赛车极客解析谣言：红牛搞了个双层扩散器？

编者按：F1车迷们经常聊起扩散器，但什么是扩散器呢？

它是怎么发挥作用的？我们对它的误解有点深。

另外，有传言说红牛又搞了个双层扩散器，真的假的？

看完这篇文章，你就都懂了。

每周一、四19:00，我们不见不散。

红牛新车RB18的花瓣状梁翼（Diffuser），有很多人觉得这很像是“双层扩散器”——布朗GP夺冠那年出现的“黑科技”。

真的如此吗？这次红牛的扩散器能帮他们获得多大的优势？

在这之前我们需要说下扩散器。

其实很多人人对扩散器的认知是有偏差的，他们认为这就是让空气扩张产生下压力的。

但这里有两点误区：

1、扩散器本身不是个高效产生下压力的部件，它其实是个强力辅助；

2、空气密度基本不变，本身并不能扩张。这是对扩散器本质的误解。

如上图，我们简化下赛车底盘。空气到了底板区域，还没到扩散器时候，由于流量不变但底盘下方变窄，尤其在有地面效应底板后，空气被动加速了。

根据伯努利定律，空气流速快了，静压就小了，给底板造成了比车身上方低很多的压力，所以赛车被向下压，产生了下压力。

注意，这里底盘下方依然是正压力，只是很低，说负压力的都是说和车身上方的差异。

接下来空气就要流到扩散器区域了。

这里是一个上下开口增大，左右开口也同时增大的区域。

我们先从侧面看下它，空气出口在这里变大了，流量依然守恒的情况下，空气流速实际是降低的；也就意味着这里是一个加速空气逐渐恢复成原本空气流过车身速度，导致压力逐渐增大的一个区域。

所以这里的设计本身并不会直接产生更大的下压力。

你可以看到下方底板蓝色区域压力最低，扩散器逐渐变黄意味着压力又增大了，整体下压力减少。

如果我们像上次上次一样用个楔形来做个实验，你会发现扩散器的最前端，也就是和底板接触角度变化最大的那里，是空气速度最快，压力最低的地方；后方的下压力逐渐恢复成0。

扩散器本身没有增大下压力效果，反而是个收敛回来的过渡装置。

那么既然扩散器并不能产生更多的下压力，我们为什么还要用它呢？

它有两点非常大的好处：第一点是扩散本身对于流过车身气流来说是个气泵一样的存在。

如果你看到扩散器尾部面积和扩散器最前端和地面夹出来的面积的比例，这个巨大的比例R；如果扩散器尾部速度我们假设成v2（空气在这里是不可压缩不可变稀，密度基本不变）那么扩散器前端的气流就需要R×v2来满足。

虽然扩散器本身减慢速度，但这个扩散本身过程，是会像气泵一样让来流加速抽过来的。

我们知道地面效应底板产生了车身一半的下压力，这种加速效应就帮助了地面效应本身的过程（下图中虚线把本身实线产生的下压力进一步下探了，而尾部那里的牺牲却很小）。

同时它自己也在享受自己辅助后的成果，扩散器部分依然有着可观的低压区。所以扩散器就相当于一个底板下压力产生的超级放大器，是个强力辅助，和地面效应是双赢双享的关系。

你是不是也理解了为什么早期有那么多尾部带风扇的赛车了？

第二点就是行进阻力。

正常一辆车行驶，尾部会产生很大的低压区，和前部的高压区形成压力差造成行进的阻力。

我们提到了扩散后的空气恢复成更高的压力，这个气体填补了尾部的低压区，加大了尾部压力，所以减小了行进的阻力。

相比于尾翼前翼这样需要牺牲出阻力产生下压力的部件来说，底板加扩散器产生下压力的效率就太高了，在赛车设计上属于性价比很高的选择。

所以你现在知道了，扩散器本身并不是高效下压力部件，而是高效下压力部件的高效辅助而已。

当然他本来气流导流的形状也会有一定下压力效果，但那都占比很小。

那么扩散器是不是开口比例越高越好，扩散效果就更大了？

在以前地面效应底板曲线没有允许的时候，F1规定的基本是个平直的底板，F1不得不提高底板俯角（rake angle）来模拟这种扩散器效果，确实增加角度有助于扩散器效应。

但是扩散器本身的角度如果非常陡峭，气流是无法贴附到扩散器底板的话，会产生分离现象，这样的扩散器效率就降低了。

高角度的扩散器在低速行驶的时候也会产生这种现象，所以赛车在低速行驶的时候，由于流速不够，其实底板扩散器产生的效果非常有限。

你可以理解成低速回头弯，扩散器没有什么辅助效果；速度快了，底板吸力才会被非线性的放大；这些都是高速空力套件。

那么扩散器是不是起点越靠前越好呢？其实是的。

扩散器的前缘位置和角度决定了这里的气动下压力分布，它的前缘是除了底板进气口前缘另外一个下压力峰值。

然后车辆气动中心在车手附近，尾部的下压力会随着速度变化而非线性变化，峰值在和气动中心比较远的情况下，对整车的气动中心位置影响很大，属于无奈但要妥协限制的设计元素。

如果这个峰值能向前移动，那么整车的动态设计就不用做出更大妥协了，车手也能获得更一致的高速低速弯操作感受，这都是工程师和车手追求的。

然而，规则限制了扩散器的具体尺寸，所以F1赛车都要在这个区域里设计出一个平衡的扩散器。

那你应该会好奇，为什么扩散器底部会有这么多列板（strakes）呢？

有人说这是涡流发生器，帮助气流贴合底板，有人说这是防止尾部内部形成乱流。

但我认为这两个效果可能真的有限。

前端进气列板确实有帮助气流贴合底板的作用，但是尾部都要走的气流其实用不到的。其实真正原因是底板侧面，轮胎和地面接触的高压力区，都会造成非常多的乱流进入底板，这都是我们无法避免的，所以我们用列板圈住这部分气流，让扩散器中央部分尽量有干净的气流直接流过，这个效用其实更大。

那么我们回到一开始的问题，红牛这个所谓“新双层扩散器”效果如何？

首先，我认为他不能叫双层扩散器。

之前的双层扩散器是09年布朗GP车队在规则中找到的漏洞帮助他们赛季初碾压其他队伍，底板多增加出一个流道在扩散器上方又出了一个通道，其本质是增加扩散器流道面积（题外话，这09年车侧箱和今年有点相似）。

这也显示了规则的重要，看似这么小的漏洞换来的却是车辆性能的巨大差异。

然而红牛的花瓣梁翼并没有一个作弊通道提供流量可观的气流帮助它当扩散器，没有底部气流的供应。

它更多的是下方扩散器本身的延伸扩散，而且还由于规则限制不能贴过去帮忙。

所以它的作用相当一个强力辅助的非直接辅助，效果估计是有限的。不会真像大家调侃的双层扩散器一样提供作弊般的性能。

但它依然是今年目前一个独特的设计。

你对这个设计的作用怎么看呢？

作者：赛车星冰乐