揭秘F1赛车科技(三)：空气动力学及TC系统

【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

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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