【科普】F1赛车的下压力是什么？

2022-10-27 18:50 6972 次阅读

下压力是作用在赛车空气动力的垂直分量。当赛车行驶时会有空气穿过，下压力将把赛车推到地面上。就空气动力学而言，赛车实际上有三种力：向下的力是垂直的，阻力是纵向的，侧力是横向的，有三个力矩围绕着这些轴。

下压力无疑是最重要的，因为我们可以获得更多动力，车越往下陷，转弯越快，车子的操控力就越好。当下压力发生变化的时候，车手在车里可以真切地感受到它的变化。

下压力的减少将导致赛车左右滑动更多，尾部不太稳定，但你在直道上会有更少的阻力。获得更多下压力的时候，赛车像是被“种植”在地面上一样稳定，但在直道上你会感觉身后有个降落伞。

为了让我们了解这些现代F1赛车产生的下压力有多大，我们可以聊聊旧的规定。大约在150公里/小时的时速下，赛车产生的下压力和它的重量一样大，赛车最低重量为795公斤（已更改为798公斤）。当你达到直道尽头的时候，在最大的行驶速度下，下压力可能是赛车的三到四倍。

你会认为转弯越快，下压力就越重要，空气动力学负荷是最大的。但是，因为这些赛车在低速和中速上花了太多的时间，所以下压力实际上是最重要的。如果你能让赛车拥有更好的抓地力和牵引力，就可以获得更好的进弯和出弯速度。

赛车产生的下压力大部分来自于底板，但也有很大一部分的下压力来自于前翼和尾翼的贡献。这两个地方也使得赛车更容易调节下压力，因为你可以改变前翼角度和位置，以及尾翼的角度，提供不同水平的下压力。

然而，虽然这些是明显的空气动力学元素，但是空气接触到的每一个表面物体都会产生某种形式的下压力。空气动力学家的任务就是让它们更好地协调工作，以提供最好的赛车性能。

研发空气动力装置的第一步是考虑流动构造，我们将首先通过计算流体动力学（CFD）来尝试实现这些流动构造，迭代一些几何图形，看看那些是成功的。那么如果我们实现了在CFD中寻找到的结果，我们就会决定做风洞测试。

在赛道上，赛车在空气中移动，围绕着赛道行驶。但是在风洞里，这些是反过来的，所以车是静止的，我们移动模型下面的道路，把风“拉”过来。这可以模拟相对运动中的赛车、赛道和空气。考虑到现在F1赛道测试的限制，风洞就是一个至关重要的工具。

2022赛季前半段，梅赛德斯只有最少的风洞测试次数，因为他们是上赛季的车队总冠军。在上半年，梅赛德斯只能进行额定320次风洞测试次数的70%，即224次测试，而哈斯车队可以进行368次风洞测试。