F1赛车与空气动力学
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
F1赛车术语
Acceleration加速度，衡量物体速度或速率改变的量(指标)，在F1中通常用米/秒为单位。
Active suspension主动悬挂，由液压或者空气控制的悬挂，可以由车载电脑发出指令，改变车身高度，该项技术在F1中是禁止的。
Aerial天线，安装在驾驶仓前端的通讯装置，用于双向无线通讯和遥感勘测。
Aerodynamics空气动力学，研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化等。
按照相对运动的速度级别，可粗略的分为低速空气动力学和高速空气动力学。
F1赛车属于前者，研究课题主要是下压力、空气阻力和扰流。
Aerodynamic drag空气阻力，是指物体在同气体作相对运动时，所受到的阻碍力，这是由物体的形状决定的，两个常用的衡量指标是风阻系数和横截面积。
Airbag安全气囊，能够在车辆发生事故时迅速充气的被动安全设施，用于保护乘员安全。
Air box气箱，用于从外界向引擎导入新鲜空气的装置，F1赛车的气箱位于车手头部上沿。
Anti lock brake system防抱死制动系统，俗称ABS。
用于保持车辆在制动情况下仍具可控能力的装置。
具体工作原理是，在车辆制动时，由电控单元来调节驾驶者的刹车力度，防止车轮被抱死。
需要特别强调的是，ABS设计的初衷，并非为了缩短刹车距离；另外，在F1中，ABS是被禁止的。
Apex弯道顶点，也就是我们常说的弯心，这是理想驾驶路线的必经之路。
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿Back pressure排气回压，引擎废气在排出的过程中受到的阻力，这可能是为了控制引擎噪音或者废气指标，而加装消声器或催化装置带来的阻力，也可能是某些引擎自身的要求，需要排气回压。
而如果将废气直接排入空气中的话，可将回压降至最低，F1引擎便属于这种。
Balaclava防火头巾，车手在戴上头盔前套在头上的面罩，用于防止车手头部被大火烧伤。
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英文术语
灭火器，每一辆F1赛车都必须配备灭火器，灭火器需要在赛车起火时向底盘周围和引擎喷出灭火剂，而且必须能由车手和外部人员触发。
Formula 1
F1，F1这个术语是在第二次世界大战之后引入的，旨在定义最高级别的汽车赛事。第一场F1世界锦标赛是在FIA的指导下，于1950年5月13日在银石举行的英国大奖赛。
发夹弯，180度的回头弯，最著名的发夹弯是摩纳哥赛道的Loews hairpin，也就是现在的the Grand Hotel hairpin
Head and Neck Support (HANS)
头颈保护系统，自2003年开始引入，用于给车手的头部和颈部提供附加的保护。头颈保护系统继能防止车手的脊椎向后拉伤，也能防止车手的头部前甩，撞上方向盘。
Fading
制动衰减，技术术语，指制动系统在长期、剧烈的使用后，制动能力下降。制动衰减主要是针对传统的钢质刹车碟，现在F1使用的碳纤维刹车碟制动衰减非常低。
Fédération Internationale de l′Automobile
国际汽联，简写为FIA。国际汽联主要负责制定F1的技术规则和运动规则。FIA始建于1904年，现任主席是马克斯-莫斯利(Max Mosley)，来自英国。
Apex
弯道顶点，也就是我们常说的弯心，这是理想驾驶路线的必经之路。
Back pressure
排气回压，引擎废气在排出的过程中受到的阻力，这可能是为了控制引擎噪音或者废气指标，而加装消声器或催化装置带来的阻力，也可能是某些引擎自身的要求，需要排气回压。而如果将废气直接排入空气中的话，可将回压降至最低，F1引擎便属于这种。Balaclava
地面距离，指赛车底部与地表之间的距离。
f1赛车专业术语
f1赛车专业术语F1赛车是一项高速度、高技术含量的赛车项目，拥有许多专业术语。
下面是一些常见的F1赛车专业术语。
1.赛车底盘（Chassis）：指的是赛车的整个车身结构，包括底板、车身、车头、车尾等部分。
2.赛车动力装置（Powertrain）：指的是赛车的动力系统，包括发动机、变速器以及相关的冷却系统和排气系统。
3.发动机（Engine）：赛车上的发动机通常是一台内燃机，能够产生高功率的驱动力。
F1车辆通常采用V6涡轮增压发动机，最大功率约在1000马力左右。
4.变速器（Gearbox）：将发动机的高转速和高扭矩转化为适合赛车运动的力量输出。
F1赛车通常采用半自动变速器，并且拥有8个前进档位和1个倒档。
5.轮胎（Tyre）：赛车的轮胎是赛道与赛车之间唯一的接触点，对于赛车的操控性、抓地力非常重要。
F1赛车轮胎由供应商提供，通常分为干地胎和雨地胎两种。
6.空气动力学（Aerodynamics）：是研究赛车在高速行驶中空气流动的科学，它涉及到赛车的车身外形、车翼、进气口等部分设计，能够增加赛车的下压力，提高操控性能。
7. DRS（Drag Reduction System）：减阻系统，是一种赛车尾翼的活动装置，通过调整车翼的角度，在赛车高速行驶时减小空气阻力，提高加速性能。
8. ERS（Energy Recovery System）：能量回收系统，通过回收赛车制动过程中产生的能量，并将其转化为车辆动力的一种技术。
F1赛车的ERS系统包括两个部分：Motor Generator Unit-Kinetic (MGU-K)和Motor Generator Unit-Heat (MGU-H)。
9. KERS（Kinetic Energy Recovery System）：动能回收系统，是F1赛车在2009年至2013年期间采用的能量回收系统，主要通过制动能量回收装置将制动过程中产生的能量储存，然后在需要时释放，提供额外的动力。
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。
f1赛车为什么那么快
f1赛车为什么那么快f1赛车为什么那么快f1为什么那么快之空气动力学f1赛车之所以会跑这么快，很大一部分原因是来源于其空气动力学的构造。
这个说来话长，几乎可以单独写一篇文章，碍于篇幅，这次先简单说说。
f1的空气动力学原理与飞机正好相反，飞机是利用气流使双翼产生升力，而f1赛车则是利用气流将车身向下压，产生下压力。
下压力有了就能让轮胎获得更大的抓地力。
而设计一辆f1赛车的难题就在于，如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。
f1为什么那么快之制动系统跑的快也要停的住，f1赛车的刹车系统可以说是其高速行驶的安全保障之一。
从原理上讲，f1赛车的刹车系统与民用车没什么区别，都是盘式刹车。
而且f1赛车的刹车也是由一些生产民用刹车系统的厂商生产的，例如很多刹车系统都由brembo、carboneindustrie和hitco三家厂商提供。
但有所不同的是，因为f1赛车的刹车片和刹车盘均为碳纤维材质，刹车盘的直径为278mm，厚度28mm工作温度可以达到900°以上。
像新加坡那样的夜战，很容易就能看到一个被烧红的刹车盘在飞驰。
所以f1车队会提出具体要求让这些厂商定制刹车系统。
其所使用的材料和精密的加工工艺，才使得f1的刹车系统无论在性能还是成本上都远高于民用车。
f1赛车跑得快的原因虽说f1的动力系统并不是起高速度的全部原因，但离开动力系统这一点也不可以谈速度。
本赛季f1赛车的动力单元排量上限为1.6升，v型六缸涡轮增压形式。
相比于之前的赛季，声音等各方面都出于安全和环保的原因做出了妥协，虽然排量减小，缸数缩到六缸，但f1的动力单元还是可以达到15000rpm的转速和900匹马力的输出。
这不光是拜涡轮增压所赐，还要靠一套复杂的混合动力系统。
f1为什么那么快?普通汽车都有设计目的，对于民用车来说，更是要兼顾多个方面。
而f1只有一个目的，就是以最短的时间的跑完规定路线，其他的一律不管。
正因为如此，f1赛车本身就是所有尖端车辆技术的试验场，浑身上下都是当今最好的科技和部件。
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F1赛车与空气动力学
速度与激情
F1—世界一级方程式锦标赛
一些令人窒息的数字
F1: FIA Formula 1 World Championship（世界一级方程式锦标赛）
由FIA（国际汽车运动联合会）举办
世界三大体育盛事之一
加速性：2.5s内从0加速到100km/h，5s内加速到200km/h 制动性：1.9s内从200km/h减速到0，刹车距离55m
赛道急速记录：372.6km/h
弯道过载：4个G左右
F1赛车组成
赛车必备部件：引擎、底盘、悬挂系统、轮胎、刹车系统、车身、方向盘
四大要素：引擎、车手、空气动力学、轮胎 空气动力学部件：前翼、后翼、扩散器、鼻锥、导流板
作用：
产生赛车前部的下压力
组成：主翼、端板、级联翼片、中段翼 影响气流向后的走向
与车身中后部下压力平衡
增加翼面积
增加翼型弯度
推迟流动分离，增加失速迎角 显著增大下压力系数
减小气流上洗
较小诱导阻力
引导气流离开轮胎
级联翼片
产生附加下压力
引导气流绕过前轮，减小气动阻力
中段翼
翼型上下对称 不产生下压力
尾翼
作用：
产生赛车后部的下压力 与车身前部下压力平衡组成：上层尾翼、端板、翼梁、失速尾翼、DRS减阻系统
上层尾翼
增加翼面积
增加翼型弯度
推迟流动分离，增加失速迎角 显著增大增大下压力系数
连接结构
减小诱导阻力
获取下压力
翼梁接近扩散器，提高扩散器的效率
失速尾翼
直道加速超车
弯道、直道性能可兼得
DRS系统（减阻系统）
利用液压系统将襟翼放平，
减小下压力和阻力
扩散器
扩散器是底盘末端的一段上翘结构
扩散器给底盘下方被压缩的气流提供了一个释放的出口，进而诱导底盘下方的气流加速
作用：
疏导气流，提高空气动力学的效能
发生碰撞时吸收撞击能量，保护车手安全
阶梯鼻锥：使更多的气流流入车底，
提高扩散器的工作效率，提高下压力
“吸尘器”、“食蚁兽”、“剑齿虎”、……
曾经另类的F1赛车
F1是高科技、团队精神、车手智慧与勇气的集合体，代表着人类最高的汽车设计制造水平，引领着汽车产业的技术发展方向，是先进民用汽车技术的实验场和发源地。
高科技赛事
谢谢！
Thank you。