而喻，并且有相当多的技术与物理是分不开的。下面就从空气动力学和引擎这两个方面对其做一些浅显的讨论，来认识这项运动与物理的紧密联系。关键词：F1，空气动力学，引擎，V8，V10。F1空气动力学了解飞机原理的人都知道，飞机能飞上天全都因为其在起飞加速过程中产生的升力，将其送上蓝天，这就是通常所研究的空气动力学。而F1赛车与飞机不同，F1赛车对于空气动力学应用的追求是完全反向的，为了“防备

2、”赛车在高速行驶中飞起来，需要通过一些空气动力学部件给赛车一定下压力，同时为赛车提供抓地力。我想每个人都对空气有一些感性的认识。当你坐在疾驰的汽车中，将手伸出车外，试着将手与迎风方向的角度不断调整，你会感觉到空气的升力和下压力。还可以做这样一个实验，找一张A4尺寸(297X210毫米)的纸，用食指和拇指捏着两个长边，让短边贴着自己的嘴唇，此时纸是自然垂下去的，如果对着纸的上表面吹气，会发现纸飘起来了。很显然是空气在对抗重力。如果将这个原理反向应用于跑车和赛车，空气会将汽车紧紧压在地面上，给汽车足够的抓地力。F1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

3、4个G，极速最高超过350km/h。怎么样，这种感觉，是不是就像要飞起来了？而这样高的速度与过弯能力，除了需要优异的悬吊设置来让轮带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。空气动力学在F1赛车上的应用主要体现在两个方面：一是让定风翼产生的下压力为轮胎提供足够的抓地力，另一个则是尽量减少赛车行驶中的空气阻力。在早年的F1比赛中，赛车与普通汽车看起来差别不大，但自从空气动力学引进后，F1赛车开始出现了显著变化，首先就是定风翼的产生。看见那巨大的定风翼，可千万别以为它只是用来

4、做广告的，对于F1赛车，它可相当于飞机的翅膀。而赛车定风翼与飞机机翼的最大区别在于当飞机机翼因为飞机提速而产生足够升力时，赛车定风翼则将机翼的升力工作原理进行倒置。反向安装的前、后定风翼将会使空气产生下降的力量，也就是我们所称的“下压力”，以保证高速行进中的赛车“抓住”地面不会引起大幅摆动甚至是漂浮乃至侧翻。一辆F1赛车的定风翼能产生相当于赛车重量3.5倍的下压力。从上世纪60年代起，定风翼开始应用于F1赛车上，导致F1赛车的速度普遍得到提高，但由于各个车队在定风翼的使用上缺乏足够的安全保障，随之而来的是事故的增加，于是1970年F1规则对于定风翼的尺寸和应用做出了限制，这种限制一直持续到现

5、在。赛车定风翼解决了下压力的问题，但是，何在产生下压力的同时又不增加空气阻力呢？这是动力学家在设计当今F1赛车的过程中面临的又一个基本的挑战。理论力学研究性实验报告同济大学赛车定风翼处于不同角度下产生的下压力是各不相同的，而前后翼的角度和赛道有直接的关系，因为空气的阻力和下压力是成反比例的，如果定风翼角度小，那么赛车的空气阻力就小，最高速度就大，但是赛车缺乏下压力和稳定性；相反，如果定风翼角度大，那么赛车的阻力就大，最高速度受影响，但是赛车在弯道的抓地力就强。所以，根据赛道的不同，定风翼设置的角度也不同。一般来说，如果赛道直道长，例如德国霍根海姆和意大利蒙扎，那么就调小角度；如果赛道弯道多，

6、例如摩纳哥蒙特卡洛，则调大角度。为了模拟赛车比赛时的空气动力学效果，几乎所有的F1车队都斥巨资修建风洞。在几乎24小时不停歇运转的风洞中，工程师们所研究的内容本身就是矛盾的，因为减少空气阻力必然影响下压力，他们所能做的只能是寻找一个美妙的平衡点。“空气动力学是赛车的最核心部分，而风洞是研发一辆性能优异赛车的最重要工具。”索伯车队老板皮特·索伯一语中的。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。虽然国际汽联出于减少车队成本考虑一直限制空气动力学的研究，但根本无法遏制车队间的军备竞赛。这或许就是为什么F1是世界上最豪华最昂贵的运动的原因之一吧。

7、说到空气动力学效率，就是下压力和空气拖放阻力的比例。目标就是要获得最大的抓地力，和最小的拖放阻力。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著跑，因为赛车可以产生超过车身重量数倍的下压力。要让F1赛车那样