揭秘F1赛车科技(三)：空气动力学及TC系统
揭秘F1赛车科技
揭秘F1赛车科技（一）：车身、底盘现在中国的F1车迷几乎在以几何级数增长，这项刺激的运动正吸引越来越多的人周末坐在电视机前。
而作为一个高科技的综合体，F1赛车本身就是一个夺目的焦点，所以，此次我们便来看看，F1赛车究竟主要蕴含了那些先进技术。
而鉴于整车系统的庞杂，我们将分为车身底盘、动力及制动系统、空气动力学及TC系统三个篇章为大家逐次讲解：车身及底盘部分驾驶舱相信所有人对今年宝马车手库比卡从撞车事故安然无恙的生还，并且两天之后就出院的奇迹记忆犹新，当时彻底损毁的赛车仅剩的那部分就是驾驶舱，这个保护车手免于事故伤害的部分正是F1赛车上最坚固的部分。
驾驶舱在F1赛车上处于车身结构的中央位置，它的前面是前鼻锥和前悬，后面则是引擎和后悬架，它是一种单壳体结构，行话称之为“tub”。
在结构上它是底盘的一部分，也是车手的救生舱。
宝马索伯F1赛车的单壳体，微观上是蜂窝状结构碰撞后仅存的救生舱救了罗伯特库比卡驾驶舱都是根据车队正式车手的身材量身打造，用很多层碳素纤维粘合而成，并且在高温中定形，要知道碳纤材料的强度是同等质量钢的5倍，所以驾驶舱几乎是金刚不坏之身。
F1有条基本规定是车手在不移动任何部件（但是必须拆下方向盘），可以在五秒之内离开驾驶舱，所以驾驶舱必须有足够的结构强度，而且不能在碰撞中飞出任何零件。
驾驶舱的前后部分是所谓吸能区，在碰撞中就像我们看到的，它们都会变成碎片，以此尽量分散冲击力。
驾驶舱的顶部（引擎进气口）包括T形臂也是非常重要的安全设计，它们可以保护车手的头部在翻滚中不会受伤，和敞篷跑车上的防滚架原理一样。
为了减小来自侧面的碰撞碎片对车手的头部的伤害，驾驶舱侧沿也被有意加高。
翻车事故中车顶的T形臂充当了防滚架的角色，它也是安装摄像头的地方，根据颜色可以区别车队的一号和二号车手我们都知道市面上的量产车要经过一些碰撞测试，比如著名的Euro-NCAP（欧洲新车安全评鉴协会）。
虽然欧盟的标准在世界上已经算是最严格的了，但是诸如54km/h的正面碰撞测试拿到F1来可以说几乎没有任何意义。
F1赛车中的空气动力学分析
间的函数。一般来说，对于一般的流体学问题，需要将N－S方程
结合质量守恒，能量守恒、势力学方程以及介质的材料性质，一 同求解。由于其复杂性，通常只有通过给定边界条件下，通过计 算机才可求解。
4.在空气动力学中什么是地面效应？
A:严格来讲，地面效应的概念只适用于在高速空气动力学。飞机 的翼尖涡流是这一理念被引入的主要原因。当飞机机翼进入
2.F1赛车中的空气动力学（二）
3.F1赛车中的空气动力学（三）
4.F1赛车中的空气动力学（四）
5.F1赛事中的高科技(一)神奇的橡胶
6.F1赛事中的高科技(二)制动技术的实用化
必答:
1.为什么雨滴形状的风阻系数最小？
A:因为水滴可以自由变形，如果风阻大的话，受力的部位会变形，最终 变到风阻最小的形状就不再变形了。
使用偏软的配方也会使轮胎磨损得很快。只要观察一下赛道上的主赛车 线，就可以发现大量残留 下来的橡胶颗粒（对于高速行驶的赛车而言， 这些颗粒的撞击力相当于子弹）。所有的轮胎在高温下可以维持不错的 工作状态。F1使用的是开槽的轮胎，通常在90℃～1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0℃之间达到最佳工 作温度。为了维持胎温，轮胎内填充的不是普通的空气而是特殊的低密 度的含氮气体混合物，这样可以在同样温度下尽可能地减小胎压，同时 也可以比普通的空气更久地维持胎压。
高速状态时，其下表面的高压气流往往会越界翻滚到机翼上表面
扰乱低压气流，从而形成诱导阻力。降低机翼的升阻比，导致机
翼效率大降。而当飞机近地飞行时，由于与地面之前的空间更为
有限，机翼下部的气流层便会 更加的平稳，从而扰乱翼尖涡流。
在没有翼尖涡流的情况下，机翼的攻角能变得更为接近理论水平
，因此便使飞机更有效率。这就是地面效应真正的作用。同时很
浅析F1空气动力学：与飞机不一样的翅膀
浅析F1空气动力学：与飞机不一样的翅膀特约记者瑞夫报道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，而从飞机诞生之日起一门新的科学也随之诞生了，这就是空气动力学。
与飞机不同的是，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”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，而F1赛车也有了自己的翅膀——前定风翼和后定风翼以及其他空气动力学部件。
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。
定风翼的基本工作原理其实与我们所看到的一架普通飞机的机翼是一样的，最大的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，一般我们将其称为“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。
上世纪60年代，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作出了限制，这种限制一直持续到现在。
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。
F1赛车的空气动力学原理
F1赛车的空气动力学原理怎样运用空气动力学的原理使F1赛车的速度发挥到极致的水平如何才能设计一个简单的风洞有哪些简单模型可以测试下压力与阻力虽然一级方程式赛车是一种高速汽车，但在机械概念上却较接近喷射机，而非家庭房车。
它们巨大的双翼不但具用商业广告牌的作用，同时还可以产生至关重要的「下压力」。
这种空气动力会使流经汽车上方的气流将车身向下压，使车子紧贴在车道上。
相反地，飞机则是利用巨大的双翼产生「上升力」。
将车身压在车道上可使轮胎获得更大的抓地力，进而在弯道时产生更快的加速度。
由于一般普通房车没有下压力，因此甚至无法产生1G(一个重力单位)转弯力。
一级方程式赛车能产生4个G的转弯力。
在时速230公里时的状况下，F1赛车上方气流产生的下压力足以使它在隧道里沿着隧道的顶部行走。
在设计当今一级方程式赛车的过程中，扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战：如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。
这正是汽车必须克服的问题。
在汽车空气动力设计的过程中，风洞扮演着重要的角色。
进行风洞实验时，通常先制作一半体积的模型，而风洞就像一个巨大的吹风机，将空气吹向静止的模型。
虽然这个吹风机的价格非常昂贵，但美洲虎车队仍然编列四千九百万美元的预算，将在该车队新建的银石(Silverstone)工厂建造一个风洞。
空气动力可以根据不同赛车场的特征而调整。
较直的跑道需要较低的下压力设定值，如此可减少阻力，并且有助于赛车提高极速。
较曲折的车道需要较高的下压力设定值，如此可令赛车的极速降低。
例如，在曲折的霍根海姆车道上，赛车很难达到300km/h的速度，但在蒙扎车道上，车速可以超过350km/h。
部现代的F1赛车与一架飞机有许多共通之处，就如它与一辆普通汽车的相通处一样多。
空气动力学已成这项运动成功的关键所在，因此各个车队每年要在这个环节的研发上花费几千万美圆。
空气动力学设计师有两个基本的任务：一是如何获得下压力，来帮助是赛车轮胎抓住赛道并提升转向力；二是把因气流和启动引起的使赛车减慢的阻力减到最小。
f1中的科技小知识
f1中的科技小知识
嘿，朋友们！今天让咱来聊聊 F1 中的那些超酷的科技小知识！
你知道么，F1 赛车那可真是速度的怪兽啊！就好比是一只脱缰的野马，疯狂地在赛道上飞驰。
比如说赛车的轮胎，那可不是普通的轮胎哦！它们就像是运动员的超级战靴一样重要。
想想看，要是一个运动员没有好的鞋子，那还怎么发挥出最佳水平呀！F1 赛车的轮胎就得能在极端的条件下提供超强的抓地力。
还记得有一次比赛中，车手就因为轮胎的出色表现，在弯道中轻松超越对手，那场面，真叫一个过瘾！
再来说说赛车的空气动力学设计。
哇塞，这可真是太神奇了！它就像给赛车装上了翅膀，能让赛车在高速行驶中稳稳地贴在地面上。
这就好像飞机的机翼一样，能产生神奇的力量。
有一次看比赛，看到一辆赛车因为出色的空气动力学设计，在直道上的速度简直快得惊人，把其他赛车远远地甩在后面，那真的太震撼了！
还有赛车的引擎呀！那可是赛车的心脏啊！强大的马力输出就如同怒吼的雄狮。
每一次引擎的轰鸣，都像是在宣告它的强大力量。
就像有一场比赛中，那辆赛车的引擎声简直太震撼了，感觉整个赛场都被它的声音所笼罩。
F1 中的科技知识真的是无穷无尽啊，每一个细节都可能决定着比赛的胜负。
这不就是科技的魅力所在么？咱就是说，F1 赛车如果没有了这些高科技的加持，那还能这么精彩吗？绝对不能啊！所以说，这些科技小知识真的是太有趣、太重要啦！大家以后看 F1 比赛的时候，可一定要多多留意这些神奇的地方哟！。
浅谈F1中的空气动力学
浅谈F1中的空气动力学05级少年班Pb05000827 陈晨引言：随着2006赛季的F1大奖赛的如火如荼的进行，许多人都为之热血沸腾，然而，我们今天要注意的，不是其中的比赛，而是这世界第三大运动背后的问题：空气动力学。
在这一项以竞速为本质的比赛中，有一个众所周知的秘密，那就是车体的空气动力学。
这是一个车队试着去隐藏而又藏不住的问题。
在维修站里时，前定风翼被伪装起来，以保护自己的微妙设计。
可能许多人都不知道，2000年英美车队和乔丹车队在前定风翼上用了透明材质，另外曾有车队在赛车小翼上用弹性材质，这就更难辨认其形状。
这就足以见得，赛车中的空气动力学是多么的重要，甚至可以说，空气动力学是赛车的灵魂。
下面，就让我们简单地了解一下它的基本原理和在比赛中的具体应用。
理论原理：空气动力学看起来是一个很让人伤脑筋的名字：空气也能产生动力？其实，这里说的空气动力并不是要把空气变成赛车的动力，而是让空气在赛车高速行驶过程中的高速流动而产生的气压变成对赛车有利的力量。
首先我们来分析一下，在赛车的运动过程中，哪些力量构成对赛车的阻力。
首先，所有的液体和气体都是由可滑动的粒子组成的。
当液体或气体通过一个表面时，最靠近表面的粒子层会附着在表面上。
而这一层之上的粒子运动会因为物体表面相对静止不动的粒子层而减慢。
同样，这一层以上的粒子的运动也会受到影响，导致滑动速度的减慢，只是减少量减小了。
离物体表面越远，粒子层受的影响越小，直到它们以自由粒子移动。
那一段导致粒子滑行速度减慢的层，称之为临界层。
它出现在物体的表面，形成表面摩擦力。
学过中学物理对分子力学有初步认识的读者应该很容易理解这一点。
力需要改变分子的运动方向，于是形成了第二种力，称之为形状应力。
在空气动力学中，尺寸也是因素。
赛车的前鼻（当你正面看到赛车的那一部分）越小，分子改变方向的面积越小，也越容易通过。
少量的引擎动力被流动的空气所吸收，绝大多数都转化为在赛道上疾驶的动力。
F1赛车高端科技详细图解
10公斤
一条前轮轮胎的重量。
12公斤
一条后轮轮胎的重量。
1.2 / 1.3巴
为了提高抓地力，F1轮胎充气气压相对较低，以便让轮胎表面与赛道有最大的接触面积。
150
在制造一条F1轮胎时需要使用150种不同的原料，其中包括橡胶(天然橡胶和合成橡胶)、苯乙烯丁酸(用于提高抓地力)以及聚丁烯(用于提高耐久性)。除此之外，一条轮胎中还包含例如尼龙或者涤纶等织物纤维、树脂、硫磺、蜡、石油等原料。
NO.1-80米 NO.1-8度
NO.2-未公开
威廉姆斯 英国威廉姆斯格洛夫工厂 NO.1-1999年
NO.2-2004年 NO.1-50％
NO.2-60～100％ NO.1-55米/秒
NO.2-55米/秒 NO.1-无
NO.2-未公开
迈凯轮 英国沃金总部 2001年 40～60％ 50米/秒 未公开
F1空气动力学研究的目的与核心手段
在F1中，空气动力学研究的核心目的是在保证赛车获得足够下压力的情况下拥有最小的空气阻力，以提高赛车的速度和高速行驶的稳定性，所有为空气动力学服务的部件被称为空气动力学套件。
据专家统计，目前F1车队在空气动力学上的花费已占到其整个车队年度预算的15%，是仅次于发动机研发的第二大支出项目。在这一笔巨大花费中，其中相当部分投资于风洞建造和测试。风洞 (Wind Tunnel)是一个大型隧道或管道，在管道的中间，安装有一台巨型电扇，它可产生强劲的力流，经格栅等装置整理减少涡流后送入实验段，吹动放置在其中的实验模型。
在每个比赛周末中，车手只能使用16条轮胎，即四套类型相同的轮胎。
2，雨胎 — 劈开路面的积水
对于米其林来说，跟上湿地胎的发展趋势是很重要的。有时候，车手们不得不依靠一些人工手段—例如使用带有排水管的车辆等方法—才能测试最新开发出来的技术。
f1赛车的工作原理
f1赛车的工作原理F1赛车的工作原理涉及到多个方面的知识，包括机械、材料科学、空气动力学、电子技术等。
以下是一些关于F1赛车工作原理的详细解释：1.车辆架构：F1赛车的车架结构由轻质材料制成，包括碳纤维和钛合金等。
这种结构使得赛车既轻便又坚固，从而提高车辆性能和操控性。
2.发动机：F1赛车的发动机是一种高性能的涡轮增压式汽油发动机，具有极高的转速和功率输出。
发动机的燃油喷射系统采用先进的电子控制技术，可以根据不同的赛道条件和驾驶风格进行精确控制。
3.传动系统：F1赛车的传动系统由变速器和离合器组成，可以将发动机的动力传递到后轮。
变速器采用自动换挡技术，可以根据赛车的速度和驾驶者的需求自动调整档位。
离合器则可以在起步和停车时控制动力的传递。
4.悬挂系统：F1赛车的悬挂系统采用先进的弹簧和减震器技术，可以吸收路面不平整的影响，提高车辆的操控性和稳定性。
同时，悬挂系统的调整也是影响赛车性能的重要因素之一。
5.刹车系统：F1赛车的刹车系统采用碳纤维制动盘和高性能刹车片，可以提供强大的制动力，使赛车在短距离内减速停车。
此外，刹车系统的散热设计和压力调整也是影响性能的重要因素。
6.空气动力学：F1赛车的空气动力学设计是影响其性能的重要因素之一。
赛车的前部和后部的设计可以分别控制气流的流动和下压力的产生，从而影响赛车的行驶稳定性、操控性和速度。
7.轮胎：F1赛车的轮胎采用特殊的橡胶材料和设计，可以在不同的赛道条件下提供良好的抓地力和耐久性。
同时，轮胎的充气压力和配方也是影响性能的重要因素之一。
8.电子系统：F1赛车的电子系统包括发动机控制单元、悬挂控制系统、刹车控制系统等，这些系统采用先进的传感器和控制技术，可以精确控制车辆的性能和操控性。
总之，F1赛车的工作原理涉及到多个方面的知识和技术，这些技术的不断发展和创新，为F1赛车带来了更高的性能和更强的竞争力。
同时，这些技术的运用也是未来汽车工业发展的重要方向之一。
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【知识贴】揭秘F1赛车科技（三）：空气动力学及TC系统
1楼
一、空气动力学
现代F1赛车就像是一架贴地飞行的战斗机，只不过它的“机翼”产生的力是向下的。
随着技术的完善，空气动力学已经成为车队最后可
以竞争的领域之一，这也是为什么各支车队每年要花费几百万到数千
万美元在空气动力学套件的研发上，所以空气动力学可谓是赛事制胜
的法宝。
简单的空气动力模型
虽然空气动力学是非常复杂的工程，但是工程师们考虑的问题其
实只有两个：一、增加下压力，让赛车紧抓地面，这样可以以更高的
速度过弯；二、减小阻力，通过减小气流扰动产生的阻力以提高赛车
在直道的速度。
因为增加下压力的同时会产生风阻，所以两个看似矛
盾方向的平衡点，正是制胜的关键。
F1车队开始研究空气动力学始于上世纪60年代末期，但是它的原理早在莱特兄弟的飞机上天之前就已经由伯努利发现了。
当气流以不
同的速度通过一个机翼的上下表面，就会产生压强差，为了平衡这种
压强差，机翼就会向压强小的一面运动。
我们只要让气流通过的两个
翼面的长度不一样，就可以产生速度差，进而产生我们需要的升力，
或者对于F1来说的下压力。
F1就像是倒过来的机翼，现代F1赛车
可以产生3.5倍于自身重量的下压力，简单的说，就是只要达到一定
的速度，这些赛车都可以贴在天花板上开而不掉下来。
理论上说合适的设计可以产生非常高的下压力，但是过高的下压
力所带来的高速会让车手的身体无法承受，而导致一些事故的发生，
从七十年代开始，定风翼的位置、大小、角度等逐步被限制，从而限
制车速的提高。
但是F1车队的工程师很快找到了产生下压力的新方法，那就是七十年代莲花车队曾在Brabham BT46B赛车上使用的地效应底盘，这种底盘就是在车后安装一个巨大的风扇，然后把车底部的空气全部抽走产生几乎真空的环境，让大气压把赛车紧紧压在地面上。
这辆赛车只参加过一站比赛，它的巨大优势让国际汽联马上禁止了这种设计。
地效应底盘的莲花F1赛车
现在的F1赛车底盘主要靠车底的侧裙和后部的扩散器来达到相似的效果：底盘周围的侧裙对空气扰流可以产生气坝，气坝阻止了周围的空气进入底盘下部，而扩散器可以加速车底的空气离开，等于抽走了车底的空气而在底盘与地面之间生成了一个超低压区，由此可以产生巨大的下压力。
标注的地方就是扩散器，平整的底盘利于气流高速通过，纵贯车身的突起是底盘龙骨，也是整个赛车最坚固的部分
标注的地方是跑车的扩散器，原理和F1一样
F1车队无休止的利用风洞和巨型计算机来找出合适的空气动力学套件组合的原因就是因为每年的每一站F1赛道都有不同的特点，你永远不可能找到一个万能的方案，惟一的办法就是为每一条赛道找到一个平衡点，一个能平衡下压力和随之带来的阻力的解决方案。
比如在速度最低的摩纳哥，你会发现车身上会增加许多小翼，因为后尾翼和前鼻翼的定风翼层数都被限制，所以车队只能在小地方上下功夫。
相比之下到了高速的蒙扎赛道，这些东西就都不见了，因为车队要尽量减小阻力以提高赛车在大直道上的速度。
除了这些，从赛车悬架支臂的形状到车手的头盔现在都成了空气动力学的一部分。
工程师们在考虑如何让赛车更快的同时还必须考虑刹车和动力系统的散热问题，这也是空气动力学的一部分。
车手头部上方的进气口是为引擎燃烧提供空气的通道，而车身两侧的进气口分别是单独为发动机和变速箱提供冷却空气。
由于F1赛车的发动机是水冷而变速器采用机油冷却，所以有时车队甚至得针对赛道绕圈是顺时针还是逆时针决定是用左边还是右边的进气口来冷却发动机或变速器。
注意箭头和画圈的位置，中间箭头所指的是引擎进气口，两侧的是冷却进气口
所有F1车队都会进行的风洞和计算机模拟实验，没钱的小车队只能借用风洞做实验，大车队们则有钱建造自己的风洞进行实验，风洞里的赛车模型是完全根据真车按比例缩小的
针对车队的不断改进FIA总要不断修改比赛禁令，但是上有政策下有对策，2005年FIA通过规定提高前鼻翼的离地高度和后尾翼向
前移企图减小下压力而降低车速，但是车队们马上就想出对策，比如
迈凯伦车队现在已经被证明是取得成功的牛角翼，还有宝马车队昙花
一现的垂直翼。
迈凯伦－奔驰的牛角翼被证明是成功的设计，现在各车队争相效仿
安置在前鼻锥后部的垂直翼
∙2009-10-26 16:12
∙回复
42楼
二、TC牵引力控制系统
TC即牵引力控制系统，而明年我们的车手们就要和它说再见了，不过在它离开我们之前还是要简单说明一下。
F1的TC和我们民用车
的TCS原理是一样的，就是让轮胎保持最大的牵引力输出而不致打
滑。
其实没有TCS的民用车也很容易在起步时让轮胎冒烟，对于F1
这样的大马力赛车这样轮胎打滑是非常耽误时间的，而且也消耗轮
胎。
即使有TC，因为低速时几乎没有下压力，起步时轮胎还是会打滑
注意赛车前轮已经离地，如果比赛中撞掉了前鼻翼，F1真的可以“飞”
起来
F1的TC与民用车不同的是F1的TC是集成在发动机管理程序里面，
而民用车是基于ABS系统。
系统会检测轮胎转速和赛车相对路面的
速度，一旦发现轮速超过了车速，就会自动降低引擎动力输出，恢复
轮胎的抓地，这在起步和过弯时是非常有用的（过弯时轮胎能提供的
抓地力要分担向前的牵引力和横向的离心力，所以脚底下稍不留神车
子就会甩尾）。
上世纪八十年代车队开始尝试TC，到了1992年，带
有TC系统的威廉姆斯车队的Williams-Renault FW14-B赛车帮助曼
塞尔拿到了当年的总冠军（这辆车当时还装备了电控主动悬挂）。
虽然2008年开始FIA全面禁止牵引力控制系统，也许这对一些老
车手是个好消息，但是谁又能保证车队不会把TC系统程序源代码深深隐藏在发动机管理程序代码里面而继续使用TC呢？。