下载文档原格式
f1空气动力学f1空气动力学F-1赛车风驰电掣的速度，能在5秒之内瞬间加速到200km/h以上，最大过弯侧向加速可达4个G，极速最高超过350km/h，这样高的速度与过弯能力，除了需要优异的悬吊设置来让轮带尽可能的保持与跑道路面接触之外，也需要足够的下压力来产生足够的摩擦力，否则空有强大的马力，在过弯时将无从发挥，因此空气动力学设计的优劣已成为今日F 1决胜的关键之一。
空气动力学的工程师们在风洞中实现他们的空力艺术，由功能强大的设计计算机所产生的3D模拟，并在大型的风洞中不断的测试。
F1车队每年都会花上300万美元到1500万美元不等的风洞操作经费来验证空气动力学组件的效率。
空气动力学效率就是下压力和空气拖放阻力的比例。
目标就是要获得最大的抓地力，和最小的拖放阻力。
下压力是空气动力学上垂直方向的向下压力总合，这些力量是由前鼻翼和后尾翼所产生，用来把赛车压在地面上，下压力越大，赛车在跑道上的抓地力就越大。
理论上，由前后翼产生的可怕力量，可以让一部F-1赛车抵抗地心引力，让600公斤重的F1赛车在隧道的天花板上倒吊著跑，因为赛车可以产生超过车身重量数倍的下压力。
要让F-1赛车那样高速的过弯，那么必须把车底、车顶以及车身周围的气流引导到完美的境界！关键的前后翼影响F1赛车空力稳定性的最重要因素是前鼻翼，这是决定通过车身上方、下方和其他如散热器、后尾翼气流的比例和方向的关键性组件。
除了分流前方的空气之外，前鼻翼在操控上也扮演重要的角色，那就是产生下压力来将前轮压在地面上。
尾翼是F-1赛车外观上重要的一部份，尾翼的组合被当前的比赛规则限制在只能有三片。
透过调整前后翼的设置，车队可以控制赛车的抓地力来配合不同的赛道特性及底盘本身所产生的定值的下压力。
理论上，翼面角度越陡，产生的空气动力学的拖放阻力越大，车速提高时对车辆产生的下压力越大。
同时，陡峭的翼面设置会降低赛车的速度表现以及增加油耗。
F-1赛车空气力学的最高境界就是『平衡』。
【知识贴】揭秘F1赛车科技（三）：空气动力学及TC系统1楼一、空气动力学现代F1赛车就像是一架贴地飞行的战斗机，只不过它的“机翼”产生的力是向下的。
随着技术的完善，空气动力学已经成为车队最后可以竞争的领域之一，这也是为什么各支车队每年要花费几百万到数千万美元在空气动力学套件的研发上，所以空气动力学可谓是赛事制胜的法宝。
简单的空气动力模型虽然空气动力学是非常复杂的工程，但是工程师们考虑的问题其实只有两个：一、增加下压力，让赛车紧抓地面，这样可以以更高的速度过弯；二、减小阻力，通过减小气流扰动产生的阻力以提高赛车在直道的速度。
因为增加下压力的同时会产生风阻，所以两个看似矛盾方向的平衡点，正是制胜的关键。
F1车队开始研究空气动力学始于上世纪60年代末期，但是它的原理早在莱特兄弟的飞机上天之前就已经由伯努利发现了。
当气流以不同的速度通过一个机翼的上下表面，就会产生压强差，为了平衡这种压强差，机翼就会向压强小的一面运动。
我们只要让气流通过的两个翼面的长度不一样，就可以产生速度差，进而产生我们需要的升力，或者对于F1来说的下压力。
F1就像是倒过来的机翼，现代F1赛车可以产生3.5倍于自身重量的下压力，简单的说，就是只要达到一定的速度，这些赛车都可以贴在天花板上开而不掉下来。
理论上说合适的设计可以产生非常高的下压力，但是过高的下压力所带来的高速会让车手的身体无法承受，而导致一些事故的发生，从七十年代开始，定风翼的位置、大小、角度等逐步被限制，从而限制车速的提高。
但是F1车队的工程师很快找到了产生下压力的新方法，那就是七十年代莲花车队曾在Brabham BT46B赛车上使用的地效应底盘，这种底盘就是在车后安装一个巨大的风扇，然后把车底部的空气全部抽走产生几乎真空的环境，让大气压把赛车紧紧压在地面上。
这辆赛车只参加过一站比赛，它的巨大优势让国际汽联马上禁止了这种设计。
地效应底盘的莲花F1赛车现在的F1赛车底盘主要靠车底的侧裙和后部的扩散器来达到相似的效果：底盘周围的侧裙对空气扰流可以产生气坝，气坝阻止了周围的空气进入底盘下部，而扩散器可以加速车底的空气离开，等于抽走了车底的空气而在底盘与地面之间生成了一个超低压区，由此可以产生巨大的下压力。
浅析F1空气动力学：与飞机不一样的翅膀特约记者瑞夫报道了解飞机原理的人都知道，飞机能飞上天全都因为其在起飞加速过程中产生的升力，将其送上蓝天，而从飞机诞生之日起一门新的科学也随之诞生了，这就是空气动力学。
与飞机不同的是，F1赛车对于空气动力学应用的追求是完全反向的，为了“防备”赛车在高速行驶中飞起来，需要通过一些空气动力学部件给赛车一定下压力，同时为赛车提供抓地力，而F1赛车也有了自己的翅膀——前定风翼和后定风翼以及其他空气动力学部件。
空气动力学在F1赛车上的应用主要体现在两个方面：一是让定风翼产生的下压力为轮胎提供足够的抓地力，另一个则是尽量减少赛车行驶中的空气阻力。
在早年的F1比赛中，赛车与普通汽车看起来差别不大，但自从空气动力学引进后，F1赛车开始出现了显著变化，首先就是定风翼的产生。
定风翼的基本工作原理其实与我们所看到的一架普通飞机的机翼是一样的，最大的区别在于当飞机机翼因为飞机提速而产生足够升力时，赛车定风翼则将机翼的升力工作原理进行倒置。
反向安装的前、后定风翼将会使空气产生下降的力量，一般我们将其称为“下压力”，以保证高速行进中的赛车“抓住”地面不会引起大幅摆动甚至是漂浮乃至侧翻。
一辆F1赛车的定风翼能产生相当于赛车重量3.5倍的下压力。
上世纪60年代，定风翼开始应用于F1赛车上，导致F1赛车的速度普遍得到提高，但由于各个车队在定风翼的使用上缺乏足够的安全保障，随之而来的是事故的增加，于是1970年F1规则对于定风翼的尺寸和应用作出了限制，这种限制一直持续到现在。
赛车定风翼处于不同角度下产生的下压力是各不相同的，而前后翼的角度和赛道有直接的关系，因为空气的阻力和下压力是成反比例的，如果定风翼角度小，那么赛车的空气阻力就小，最高速度就大，但是赛车缺乏下压力和稳定性；相反，如果定风翼角度大，那么赛车的阻力就大，最高速度受影响，但是赛车在弯道的抓地力就强。
所以，根据赛道的不同，定风翼设置的角度也不同。
空气动力学科技名词定义中文名称：空气动力学英文名称：acerodynamics;aerodynamics定义1：流体力学的分支学科，主要研究空气运动以及空气与物体相对运动时相互作用的规律，特别是飞行器在大气中飞行的原理。
所属学科：大气科学（一级学科）；动力气象学（二级学科）定义2：研究空气和其他气体的运动以及它们与物体相对运动时相互作用规律的科学。
所属学科：航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片同名书籍空气动力学是力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。
它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
目录F1中空气动力学的最基本原理和公式空气动力学的发展简史空气动力学的研究内容空气动力学的研究方法其它力学分支学科主要物理学分支图书信息1图书信息2F1中空气动力学的最基本原理和公式空气动力学的发展简史空气动力学的研究内容空气动力学的研究方法其它力学分支学科主要物理学分支图书信息1图书信息2展开1．动量理论推导出作用在风机叶轮上的功率P和推力T（忽略摩擦阻力）。
由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。
上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。
根据伯努力方程H=1/2（ρv2）+P (1)ρ—空气密度H—总压根据公式（1），ρV02/2+P0=ρu2/2+p1ρu12/2+P0=ρu2/2+p2P1-p2=ΔP由上式可得ΔP=ρ（V02- u12）/2 (2)运用动量方程，可得作用在风轮上的推力为：T=m(V1-V2)式中m=ρSV,是单位时间内的质量流量所以： T＝ρSu（V0-u1）所以：压力差ΔP＝T/S=ρu（V0-u1）由（2）和（3）式可得：u＝1/2[（V0-u1）] (4)由（4）式可见叶轮平面内的风速u是上游风速和下游风速的平均值，因此，如果我们用下式来表示u。
F1赛车的空气动力学原理怎样运用空气动力学的原理使F1赛车的速度发挥到极致的水平如何才能设计一个简单的风洞有哪些简单模型可以测试下压力与阻力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顶部行走。
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，但美洲虎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，在曲折的霍根海姆车道上，赛车很难达到300km/h的速度，但在蒙扎车道上，车速可以超过350km/h。
部现代的F1赛车与一架飞机有许多共通之处，就如它与一辆普通汽车的相通处一样多。
空气动力学已成这项运动成功的关键所在，因此各个车队每年要在这个环节的研发上花费几千万美圆。
空气动力学设计师有两个基本的任务：一是如何获得下压力，来帮助是赛车轮胎抓住赛道并提升转向力；二是把因气流和启动引起的使赛车减慢的阻力减到最小。
F1赛车与空气动力学速度与激情F1—世界一级方程式锦标赛一些令人窒息的数字F1: FIA Formula 1 World Championship（世界一级方程式锦标赛）由FIA（国际汽车运动联合会）举办世界三大体育盛事之一加速性：2.5s内从0加速到100km/h，5s内加速到200km/h 制动性：1.9s内从200km/h减速到0，刹车距离55m赛道急速记录：372.6km/h弯道过载：4个G左右F1赛车组成赛车必备部件：引擎、底盘、悬挂系统、轮胎、刹车系统、车身、方向盘四大要素：引擎、车手、空气动力学、轮胎 空气动力学部件：前翼、后翼、扩散器、鼻锥、导流板作用：产生赛车前部的下压力组成：主翼、端板、级联翼片、中段翼 影响气流向后的走向与车身中后部下压力平衡增加翼面积增加翼型弯度推迟流动分离，增加失速迎角 显著增大下压力系数减小气流上洗较小诱导阻力引导气流离开轮胎级联翼片产生附加下压力引导气流绕过前轮，减小气动阻力中段翼翼型上下对称 不产生下压力尾翼作用：产生赛车后部的下压力 与车身前部下压力平衡组成：上层尾翼、端板、翼梁、失速尾翼、DRS减阻系统上层尾翼增加翼面积增加翼型弯度推迟流动分离，增加失速迎角 显著增大增大下压力系数连接结构减小诱导阻力获取下压力翼梁接近扩散器，提高扩散器的效率失速尾翼直道加速超车弯道、直道性能可兼得DRS系统（减阻系统）利用液压系统将襟翼放平，减小下压力和阻力扩散器扩散器是底盘末端的一段上翘结构扩散器给底盘下方被压缩的气流提供了一个释放的出口，进而诱导底盘下方的气流加速作用：疏导气流，提高空气动力学的效能发生碰撞时吸收撞击能量，保护车手安全阶梯鼻锥：使更多的气流流入车底，提高扩散器的工作效率，提高下压力“吸尘器”、“食蚁兽”、“剑齿虎”、……曾经另类的F1赛车F1是高科技、团队精神、车手智慧与勇气的集合体，代表着人类最高的汽车设计制造水平，引领着汽车产业的技术发展方向，是先进民用汽车技术的实验场和发源地。
F1赛车底盘下的空气动力学
龙人
【期刊名称】《汽车与配件》
【年(卷),期】2003(000)031
【摘要】@@ F1赛车在行驶的过程事会产生三道气流,而如何处理这三道来自不同方向的气流,便是F1赛车的空气力学专家们的首要课题.rn在行驶的状态下,F1赛车首先会产生一道从车体与尾翼上方经过的气流.这道气流也正是决定车体纵向荷重的主要关键;同时,从侧方通过散热器的气流也具有同等的重要性,因为这道气流主要用于发动机的冷却,因此必须从散热器进气口导入,之后再由车体后方的排气口导出,而且还不能与流经车体上方的气流产生干扰,以避免因此产生的乱流影响到车体行驶时的稳定性;除了车体上方与侧方之外,更为重要的其实是流经底盘的气流,因为这道气流不仅是构成下压力的重要条件,而且其占了车体上方与侧方气流量总和的45%以上!
【总页数】2页(P36-37)
【作者】龙人
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U461.1
【相关文献】
1.F1空气桨直线赛车的探究实践 [J], 朱振栋
2.空气动力学在F1赛车上的运用 [J], 宋涛;胡瑞;刘建军;邹佳林
3.空气动力学在F1赛车上的运用 [J], 宋涛;胡瑞
4.FSC赛车空气动力学套件支架优化 [J], 王渊琳;刘宁宁;黄碧雄;王知博;蔡昊睿
5.FSAE赛车空气动力学套件优化设计 [J], 李嘉寅;刘宁宁;沈钰豪;谭博文;陈焕;薛雨晴;黄碧雄
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
空气动力学
与公路上普通汽车相比，现代一级方程式赛车和喷气式战斗机有更多的相似之处。
空气动力学是赛车运动中致胜的关键，每年车队们都会投入几千万美元用于这方面的研发。
气动设计师有两个首要关注点：第一，制造下压力使赛车轮胎更贴近赛道地面，同时提升回旋力；第二，将由空气涡流引起、使车速减慢的空气阻力降低至最小。
20世纪60年代，一些车队开始尝试现在我们熟知的车侧翼实验。
赛车侧翼与飞机机翼的运转法则完全相同，只不过方向刚好相反。
根据伯努利定律，飞机所在等高线的飞行距离不同，机翼上下的气流速度也不同，导致压强不同。
因为上下压力要保持平衡，机翼就会向压力小的方向运动。
飞机就是利用机翼起飞，赛车用它的侧翼产生下压力。
正因为空气动力的下压力存在，一部现代一级方程式赛车在侧面可以产生3.5g的回旋力，这个大小是其车身重量的3.5倍。
即为，理论上讲，这个压力可以让赛车高速时挨着地面行驶。
早期试验中使用的可移动的车翼和单点悬挂造成过几起极为严重的事故，因此1970年赛季引入了车翼大小和位置的限制规定。
随着时间推移，这些规定直到今天仍然大面积适用。
20世纪70年代中期，人们发现了“地面效应”下压力。
莲花公司的工程师发现，通过在赛车的底面安装巨大的车翼可以使车子像翅膀一样运动同时又紧贴地面。
源于这一想法最典型的例子是戈登‧墨里设计的布拉汉姆BT46B，这部车加装冷却风扇抽取车身裙角处的空气以增加巨大的下压力。
在其它车队技术革新后，这部车仅在赛场上出现一次之后便销声匿迹了。
根据“地面效应”的成效，规则也跟着不断改变。
起先，禁止在车身裙角处控制低压区域。
之后，对阶形地板提出要求标准。
尽管大部分车队的气动部门在使用全轮廓风洞和大型计算机系统，一级方程式空气动力学的基本原则依然适用——针对极小的空气阻力都要最大可能的增加下压力。
最早的前后翼根据赛道下压力的差别有不同的外形。
摩纳哥狭窄而平缓的赛道需要外形攻击性强的车翼，你能看见车行驶时可以使后翼的两个叶片分开旋转（竞赛规则里一部赛车最多两个车翼）。
反之，在蒙扎的高速赛道上，赛车则最好都拆掉车翼，以保证在笔直的赛道上减少空气阻力提高车速。
现代一级方程式赛车外形的每一处，从悬挂的形状到车手头盔的设计都充分利用了空气动力学效应。
与身体分隔的紊乱的空气产生涡流进而造成空气阻力，使得车速下降。
观察现代赛车，你会发现人们会花主要的精力增加下压力减少空气阻力。
从垂直的底板与车翼相匹配以防止涡流的形成到尾部散气板安装位置降低，以此平衡车底部高速气流的压力，避免车尾部低气压团的形成，这些设计安装无不体现了这一点。
尽管如此，设计师也不能让赛车过于光滑，因为适量的空气有助于驱散现代一级方程式赛车发动机所产生的巨大热量。
近年来，大部分F1车队尝试模仿法拉利的“细腰”设计——车的尾部尽可能的更窄更低。
这种设计可以减少空气阻力，又可以最大限度的为车后翼提供足量的空气。
车侧面的挡风板还可以改变气流形状，将涡流空气量降低至最小。
2005年修订后的比赛规则迫使空气动力学家们更加别出心裁。
为了限速，国际汽车联合会通过提升前翼，后翼前推，后扰流板修改的方式，消减了大量下压力。
设计师们很快又采取各种复杂而新奇的方式弥补了下压力大量减少的损失，比如迈凯轮MP4-20上使用的像牛角一样的翼稍小翼。
根据国际汽车联合会2009年采用的更加严厉的航空政策，大部分的这些创新实际上违规了。
规则的改变是为了方便超车。
新的规则将车引入了一个新的阶段——前翼更低更宽，后翼更高更窄，躯体更加“简洁干净”。
也许最有趣的改变是“可漂移的空气动力学”的推行后，车手可以在赛道上比赛时对前翼进行有限度的调整。
