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赛车一般都使用尾翼改善空气动力,为何没有使用侧翼的?

2024-11-03汽车

麻烦你首先定义一下什么叫」侧翼「?在车的两侧向飞机一样伸出翅膀吗?那车辆如何比赛呢,超车都有点困难吧。。。

但是实际上,首先,尾翼从来都只是空气动力学的部件之一,甚至都不是贡献最大的。

比如我们来看看2022年前的F1赛车(先不讲」地面效应「,后面说)的下压力分布:

2022年前得F1赛车下压力分配

可以看到,尾翼只占了25%的下压力,其比重和前翼相同。真正的下压力大头是车底扰流和扩散器,占了65%!

从这个角度来说,你有没有想过,赛车的车身和车底本身,就是起到了你说的」侧翼「的作用?

如果觉得还不像的话,看看2022年开始的F1赛车吧。下图包括了一个直观的对比,下面的2021年赛车的车底形状大致贡献了上图的分配比例,而2022年的赛车显著得不一样了。

2021年和2022年规则F1赛车得车底形状变化

变化在哪里了?其实是从2022年开始,F1重新引入了「地面效应」概念。在70年代的F1上(比如莲花78)就开始使用了。原理非常简单,一看截面你就明白了:

70年代地面效应赛车的侧箱剖面示意图

整个侧箱的剖面看起来像是一个倒置的机翼。这样通过上表面的空气未被压缩,而通过下表面的空气在车底和地面之间经过一个截面的变化。在截面最小的地方,空气流速最大,也就会产生最小的压强(流体力学中的「文丘里通道」)。而上下表面的压力差就产生了一个非常大的下压力。

反过来说,整个F1赛车的车身就是一个反置的机翼。是否能满足你的「侧翼」要求?

2022年开始的F1赛车重新采用了这个原理。在风洞模型上看得更清晰

2022年起的F1赛车重新引入了地面效应

当然,每个车队的设计都会有所不同,一般都是每一家的秘密。偶尔当有小可爱们撞车需要起吊救援的时候,我们可以看到它们车底设计的真容:

即便不是F1,而是使用量产车白车身改制的赛车(比如GT3),下压力来源也不仅是尾翼。事实上,如果太依靠尾翼,车会几乎无法驾驶(空气下压力严重偏后轴)。

GT3的外观

以GT3赛车为例,其「空气动力学部件」主要指以下几个部分:

  1. 尾翼
  2. 前唇(air splitter)
  3. 车底和扩散器(及侧裙)
  4. 其他附件,如dive plane、轮拱抽乱流设计等

前唇和车底及扩散器贡献的下压力是不比尾翼小的。

比如下图AMG GT3的注册表中的车底设计。抛开那几个NACA duct不谈,在前唇后方就有扩散设计(通往前轮拱),以及将乱流挤出车底的设计。中间部分是个非常大的平面,到车尾后靠扩散器对气流进行减速(反过来是保持车底气流处于高速状态)

我们再看下,即便最接近普通轿车的房车赛事「Touring car」,其空气动力学部件也包括了至少前唇和尾翼。在当前流行的TCR中技术规则允许车尾扩散器,但由于同时又不允许封闭车底,大多数制造商觉得单独扩散器没用也就不使用了。前唇是非常重要的用于平衡前后空气下压力的部件。

前轮驱动的TCR赛车

当然,闭轮赛车中空气动力学的极致大概是勒芒原型车了(LMP3/2/1、LMH、LMDH),但总体而言也是用车身做空气动力学部件。

勒芒原型车的CFD计算截图