為何擴散器能增加F1賽車的抓地力?

發布時間：2021-01-11

　　F1運動是一項科技含量非常高的運動，為了提升賽車速度，各家在空氣動力學上的投入都十分巨大，賽車前部的擴散片和尾部擴散器可以算的上是賽車空氣動力基礎了。然而，F1運動的多層擴散器被禁止使用了，吹氣擴散器也走到了盡頭，在擴散器上的一個個花招被光榮偉大的FIA斬落馬下，現在，是時候返璞歸真，說說作為賽車空氣動力基礎的擴散器本身。這也能讓我們更深入的了解工程師們在其上投入的汗水與金錢。


　　對F1賽車來說，路是用輪胎跑的，所以怎么保證輪胎與地面的緊密結合是最最重要的事情，這就是“抓地力”。而抓地力的獲得主要來自車輛懸掛控制的機械抓地力和空氣動力效應產生的抓地力。而利用空氣動力效應產生下壓力的擴散器是在整個車體的尾部，盡管從技術角度稱之為擴散器不是很正確，但是，大家還是用擴散器來稱呼賽車的這個部位。擴散器的作用有兩方面，一方面，它像一個翅膀彎曲起來，從而在賽車的尾部產生一個反方向的壓力來增加下壓力。第二個跟第一個作用息息相關，它是從車的下方抽走空氣從而形成一個低壓區域。但是，F1賽車會碰到一個問題，車底空間遠小于車體上方空間。而空氣流入較小空間后會產生亂流，從而影響空氣流動速度，這樣一來，底部的空氣壓力會明顯抬升。這個時候，擴散器就開始發揮效力了，擴散器主要作用就是讓混亂的氣流重新恢復正常流動，并且利用整理好的軌道，讓氣體加速流出。這時，由于賽車車底尾部的氣流快速流出，會在此區域產生了一個相對的低壓區。如此一來，這個低壓區就相當于一個抽風機，不斷將從賽車前部進入車底的空氣向后抽出。就這樣，賽車底部相對于賽車上部就產生了一個相對的低壓區。因此，賽車在高速行進中就被牢牢的按在了地面上。


　　現在，讓我們看看關于擴散器的簡單理論：


　　要理解擴散器的工作，我們首先要了解升力與壓力的基本原理�！�氣流在流經翼片時下表面的氣流要比上表面流過更長的距離，這就意味著在相同的時間內，下表面的空氣要加把勁兒，跑的更快才能準時與上表面的氣流匯合。根據伯努利方程，速度越快，壓力越低。這樣就降低了下表面的空氣壓力，在翼片的上下表面之間創造了一個壓力差。該翼片實際上被上方的高壓空氣向下壓，產生了下壓力。


　　賽車擴散器的設計法則就是讓賽車底部的空氣加速，創造一個低壓區，在賽車的上下表面之間產生一個較大的氣壓差，從而獲得更大的下壓力，或者說更快的彎道速度。

　　我們已經了解了基本的下壓力產生方式，接下來看更多的擴散器設計細節，以及它們之間為何有所不同。

　　擴散器的容積由前向后逐漸擴大，產生一個需要被流經的空氣填滿的巨大空間。這就像一個文丘里管一樣，在擴散器的喉部空氣被加速。產生工程師們渴望的下壓力。隨后，擴散器中的空氣逐漸減速，直到在尾部與車身上部的空氣匯合(見下圖)。擴散器內部的擴張曲線非常重要，曲線的曲率要經過嚴密的研究與實驗，保證內部的氣流順暢地流經擴散器的頂部與側邊而不發生氣流剝離。

　　擴散器出口上方的翼片(在F1中就是粱翼)同樣對擴散器的效率有重要的影響。該處的翼片可以確保在擴散器出口處抽出的氣流全部是來自于賽車底部，而不是賽車的上表面。


　　一般來說，由于擴散器產生下壓力的效率(升阻比)非常高，所以，現代F1賽車擴散器負責產生總下壓力的40%左右，所以可以說，賽車最重要的不同都在我們看不見的底部，整個賽車都應圍繞提高擴散器效能這一目標展開設計，而平常我們看到的照片中的擴散器其實只不過冰山一角罷了。