【The Race专栏】:新车发布季,值得我们注意的11点技术主题

2023-02-01 18:47 5391 次阅读

随着一级方程式新赛季的临近,各支车队也陆续开始了自己的新车发布仪式,每家都在紧张地探索着2023赛季第二代地面效应规则应用以后的设计趋势。

尽管有一些限制性的规定,而且和上个赛季不同,各家车队可以根据上赛季竞争对手的设计改进自己对新规则的探索,但预计新赛季的赛车设计仍然会有很多变化的空间,毕竟大家已经在新规则里摸爬滚打了整整一个赛季。

因此随着F1新车发布季拉开帷幕,我们也挑选出了新车发布时需要注意的一些关键的技术趋势和主题。

设计趋同

鉴于这只是F1新规则实施以后的第二年,所有车队不仅有机会在整个赛季中对他们的赛车进行广泛地升级改进,而且有机会观察发车区内所有赛车的发展趋势。通常情况下,随着比赛的增加,大家的赛车会有一定程度的设计趋同,但这种趋同对于2023年车队实力的影响还有待观察。

去年,赛车之间的视觉上存在明显的差异,尤其是侧箱的设计,粉丝们都希望这种差异在2023赛季会继续存在。并且鉴于去年不同的设计最终都可以达到不错的预期表现,因此今年这种情况可能还会继续发生。

前翼设计

前翼是赛车首先和气流发生碰撞的地方,对于流经赛车其余部分的整体空气动力学来说至关重要。

襟翼后缘的均匀载荷非常关键,它可以影响空气进一步的流动。去年我们看到,法拉利和红牛的前翼设计,和梅赛德斯之间有着很大的而不同,梅赛德斯的前翼在前轮胎内部的负载要高得多——这很容易在前翼的下表面产生空气的横向流动。

前翼还有一个主要目标是调节下压力,使赛车能够适应从蒙扎这样低下压力的赛道,到摩纳哥、匈牙利这样高下压力的赛道,为了实现这一点,前翼在设计调整的时候,需要尽可能减少对气流的影响。

行驶高度的抬升

大部分车队都会在新车发布会的时候隐藏底板的布置设计,但我们知道大家都会发生一些改变——新规则要求底板升高15毫米,这是一项旨在确保车手的人身安全问题而提出的规则,确保赛车不会再发生太过剧烈的海豚跳。

这种变化的初衷是非常单纯的,但是当新规则实行以后,却对车队之间的竞争产生了非常深远的影响,现在回头看看,当2021年对底板规则进行微小的变化,却为梅赛德斯和红牛之间激烈的冠军争夺奠定了基础。

底板中喉管的最低高度也升高了10毫米,这对赛车的性能也产生了巨大的影响。

前悬架配置

前悬架的基本功能是为了防止赛车前部撞到地面,但是它必须应对变化幅度巨大的负载,同时尽量减少赛车的整体运动幅度。

前部空气动力平衡为45%的高下压力时,赛车的空气动力载荷变化范围为100公里/小时的150公斤,到350公里/小时的1900公斤。

在制动过程中,这些赛车最初可以产生5-6G的总想载荷,因此传递到前轴的初始载荷可能在250-500公斤左右。在制动结束的时候,制动力将减少到2-3G左右,但仍然是100-150公斤的重量。负载转移变的小得多,但是由于速度变化,它对于空气动力学负载的占比依然很高。

去年我们看到红牛在前顶部叉骨上的内部拾取点的高度上存在巨大的差异,这将有助于控制制动过程中的一些赛车运动,它不会影响负载转移,但它会通过在这些极端负载变化下更好地支撑赛车前部,来减少很多潜在的空气负载转移。

后悬架配置

任何事物都有平等和相反的一面,对于上述相同的整体空气动力载荷,后悬架必须要应对从100公里/小时的190公斤,到350公里/小时的2300公斤的变化,后轴制动期间的载荷转移最初可能高达300公斤。

同样,这一切都是在赛车减速并失去空气动力载荷的时候发生的。

如上所述,拉杆或者推杆系统不是关键因素。同样,这些将由碳纤维叉骨等位置来决定,这些叉骨将放置在相当高的位置,以便于最佳气流通过扩散器的后端,如果使用拉杆系统,它可能会干扰扩散器设计的关键内部部分,而推杆系统由于叉骨位置设计的较高,不会影响扩散器的设计。

如果你可以让空气动力的重心向后转移,同时整个制动负载向前进行转移,你将拥有一辆在比赛中更稳定的赛车,做到这一点的唯一方法,是在制动过程中将赛车的而后半部分尽可能保持在较低的位置。如今这些赛车的实际重量分布在制动下的负载转移比过去更重要。

冷却系统

这是我们从未详细看到过的区域,F1赛车当中需要冷却的东西有很多——水、机油、变速箱油、液压油、中冷器、电池组件和其他各种电子元件。对于大多数这些部件来说,空气冷却并不是一个坏的注意,但我们已经看到去年梅赛德斯车队走向了一条新的道路。

最大的问题是你要决策好最优先项是什么,有时候,接受最简单的解决方案会更好。是的,用于冷却的气流将失去大部分能量,因此将无法产生下压力,这意味着你冷却时使用的空气越少,就能获得越大的受益,这是最初一些车队概念中的一个关键点。

为了获得动力装置最佳的可靠性,F1赛车需要将水温和机油温度控制在10度的范围内,要在10-35度的环境下实现这一目标绝非易事。

无论选择什么系统,都要有可靠的冷却方法,否则当赛车性能走向极端的时候,就会出现稳定性问题。

侧箱防撞结构

上个赛季,梅赛德斯在这一领域走向了正确的道路,规则要求将侧面碰撞结构安装在车身当中,梅赛德斯合理使用了规则,他们的SIPS椎体仍然安装在车身当中,只是不在侧箱体表面。而其他赛车上,我们在侧面碰撞结构末端看到了一些不显眼的凸起,但总得来说,没有其他车队像梅赛德斯一样设计的这么极端。

然而,今年的情况将有所不同,现在创意的“闸门”已经打开,我们想看看有谁想到了什么新创意,那会非常有趣。

让侧箱的前缘,或者至少是侧箱的大部分远离前轮后面的湍流尾流,是一个潜在的提升整体性能的区域,这也需要一点点勇气,设计不好的话很容易被判定为违规。

侧箱设计理念

这一部分与侧面碰撞结构密切相关,空气入口的位置需要高压,出口位置需要低压,这样空气就可以通过内部散热器芯流动。

但是前缘和侧箱两侧还有很多事情可以做,希望我们可以看到一些不同的设计理念。

散热器入口和底盘下面的入口有时候会相互冲突,散热器入口的正压和底板入口的负压很容易将气流拉动到底板下面那些你不想让它去的地方。

在过去,赛车通常有一个向前的空气入口和一个顶部出口,我们看到过散热器的气流与预期方向相反的情况,进入出口,然后从入口留出并向前一直流动到下方底板的边缘。

车队现在拥有更好的设备来分析赛车周围的气流结构,所以我们认为会再发生这种戏剧性的情况。但只要在错误的方向上迈出一小步,气流就会让你彻底崩溃,所以可以选择一些最简单的路线,或者干脆放弃去创新。

翻转保护

在周冠宇经历英国大奖赛那次惊人的撞车事故以后,F1关于赛车翻转的规则发生了变化,因为阿尔法罗密欧赛车的初级倾侧结构在这次事故中失效了。

这导致通过引入更复杂的几何设计来确保更坚固、更立体的防翻滚设施,从而导致了单钉放滚架被放弃了。

作为这些规则改变的一部分,负载测试也发生了变化,将测试力施加在滚环上更高的位置。

这意味着更复杂、更坚固的主体结构,也意味着翻车保护杆重量的增加——它被设置在了高处。问题是是否每个人都默认采用这样的设计呢?或者我们能不能看到在这方面的一些设计上的创新。

赛车重量

赛车推出来的时候,我们是看不见它的重量的,但重量可能会对2023年的赛车性能产生重大的影响。

上个赛季开始的时候,尽管在赛季前夕将重量限制提高到了798公斤,但也只有阿尔法罗密欧处于重量限制范围内。今年,这一数字下降到了796公斤,所有10支车队的目标都是从一开始就达到这个水平线以内。

每减轻10公斤,每圈大概可以减少0.3-0.4秒,这个问题在单圈时间上意义重大,但重量分布也是一个关键因素。

规则规定了一个强制性的分配范围(前负荷44.5%-46%),在整个排位赛中必须遵守这一范围。

去年,在规则范围内,红牛车队将赛车重量分布后移解决了赛车转向不足的问题,而且当赛车添加了比赛燃料(大约100公斤)以后,更需要确保重量分布朝着正确的方向进行,以确保赛车可以获得最佳性能,并且减少比赛早期的轮胎退化。

规则漏洞

国际汽联一支在努力消除规则漏洞,并且随着阿斯顿马丁尾翼端板设计和梅赛德斯前翼端板概念的违规判定,也打击了一些企图违反规则的设计想法。问题是,还有哪些规则漏洞可以被利用?

所有10支车队都会想法设法地搜索这些漏洞,其中任何一支的发现都可能会带来惊喜。但很有可能,如果真出现这样的“把戏”,那么在赛车进行测试之前,所有人都不知道它的存在。

如果真有人想到这样的漏洞,它一定会成为一个大热门话题,而且如果这种设计符合现在的规则,即使国际汽联认为它违背了规则制定的初衷,也只能到明年才能取缔。

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