可調尾翼

可調尾翼

可調尾翼是世界一級方程式(F1)在2011賽季引入的一項旨在降低阻力提高尾速以增加超車可能的位於賽車尾翼的一項技術部件。

可調尾翼的先導——失速尾翼,可調尾翼——DRS系統,DRS的機械結構及其工作原理,視頻介紹,

可調尾翼的先導——失速尾翼

2010年F1最重要的技術設計當屬邁凱倫車隊在MP4-25上引入的F-duct。其實它的學名應該為吹氣尾翼或許失速尾翼。之所以叫F-duct是由於他氣流的引入點是開啟在其車體上資助商Vodafone標誌的F字母旁。其真正的作用是向尾翼下表面吹氣引發失速,導致尾翼下表面氣流剝離而大大降低所產生的下壓力。
F1賽車需要下壓力,但是下壓力同時帶來摩擦阻力。足夠下壓力可以讓賽車輕鬆過彎,但是也會讓賽車在直線上的最高速度大受限制。所以這是為什麼每支車隊在不同的賽道上採用差別的空氣動力學套件。這便是為了達到下壓力和阻力的均衡,由於每條賽道特性的差別,有的要求高壓力,比方說蒙特卡洛,也有的追求低下壓力、直線速度的,比方說蒙扎。假如賽車可以在彎道中有高下壓力,在直線上擁有較低下壓力,則這車的設計能夠比較完美地符合各個賽道。但是由於可動的空氣動力學套件被FIA制止,可以主動調節下壓力的合法部件比較難以設計。
可調尾翼
失速尾翼則是邁凱倫車隊找到的一個方法。它在車手座艙左膝旁開了一個氣流孔(圖中的2.控制閥門),車手可以經過左腿膝蓋去控制。在氣流孔開啟時,從鼻錐上F字母旁的氣流入口中進入的空氣會從車手左膝旁的這個氣流孔流出。而在直道上車手因為不需要用左腿踩剎車踏板,則可以用左膝將氣流孔堵住,氣流就會被引導到鯊魚鰭狀的引擎蓋導向尾翼,將尾翼下方的氣流吹亂,使其剝離尾翼(確切的是尾翼的副翼局部)下表面從而發生失速的效果。因此減小在直道中受到的摩擦阻力,提高賽車在直道的最高速度(大約增加10km/h)。

可調尾翼——DRS系統

在FIA的同意下,世界一級方程式大獎賽(F1)在2011賽季新引入了可調式尾翼,就是Drag Reduction System(簡稱:DRS,這個部件與2010賽季的F-DUCT的作用相似,都是用來降低尾翼產生的下壓力進而降低摩擦阻力等來增加賽車的最高速度,因此這個部件的中文翻譯應該為降低阻力系統,也可以意譯為可調尾翼/可變尾翼。
2011賽季後,車手們能夠操控可調尾翼,經過調節尾翼角度(調平尾翼上方的副翼,亦稱為打開尾翼/打開DRS),降低賽車受到的阻力,相當於使得賽車在直道上大約獲得額外的60匹馬力,進而在直道上獲得更大的速度,一般可以讓尾速提升15-20km/h。
不過,車手對可變尾翼的運用是有嚴格限制的。依據現在FIA指定的規則,整套可變尾翼受到電子系統監控。車手擁有DRS使用權的情況是:
1.只有在指定的DRS使用區中才能打開DRS;若是車手踩下制動踏板,尾翼將自動復位。即可以認為DRS區是從賽道旁的DRS提示板到直道尾段
2.只有在後車與前車的距離小於1.0秒的範圍內(後車與前車通過DRS監測點的間隔少於1秒),才有DRS使用權,此時方向盤上DRS按鈕旁的提示燈將會亮起;
3.正式比賽開始後前兩圈及安全車離開後前兩圈禁止使用DRS;
4.雨天搭載雨胎時或出現黃旗的情況下,禁止使用DRS,直到條件允許且賽會公告重新允許使用。
5. 在周五周六的練習賽、排位賽期間,只要進入DRS區域,車手就可以打開DRS,不受到距離前車1秒的限制。
6.2011-2012賽季,周五周六的練習賽和排位賽期間車手可以在賽道任意位置使用DRS,而在2013賽季後,整個大獎賽周末都只允許在指定的DRS區域使用DRS。
F-DUCT與DRS的對比:
F-duct是牢固的,如上文描述的,使用時賽車外形不會有肉眼可見的變化,只是通過導管來擾亂尾翼的氣流引發失速。
DRS是手動的控制打開的, 使用時可見到尾翼會打開,形成上下兩層的副翼狀態。
DRS和F-duct都是經過減小賽車的阻力而增加直道最高速度,不過F-duct可以隨意運用,而DRS的運用有嚴厲的限制。

DRS的機械結構及其工作原理

方程式賽車的尾翼形狀從前到後是一個先下探後往上拉升的勺形,而且下表面的弧度要比上表面的弧度大,從而在尾翼上下表面產生壓力差而獲得“氣動負升力”,即下壓力。此外方程式賽車尾翼的後半部是與水平成70-80度角的翼片,使得氣流沿著尾翼的形狀高速流動而向上升,這也就是“上洗效應”。
方程式尾翼形狀截面圖方程式尾翼形狀截面圖
“上洗效應”就是給空氣一個向上的力使其上升,賽車尾翼則獲得空氣對其的向下的反作用力。因此方程式賽車尾翼產生的下壓力來自於尾翼前半部分上下表面產生的壓力差以及尾翼後半部分上洗效應產生的反作用力。而放平尾翼,為的是在高速狀態下,減少上洗效應而降低下壓力。一般情況下,開啟DRS可以帶來10~15km/h的尾速提升。
DRS也就是在以上的原理中產生的,讓賽車在每條賽道的指定區域中,打開可變形尾翼,從而減少在直道上的下壓力,讓賽車在直線上更快,增加超車的可能,從而大大增加了比賽觀賞性。

DRS開啟時尾翼形狀截面圖DRS開啟時尾翼形狀截面圖
在賽車進入賽道指定的允許使用DRS的區域時(一般是比較長的直道,又稱為DRS區),通過車手按下一個按鈕,把尾翼的上方的副翼調平,讓氣流暢通的流過賽車尾翼上半部以減少“上洗效應”,進而減少尾部的下壓力。讓賽車減少在高速情況下的下壓力,即能夠減少賽車輪胎受到的摩擦阻力,從而能夠獲得更大的加速度與更高的極速,因此有機會超越前面的賽車。

視頻介紹

紅牛F1車隊官方科普片KERS與可調尾翼介紹
大致翻譯:<大家好,我是馬克韋伯(賽巴斯蒂安維特爾).在這裡我將為大家介紹可調節尾翼和kers系統.
每一次剎車過程中產生的動能被傳送至一個電機,在這裡動能被轉化為電能並儲存在電池裡.通過kers按鈕,額外的80馬力將會被傳送至後輪.每次充電可以分次或一次使用大約6.6秒.kers可使每個單圈快0.3秒,但想要擁有超車空間的話你需要每圈快上1.5秒.在比賽中使用kers將會使我們比對手擁有更多優勢.在比賽中該如何使用kers呢?你可以用來防守,或者用於超越前車.kers在排位賽中頗具優勢,但最有用的地方在於發車.發車時kers的電池已經充滿,此時使用可以讓你在車流中從容超越,或者在前方守住自己的位置.因此在比賽中kers起著十分關鍵的作用.
2011賽季新的空氣動力學規則可調節尾翼取代了調節前翼.可調節尾翼使得行駛中阻力會被減小.但是只有在規定超車區,並且距前車距離很短時才能使用.當你調節尾翼時你將跨越一道障礙:空氣阻力.可調節尾翼可以使你的賽車在直線上擁有更大的優勢,大約多10公里每小時>
索伯C30官方車載視頻 展示可調尾翼工作全過程

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