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F1赛车讲座一  空气动力学

(2006-06-01 19:50:14)
分类: F1技术常识
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底部行走。

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,但积架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Hungaroring车道上,赛车很难达到300km/h的速度,但在Hockenheimring车道上,车速可以超过350km/h。
通常所说的空气动力学研究内容是飞机,导弹等飞行器在名种飞行条件下流场中气体的速度、压力和密度等参量的变化规律,飞行器所受的举力和阻力等空气动力及其变化规律,气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。从这个意义上讲,空气动力学可有两种分类法:


首先,根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度,空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。通常大致以400千米/小时这一速度作为划分的界线。在低速空气动力学中,气体介质可视为不可压缩的,对应的流动称为不可压缩流动。大于这个速度的流动,须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。

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