【赛车涩图】2022技术规则解释(长期更新,就学鸽宗)
Lz也就兴趣使然的带来这篇帖子权当是致敬过去虎扑赛车区专业硬核内容的生产者们,他们对于我而言是赛车技术的启蒙者,对于赛车的专业知识他们有着更为专业的认知。
由于楼主水平有限,本篇内容大概率会由着性子添加内容随缘更新,丝毫不会顾及信达雅的行文标准,要是哪个专业词汇使用的不是那么地道,还求轻拍(请往死里拍)。催更成不成功完全取决于原作者啥时候更新,不以我的意志为转移。此外我会将补充一些有意思的观点作为附注添加在相关内容区域,原文的顺序也会被完全打乱。
最后希望这篇文章的长期更新能够提高一下论坛的观赛水平(然而并没有什么卵用),也希望这篇帖子能成为让这个区成为优质内容创作的开始,让各位能够理性客观的看待赛车这项运动(大概率是不可能的,赛车要是理性的话就不是赛车了,尽管一台赛车的组件全部是现代汽车和航空工业的产物,但是人却一定不能成为那个组件之一,没有车手的赛车是木有灵魂的)。
本文关于技术规则的解释是通过谷歌翻译f1-technical技术论坛的帖子,该帖子将详细解释每个车身组件的技术规则。在本文中,作者旨在解释规则,须知f1的技术规则其实是催眠良药,但本文大概也好不到哪里去。
因此我想要就我对于赛车运动的认识添加很多赛车涩图增加文章的可读性(不可以涩涩的哦),与其说解释赛车规则,倒不如说回顾各个车队对于赛车规则解读的历史,重温一些颇为有趣的设计和看似荒诞设计背后的车队设计逻辑,然后去展望(口胡)一下车队可能的方案,很多的图里面有水印,你们可以理解为我剽窃了那些图,事实上找这些图我试用了关键字视奸了那几位的微博(小)
(附上链接:https://www.f1technical.net/forum/viewtopic.php?f=6&t=29920)。
对了,如果你还是失眠,这里还有一篇长期更新的帖子(目测已经断更,我会逐步把里面有意思的内容拼接到这片文章里来,你们不是铁佛寺的不要视奸法拉利专区,也请各位铁佛寺能常回家看看)
https://bbs.hupu.com/44202512.html
x-f:前轴坐标(简单理解就是前轮中心)
x-r:后轴坐标(后轮中心)
轴距为上述指标之差,规则限定轴距上限为3.6m
x-a:座舱前端坐标,不能超过前轴坐标100mm
x-b:底板中部隔板坐标,必须距离后部x-c875mm
x-c:驾驶舱入口后部的纵向位置,必须距离前轴坐标x-a后面至少1830mm
x-diff:差速器中心轴放置位置,可安放在后轴前后60毫米区间
y-0:赛车中轴线
z-0: 赛车底部参考平面
车身的不同部位,都有他们独立的RV/RS/RPA,这些小“积木”根据相对于前轴/后轴的位置关系,确定具体坐标和体积。除了规则中关于体积和面积的限制,车体有时还必须满足类似以下的要求:曲面必须是切线连贯/曲率连贯;转角处满足最小半径;材料厚度。(所以如你所见,规则中的赛车如同一块块积木一样,相应的零件只能在相应的“积木中设计”)
赛车分为四个主要区域,首先是带有较长车身底部通道的底板,然后是与前轴线相连的前端,与后轴线相连的后端和与中央底盘相连的侧箱。
与2017年规则类似,后掠前翼的概念依然得到了保留,并且这后掠角从原来的11° 增加到大约 21°,更加接近于神剑号。此外前翼翼面的离地高度被从75mm抬高到100mm,其中心线到末端存在一个2.6° 的下垂。更高的离地高度降低了前翼的地面效应、绝对的下压力以及俯仰灵敏度。
RV-FW-PROFILES:前翼翼片参考体积,规则只允许安装四片前翼,翼片和鼻锥连接
RV-FW-EP:前翼端板参考体积,前翼和端板的过渡区域
RV-FW-TIP:前翼翼尖参考体积,所有的前翼翼片必须在该处以最小半径为20mm的弧度,平滑地汇合并过渡到前翼端板
RV-FW-DP:前翼潜水平面参考体积
前翼4参考平面
RS-FWEP-BODY:前翼端板体参考面
RS-FW-PROFILES:前翼轮廓参考面
RS-FW-DP:前翼潜水平面参考面
RS-FW-SECTION:前翼轮廓参考部分
该区域是是前翼实际产生下压力的区域,最多允许安装4片翼片,从最低到最高连续堆叠,最小和最大间隔分别为 5 毫米和 15 毫米(10mm的形变空间)。规则在形状上约束了翼型轮廓的最小凸曲率 (50mm) 和跨度产生的斜率的最大切线。
在零件结构上要求前两块翼片在Y300区域内的厚度至少是25mm,用于起到连接固定的作用。和2019-21的规则类似,车队可以通过翼面上安装的隔栅调整襟翼,进而起到调节前定风翼下压力水平的效果,内侧旋转轴可以在 200mm 到 400mm 之间,而外侧旋转点必须在 825 到 850mm 之间。
前翼和底板一样限制了最小平面面积,即红色区域的三角形区域,该区域前缘略微嵌入先前提及的橙色体积,从空中俯瞰,前翼投影必须完全覆盖红色的参考面积。该参考面积外侧边缘的长度与端板的最小尺寸要求(RS-FWEP-BODY,下面的蓝绿色)的下边缘相同。
前翼端板相对于端板的前导 150mm 上偏移 ±6mm 或 ±10mm,在这个基准平面在沿其长度的任何点都不能从汽车中心线流出或流入超过 10° 的气流。(这里面翻译的很有问题)
补充
赛车后掠前翼的概念在2022年规则中得以保留,甚至从从原来的11° 增加到大约 21°。2017年为了赛车更加有“动感”,使用了后掠角的设计。这种设计在高速航空航天飞行器中是普遍的设计,但是F1速度实在太慢了(F1还有慢的一天?)后掠角会降低AF产生升力/下压力的效率。
该区域是前定风翼翼片和前翼端板的连接区域,翼片必须在端板的底部连接会和,并且此处翼片单元重叠部分不能超过30mm,翼片和端板连接的形式必须是光滑而非尖锐的,连接部分的半径必须超过20mm,以防止在连接区域形成任何可能产生涡流的尖角。
在先前的空力技改中车队会倾向于找补原先丢失或者被禁止的下压力来源。例如,19年简化前翼减少外洗气流,车队的应对策略就是降低两侧攻角增加外洗气流(这种说法不准确)。但是本次Y250涡流存在的基础已经消失,因此关注的重大就是是否会有车队对于前翼的设计的规则作出更多有效解释?
该部分的规则定义和之前的规则相似,内部留给车手的活动空间出于安全考虑仅仅留下的勉强可以移动的空间。相较于2014年延续至今的低矮鼻锥设计,最小底盘进气量(RV-CH-FRONT-MIN以下红色)稍稍增加,其截面积从原先的座舱前壁x-a处的275x300mm和中部隔板x-b处的450x400mm区间相应增加到300x305mm至490x415mm。顶部和底部的空间也略微呈圆顶状,与先前的平顶底座不同,最小内部驾驶舱尺寸恢复至21世纪初的水平,这样能够增加高个车手的驾驶舒适性(波谢尔作为潜在进入围场的车手,身高已经逼近190)。
下面拆解介绍该部分参考体积以及面积:
RV-CH-NOSE:鼻锥参考容积
RV-CH-MID:中座舱参考体积
RV-CH-REAR:后座舱参考体积
RV-CH-FRONT-MIN:单体壳前沿最小参考体积
RV-MIR-HOU:反光镜外壳参考体积
RS-CH-NOSE:鼻锥参考面
该部分最终的呈现的效果会带有曲面效果,但是规则允许的最小凸面和凹面半径分别为 25 毫米和 200 毫米。如果车队想要保持座舱上的最小边缘半径,由于必须适用鼻锥和底盘交界处的最小拐角半径需求,因此前舱壁处可能会有一些略微笨拙的连接点。车队很可能希望像现在一样最小化座舱横截面,以提供一条干净的流向底板的路径,因此也许在该区域的设计上各家的思路是趋同的,因为从减少前端高能气流能量损失的角度考虑,车队的方案只能是收缩单体壳单体壳前沿最小参考体积。
就是现实中安放车手身体大部的区域,这块区域的设计空间非常大,没有对于最小边缘半径或凹度规定。该部分是设计空间已经被车身其他部分诸如侧箱和底板所占据。车队潜在的思路是在该区域的侧面以及halo顶部的周边添加诸多的小翼片。防滚架和发动机进气口也包含在这部分中,这块的设计思路仅仅取决于不同动力单元厂商对于动力单元进气的需求,因此在动力单元没有发生巨大变化的当下,这块部分的设计思路应该能继承前世代赛车的特征。
前一时代技术规则中出于安全考虑对于鼻锥高度做出了严格的限制,但是车队对于规则的挖掘塑造了赛车鼻锥部分的丑陋形象。因此2022赛车的技术规则在该部分做出了明显的变化,曾经的丁丁鼻、以及相应的孔洞,S导管和斗篷都会被取消,取而代之的是简单的鼻锥造型。
鼻锥必须适用于其参考体积RV-CH-NOSE。在前代周期的后期,车队陆续使用了窄鼻锥的设计思路,规则同样对鼻锥宽度的下限做出了约束,从空中俯瞰,鼻锥的投影必须挡住蓝色参考面积,其尖端部分在前轴坐标前方的必须在 1150毫米和 1350 毫米之间(这里就是可更换鼻锥的部分),宽度在 200 毫米到 330 毫米之间。
换言之,官方给出的鼻锥尺寸明显还有下探的空间,关于鼻锥的设计思路,FOM的脑瓜子给出了两个参考答案。其一是使用到了规则尺寸的上限,另外一种则是短鼻锥模式,鼻锥部分并不侵占前翼的第一片叶片区域。他们之所以会使用宽鼻锥的设计是因为要符合规则中对最小曲面半径的要求。
规则定义的空白地带同样是车队可以利用的设计空间,在座舱前端的鼻锥边缘半径必须超过45毫米,而后可以将这一数字降到20毫米但是上表面的弯曲必须沿着鼻子的长度达到 70-85%,这样做能够杜绝卡特汉姆CT05 鼻子。
法拉利F14T 的思路只需要做曲率上的调整就是合法设计。如果有车队打算利用鼻锥下方的扩散效果,那么类似法拉利F14T的弯鼻锥也是一种可行的思路。规则对于鼻锥的曲面弧度有限制,绝大部分曲面只能是“凸曲面”,但是长于RS-FW的部分(靠近鼻尖处),则没有限制。
后视镜是该区域内最为不显眼的设计部分,后视镜的安放位置必须要在RV-MIR-HOU(上方浅灰色)内,外壳的规格是75x160x80 毫米,前后面平行,与中轴线的夹角在在 60° 到 70° 之间。后视镜没有单一的体积、最小厚度或最小半径规则,因此围绕后视镜的复杂小翼系统仍然是一条开放的发展道路。后视镜外壳最多可安装两个支柱,将后视镜连接到中框和/或侧箱。但这里必须要指出的是,规则中仍然没有对后视镜的安装位置做出明确的定义,因此不排除有车队会采用halo连接后视镜的方案。
补充:
对于工程师而言,前翼鼻锥的设计就是面临一个追求前端下压力和管理后方气流的矛盾,这个矛盾随着空气动力学简化而显得愈发突出。
本次技术规则的改革中突出的一个特征就是消除赛车设计中所有能够产生涡流的部件,例如Y250涡流发生器,鼻锥下方的转向叶片(J Vanes))与导流衬裙(Cape),这些都将被禁止。
关于鼻锥的宽窄的讨论是要建立在通过碰撞测试的前提下讨论的,2017年技术规则提高了碰撞测试的标准,宽鼻锥相对更容易通过碰撞测试。至少2019年之前,宽鼻锥并不是李兵老师眼中的落后技术,因为这事他cue了好几次某支车队(我说的是威廉姆斯)。
以法拉利SF70h为代表的宽鼻锥(Thumb-tip Nose),相较梅奔的窄鼻锥是有着独有的优势:平直的前鼻锥上表面产生了一个高压区;前鼻锥的“鼻孔”配合下表面的弧度和J 导流叶片,形成了一个文丘里管,在鼻锥尖端产生负压;鼻子下方产生的文丘里效应,实现了类似“双层扩散器”的效果,使得前翼下方的气流流速更快,负压更强。
以梅奔为代表的窄鼻锥的原理更简单:更小的鼻锥正面投影面积,意味着更小的前端能量的损耗,负责气流管理的Cape让鼻锥两端的气流与Y250涡流汇合,然后压向赛车底板前沿,强化底板的下压力。
至少直到18赛季结束前,两种设计思路各有千秋,不存在谁先进谁落后的说法。
19年的前翼规则修改,布朗他们的目的就是迫使车队使用类似于SF-90 的前翼格式,对此当时马桶狼的表述很有趣,他说法拉利的设计并不出乎他们的意料(当时虎扑一片幸灾乐祸)。后面几乎所有的车队也或多或少的借鉴了法拉利的前翼格式,也包括红牛和梅奔。(事实上整个设计我自己也想到了,因为我看过一个说法F1前翼真正有效的攻角区域只有中间一部分)
技术上的小改成为了两种设计路线的命运转折点
法拉利希望用“宽鼻锥”+“3+2部分负载前翼”压榨前翼的地面效应。主板面开槽增加前翼底部的气流量压榨前翼的地效,结合那几年法拉利日益增加的底板斜率获取在重刹减速弯的峰值下压力,而在连续的中低速弯,气流速度却不足以让法拉利赛车襟翼攻角产生足够稳定的负载。
梅奔选择的设计思路几乎背道而驰,或者说基本维持了技术规则小改之前的设计。在细节上则是相对于法拉利使用了更窄的主板面(就是第一层翼片)以及1+4的翼片堆叠方式。这种前翼堆叠的格式以产生巨大阻力的代价保证赛车在低速弯的稳定负载,后期逐步采用法拉利前翼设计的思路,结合18年增加赛车底部气流的方式,其实下压力没有损失多少。
总之,采用宽鼻锥的赛车无法平衡“下压力”与“气流管理”这两种需求,“窄鼻锥+Cape”的设计明显更胜一筹。
之前在19年技术规则小改的时候提起了一个非常重要的概念:前端,或者说前端下压力。
这几年有非常多的说法就是梅奔是一台前端赛车,这种赛车在诸如银石、布达佩斯这种有较大半径弯道的赛道如鱼得水,关键不在于赛道是否具备高下压力的属性。这里就突出了一个设计关心的问题:新赛车缺不缺前轴下压力。新规则下的前翼不仅提供下压力的占比会下降,所产生的下压力的效率也会大幅降低,理由无外乎:
1、过高的前翼离地间隙导致地面效应减少;
2、用“部分负载”的前翼降低了前翼的有效攻角;
3、现在前翼后方直接面对文丘里管入口,片面追求前端产生的下压力总量是以牺牲文丘里底板下压力乃至扩散器下压力效率为代价的,因为前翼产生下压力所产生的乱流现在已经没有Y250涡流将其带离到远离车身的地方了。
4、此外在之前很多的CFD分析中也特别提及赛车在过弯时的动态问题,这个问题原本不是一个问题,因为总有很多小型空气动力学套件解决这些问题。过弯时气流与赛车的指向之间会有一个夹角。赛车的空气动力学部件是针对流向平行于赛车长度方向的气流而设计的,因此气流与车身的夹角会显著降低赛车的气动效率。
后掠前翼本身就具备偏航稳定性,再配合三角形的前翼挡板,前翼在与气流方向产生夹角时,会对车身施加一个回正方向的力矩,因此新一代赛车的前端相对于前代赛车来说不够灵活。
Craig Scarboroug对于前翼翼面形状有自己的构想:前翼中段可能会看起来很“平”并且车队可能会抬高翼面的实际离地间隙,便于让更多气流从前翼下方流向文丘里管的入口。前翼最上层的翼片面积会尽可能的窄。笔者这里曾经无数次的畅想过当年法拉利F-2008鼻锥连接方式,他认为前翼靠近鼻锥的一段有可能向下翻转,将气流往地面方向送。
事实上,这种抬高前翼离地间隙,减少前翼地面效应的做法是非常类似于2005年的技术规则小改的,因此车队能够从当初的设计中寻找灵感。当时前翼大部分的下压力由中间鼻锥附近的第一与第二层翼片提供(类似图中勺子形前翼部分),在这部分生成下压力不会干扰底盘前缘的气流,那么前端下压力和管理后方气流也许不是一个矛盾。(这里我没有考虑材料上的强度问题)
自2009年以来,技术规则中对于该区域设置了一个R75的辅助体积(75毫米的最小半径),因此在2009年之前附着在可乐瓶区域的复杂翼片彻底消失。2022年的技术规则中不再设置R75这个参考体积,取而代之的是将该区域分为多块参考体积并各自设置其最小半径规则。
规则上的变化使得该部分的设计成为车队之间的差异化区域。事实上2022年概念车的设计思路在实际的设计环节是一定会毙掉的技术方案,非常的保守。
该区域的参考体积命名如下:
RV-RBW-SPOD Sidepod :入口参考容积
RV-RWB-COKE Sidepod: 可乐瓶参考体积
RV-RBW-APERTURE:散热孔径参考体积
RV-RWB-EC:发动机罩参考体积
RS-RWB-APERTURE:散热孔径参考面
RS-RWB-EC:发动机罩参考面
侧箱分为两部分:入口区域和可乐瓶区域。侧箱入口区域只能包含通向冷却管道的入口,因此今天没有转向围绕侧箱入口的叶片或百叶窗的余地。在可乐瓶内部,车身必须包括大于 75 毫米的边缘半径,很像旧的 R75 体积,但增加了 50 毫米的最小允许凹半径。
补充:赛车侧箱冷却进气口与板进气口的相对位置的改变是本次重大技术变化
在该区域带来的最大变化规则的侧箱冷却进气口(蓝线)和地板进气口(绿虚线)是在同一个平面上的。
两个平面则是错开的(offset),地效底板进气口在前,侧箱冷却进气口在后。
侧箱冷却进气口处会形成一个高压区(黄色),而这个高压区在原有的技术规则中被工程师用于引导Y250涡流向下流进地板或侧箱的下切区域;高压区还能避免鼻锥下方的扰流向上无序扩散,那些低能量的扰流最终会被工程师设计的涡流卷起,流向侧箱两侧下切的区域。
关于侧箱进气口高度,这些年设计趋势是由法拉利SF70h首创的“HT侧箱进气口(High-Top Sidepod)”。传统“三角形”的侧箱进气口,处于座舱上下两个”侧面碰撞结构(SIPS Side Impact Structure)之间,侧箱的高度被上SIPS的最高高度限制。
法拉利把上SIPS下移至规则允许的最低高度,然后把进气口放在上SIPS的上面。这样做就可以完全利用侧箱的垂直空间,更靠上进气口(进气口高压区)能把更多气流推向侧箱下切区域和底板。
但这个设计趋势会在2022年停止,因为SIPS安放的最低高度被抬高了6厘米。与2021年相比,有些车队会将散热器的进气口改回非常复古的格式。
F1赛车的侧箱+引擎罩那流畅连贯的曲面外形,非常像可口可乐玻璃瓶的形状,首台使用光滑曲线可乐瓶的赛车是法拉利的641赛车。
典型的可乐瓶设计例如SF-70的车身从前端的进气口,一直到车尾的散热开口。
但围场最近几年更为流行的技术方案源于梅奔2017年W-08的格式:侧箱和引擎罩的曲面不再是一个连贯的整体;车身靠近底板的部位也没有向内收。
这类技术方案被称之为“下洗气流侧箱”。原理是利用康达效应让侧箱上表面的气流尽快与底板附近的气流汇合,避免传统可乐瓶上表面气流产生流体分离现象,使得车尾扩散器上方的气流更稳定。
2021年法拉利也开始使用下洗气流侧箱,在靠近底板的部分几乎没有内收。
(图片大雾)
赛车引擎罩必须在浅灰色区域内设计,该体积在的上部触及了赛车设计的最大高度。距离赛车中轴线y0两侧25mm以外的发动机罩必须遵守和可乐瓶区域一样的最小半径规则。在Y25区域里面,是允许在设计上使用一个迷你鲨鱼鳍的,鲨鱼鳍的最大设计空间不得超过绿色区域的约束。
2021赛季使用梅奔PU的赛车,在引擎罩上都多出了一个鼓包。值得注意的是,这个鼓包本不符合新规则中关于“曲面连贯性”的条款,为此梅奔车队专门致函FIA要求澄清规则。FIA的答复是,“因为PU形状造成的引擎罩表面凸起可以被豁免”。
赛车动力单元的散热结构是决定侧箱和引擎罩的重要因素。2021的PU主要是考虑了2022新赛车的需求提前研发的产物,只要还是这套动力单元架构,赛车上部车体的外形不应该发生巨大的变化。
近年来设计的趋势概括起来就是“尽可能地减小PU正面投影的宽度”。为了达成这一目标,绝大多数车队不惜以抬高赛车重心为代价,这方面做得最极端的就是Alpine车队(我说句实话,这种设计难道不是增大了投影宽度吗?),但是大型中线冷却式发动机罩依然是合法的设计。
这种集中散热的布局由本田最先使用。自从本田与小牛合作起,红牛和小牛的引擎罩侧面轮廓就给人一种弓着背的感觉。下图是2019年帮助本田收获V6混动时代首个分站赛冠军的PU,这台PU直接“头顶着一个散热器”,前置压缩机、左右对称的中冷布局。
法拉利PU散热布置在座舱两侧,这是因为中间的进气口已经无法满足赛车那款引擎巨大的散热的需求。既然扩大侧箱的冷却进气口是无法避免的,那么干脆把引擎罩设计得更窄,让更多气流流向尾翼。
即使我们总是会将那几年的法拉利成为转向不足的赛车,SF90与SF1000这两辆赛车一直饱受车尾不稳定的困扰。一个重要的原因是气流到达扩散器上方的底板末端的总量太少,不稳定的后轮造成了过多的滑动,后轮衰退速度过快;还有一个原因就是糟糕的引擎架构产生的过多的热量造成了后悬挂变速箱的变形,后轮抓地力变得十分不稳定。
为了抑制后轮滑动的负面影响,法拉利在没有足够前端下压力的前提下采用高下压力的尾翼设定,一方面这让赛车低阻高气动效率的优势无法显现,另一方面赛车的动态特性变为转向不足。转向不足就意味着在中高速弯前轮的过度横向滑动,前轮和后轮总归是要死一个的,法拉利往往是前轮死的比较快。这个问题从17年差不多就埋下伏笔了。
天眼而论,法拉利面对19年的气动小改反应过度,主动抛弃了设计SF70h/SF71h时追求平衡性与操控性的思路,转而去追求低阻力的设计目标。事实证明前翼被砍对于下压力损失不是世界末日(但变薄的轮胎是),损失的下压力很快可以从其他部位找补回来。
法拉利于SF21回归了类似SF70h/SF71h的散热布局,将中冷散热器和电池散热器从侧箱移到了ICE与发动机进气道之间的空间。从上赛季法拉利赛车的表现来看,SF21以灵活性和操控性见长,仿佛是直接从SF70h/SF71h进化而来的,只不过这台赛车几乎是停滞两年的研发成果,而且开局的动力差距是25匹(所以伊莫拉顶着25匹的马力差距,迈凯轮应该反思的是为什么之前会被拉开30秒)。
这里还有个数据没有补充就是2017年的燃油消耗,梅奔的PU的燃油消耗要比其他厂商少了10公斤,差不多是90公斤出头的样子,所以我还是很怀疑在2019年他们说减少10公斤的燃油携带是张冠李戴的结果)
2022 年回归的是冷却百叶窗/鲨鱼鳃,它们在 2009 年规则变更中被 R75 规则禁止。如果这些冷却百叶窗位于 RV-RBW-APERTURE(上方浅蓝色)内,则允许车身绕过可乐瓶区域和发动机罩体积中的最小半径规则。
鲨鱼腮覆盖的区域每边不得超过 150,000 平方毫米,并且鲨鱼鳃的安放位置只能限制在RS-RBW-APERTURE参考平面中,鲨鱼腮将允许热气流从赛车中间逸出。
09-21赛季,赛车的散热气流的出口在引擎罩的末端,车队们根据自家赛车的散热需求,决定开口的大小,然后在此基础上优化开口的轮廓。虽然从开口出来的高能量热气流能起到一定的正面效果,但车队们都更愿意追求尽可能小的尾部散热开口。
2022新规则鼓励车队将赛车散热产生的气流,从两侧侧箱上的散热开口排出车外,这意味着在同等工况下,新赛车引擎罩的尾部将会更加纤细。空气动力学工程师在优化车尾的气动外形时,不会再过多受制于散热的需求。
当然即使规则限制,车队总是会动一些歪脑研究怎么开这些散热口,主要是为了利用散热口排出的高能量热风,这部分热风类似涡流,可以起到抑制车身表面流体分离现象的产生,使得气流顺着车体形状流到它该去的区域。
Craig Scarborough思路基本和下图的表现形式一致。
理论上而言,如果不考虑碰撞结构已经上移6厘米这一个既定事实,那么麦克拉伦在2011年采用的L型侧箱几乎是最完美的解决方案,因为现阶段主流的侧箱进气口结构,都不可避免的会阻挡流向横梁尾翼的气流。而只有L型侧箱能够直接将高能气流直接吹向横梁尾翼。
尺寸上,尾翼相比2017-21年赛车,宽度从1050 毫米增加到1230 毫米,弦长从350毫米增加到415毫米,尾翼的展弦比缩小,更小的展弦比会略微增加尾翼涡流的强度。尾翼端板的形状和传统方程式赛车尾翼端板略有不同,端板最多只能连接到尾翼下表面,因此尾翼上表面的高压区域将会从尾翼的两侧泄漏。
尾翼有着和前翼类似的拆分命名逻辑,包括尾翼轮廓、端板和将上述两者连接的混合部分,具有单独的体积。
RV-RWEP-BODY:尾翼端板参考体积
RV-RW-PROFILES: 尾翼轮廓参考体积
RV-RW-TIP:尾翼尖端参考体积
RV-RW-BEAM:尾翼梁参考体积
RV-RW-PYLON: 尾翼挂架参考体积
RS-RW-RWEP:尾翼端板参考面
RS-RW-BEAM:尾翼梁参考面
之前已经提及,未来赛车尾翼的尺寸是增加的,并且被稍微抬高,这样能够增加尾翼的外倾角用以获得更大的下压力。更强的下压力能够加强翼尖涡流,这对于更加干净的尾流非常重要。在该区域的零件数量是被规定的,最多只允许安装两层翼片,翼型上的最小凹曲率半径 (100mm) 和狭缝间隙间隔 (10-15mm) 。尽管 FIA 渲染显示出相当激进的勺子尾翼设计,但是规则约束勺子尾翼的曲率形状不能过于激进。
RV-RW-RWEP 端板区域(紫色)
2018年开始,迈凯轮引入的尾翼开槽潮流导致尾翼端板的设计趋向复杂。然而在2002年,端板设计被明显简化(又一次全部木大了)。2022年,端板仅允许有一个封闭截面(不允许开槽),从上至下逐渐收窄,端板的侧面投影必须覆盖下图的RS-RW-RWEP(绿色区域)。
规则在端板形状上并没有更多的约束,仅要求最小曲率100mm以及尾翼端板仍必须在距地面 500 毫米到 870 毫米之间显示 ERS/雨警告灯。
如果从俯瞰视野观察,横梁翼的截面面积不得超过80,000 平方毫米,也就是RS-RW-BEAM(下方橙色)区域,至少超过该表面积的38%。
如果一辆赛车的侧箱和引擎罩设计得足够好,那么BW毫无疑问将是整辆赛车上气动效率最高的一组翼型。高效的BW,对于尾部扩散器,以及整个地效底板的效能,都能起到增幅的作用。
为了支撑尾翼组件,RV-RW-PYLON 内最多只能有两个挂架。RV-RW-PROFILES 和 RV-RW-PYLON 之间的重叠和小交叉意味着天鹅颈机翼吊架依然是主流的选择,鉴于梁翼可以作为尾翼支撑,团队可能会决定在结构梁翼或翼架之间进行选择,以平衡空气动力学与重量 。
对于DRS系统的保留与否的议题是暧昧的,FOM的渲染图排除了这个选项,但是规则中尾翼顶部仍有空间用于放置DRS吊舱和最多两个尾翼支撑挂架( pylons),参考体积中确实预留了60x30x30 毫米(长 x 宽 x 高)的空间,分布在赛车中轴线两侧,但它可以位于 RV-RW-PROFILES 和 RV-RW外部。实现旋转的铰链必须向前小于 20 毫米,在襟翼后缘下方最多 20 毫米。
技术新规下的尾翼的关键就是横联尾翼,2014年后首次重新被引入。从某种意义上,我们在赛车可乐瓶区域形状逼逼这么多就是为了彻底发挥这个套件对于扩散器的抽吸作用,并且这个套件在技术规则中没有更多的限制,意味着这可能是车队重点设计的区域。
当气流流过“尾翼-两侧挡板- BW”围成的区域内的气流,将流出扩散器的气流向上抽起来,不让赛车的尾流干扰靠近地面的其他赛车。这个精心设计的尾翼整体的形状,会在竖直挡板外侧产生涡流;该涡流与同一侧扩散器流出的涡流的旋转方向一致,都是将气流往上方送。
由于横梁尾翼的存在,扩散器的末端会有一个负压峰值。与平直地板的下压力系数曲线相比,文丘里底板的下压力系数曲线多了一个峰值。
2022 年规则的最大变化是底盘和扩散器部分。1982年之后,用于产生地面效应的底部隧道被安装在赛车的底板位置。事实上这种设计和之前使用裙边产生地面效应在原理上有所差异。当时的国际汽联从安全角度出发,废除了曲面隧道底盘转而使用平面底板。
(梅奔2019年的底盘可以认为是平面底盘时代的绝对巅峰)饶是如此,赛车靠近赛道的表面效果仍然受益于地效,所以现在的前翼和底板仍然在一定程度上发挥地效作用。当代设计师会使用涡流封闭底板间隙,从而产生地面效应。在吹气扩散器时代,纽维也是通过吹气扩散器实现了对于扩散器部分的封闭作用。
之所以选择底板作为赛车主要下压力的来源,FOM是基于翼片对于湍流敏感性高于底板的认知做出的。此外还有所谓的底板边缘空力部件被纳入到设计范围。
底板侧面向原来车身破风板区域延伸的翼片可以防止前轮胎尾流进入隧道并将其推到外侧。这些套件可能是一个成熟的开发领域,让底板更为高效的工作。言归正传,赛车底盘大致可以由五块部分以及4个参考表面组成,命名规则如下
五个参考体积:
RV-FLOOR-BODY 底板主体参考体积
RV-FLOOR-FENCE 底板围栏参考体积
RV-FLOOR-EDGE 底板边缘翼参考体积
RV-BIB 围兜参考体积
RV-BIB-STAY围兜支架参考体积
四参考平面:
RS -FLOOR-PLAN 底板主体平面参考表面
RS-FLOOR-MID 底板主体中间参考表面
RS-FLOOR-REAR 底板主体后参考表面
RS-FLOOR-FENCE 底板围栏参考表面
底板隧道的主要几何形状必须位于 RV-FLOOR-BODY(下方浅蓝色)。底部隧道的最大和最小高度和宽度限定了边界。
扩散器出口相当狭窄,与 2017-21 赛车的 1050 毫米相比,宽度750毫米,并且底板体积的形状将阻止车队像现在一样横向扩展气流(只允许在垂直方向上扩散气流,因此尾流的扩散气流形状更加类似于蘑菇),扩散器出口高度在 200mm 到 310mm 之间。
隧道沿线的最低高度为50毫米,与1995年以来的底板离地高度相同,车队可以选择在隧道中间设计一块平坦的部分,以尽可能靠近地面挤压隧道。允许的最小曲率半径为 25 毫米,但隧道外和后轮胎正前方的小区域除外。不同车队的对于隧道形状设计可能各不相同,最终呈现的效果也需要最后时刻才能验证是否正确。
从模板赛车来看后制动导管的设计非常极端,在扩散器和轮胎之间有一个深裙边的叶片。这些也可能是丰富的发展领域和决定汽车布局/设置的基本因素。叶片将有助于密封扩散器以产生更多的下压力,具体取决于赛车的行驶高度将改变它们的工作方式。
底板的外边缘区域可以添加空力套件。翼片将有助于在底板的外边缘周围提供一些上洗和外洗气流,用于封闭乱流进入扩散器内部。上述的翼片的尺寸同样需要遵守最小横截面积和曲率的限制,并且和底部的最小和最大偏移 5 毫米到 20 毫米。边缘翼片安装数量的上限是6个,因此底板外边缘不会有一大堆冲洗叶片。
为了符合规则,整个底板在平面图中不能小于RS-FLOOR-PLAN(下图红色)。该表面通过在除前角外的所有边缘周围插入 5 毫米的阴影来遮蔽底板参考体积的形状,前缘有一个用于前底板围栏的空间 - 稍后会详细介绍。
隧道的中间是一个楔形部分是原先安装木板的区域,作用是分流座舱下方周围的气流,并覆盖发动机和变速箱。
上述两个部分是技术规则内的比较新的区域,旧的 T 型托盘(T-tray)分流器已经消失。
取而代之的是像脚后跟一样的部分被称为围兜,围兜在底板中央楔形部分的前部形成一种迷你T-tray,用于支撑新规则中保留的木板的前缘。
规则要求该部件的厚度至少为20毫米。半径至少为 5 毫米,面向地面的边缘和其他边缘的半径至少为 15 毫米,目的是增强刚性。尽管围兜和船形部分之间的连接处会产生涡流,而撑杆可防止底板前部向上弯曲以获得空气动力学优势。
该部分是底板下方通道的入口区域,在该区域中每边最多允许有四个(原始规则草案中的三个)大型涡流发生器 (VG)。
原先赛车破风板的功能被底板边缘翼取代,它实际上是下翼口的延伸,作用是防止轮胎乱流进入隧道并将其推到外侧,在车身底板前部产生低静压(吸力),另一方面是产生涡流,增加沿底板方向的下压力。围栏的定义方式与 2019 年规则新版前翼端板的定义方式类似,指定了一个“基准面”,车身最多只能从该表面偏移 ±4mm。围栏在任何时候都不能彼此接近 10 毫米(换言之这块地方是可以允许一部分的变形的?)
每个VG之间的间距不得小于10mm;每片VG必须由一个连贯的曲面构成,且曲面的任意高度的水平切线与车身中轴的夹角必须为50度。围栏的外洗能力受到限制 ,相比之下,当前的挡板设计以几乎垂直于汽车中心线的角度产生外洗(外洗的设计思路是与本次气动技术改革相悖的)。
底部的最终规定是这两块部分不能超过赛车横截面的阴影区域。底板下四个涡流发生器中的最外层必须隐藏 RS-FLOOR-FENCE的阴影区域,扩散器端挡板必须覆盖 RS-FLOOR-REAR。而用于覆盖 RS-FLOOR-FENCE 的 VG 不能从汽车中心线超过 40°,比内围栏小 10°,以保持汽车尾流的狭窄宽度。
底板斜率(补充)有关于底板斜率的讨论从2021年技术规则削减底盘面积开始变得喋喋不休,然而这个命题似乎需要延续到新一代技术规则中了。
争议的点来自于后轮上安装的极端后制动导管(brake ducts),规则允许在扩散器和轮胎之间有一个深裙边的叶片。这些也可能是丰富的扩展领域和决定赛车布局/设置的基本因素。叶片将有助于密封扩散器以产生更多的下压力,具体取决于赛车的斜率将改变它们的工作方式。
低斜率设计思路中它们几乎不会延伸到扩散器下方,但在较高斜率思路中,它们很容易位于扩散器下方并有助于形成更高的扩散器设置。各车队究竟会选择高或低斜率将取决于他们想如何有效地让翼片在该角度工作。
更大的扩散器口径并不一定意味着更好的下压力表现,扩散器出口离地越高,越容易在在低速状态下出现气流分离,导致湍流在扩散器内部形成,也就是俗称的“丢底”,这个也是法拉利自从208年内开始逐步增加赛车斜率,但是车身动态愈发糟糕的原因所在。之前底板通道的参考体积是有限制的。
在开发的早期阶段,他们无法让底板在高斜率下工作,这意味着制动管道叶片的增益会丢失。这很可能是这些新车在第一赛季决定赛车性能差异的领域之一。
2022新赛车的底板下压力中心,比2021赛车的底板下压力中心更靠后,整个事实多少和之前F1-technical论坛CFD的分析结果有所出入( https://www.f1technical.net/features/22288),
在之前的粗略的CFD分析结果显示:22年赛车的压力中心(COP)向底板中心转移,扩散器部分的低压峰值相对较小。由于赛车后轴被抬高,因此可以考虑降低赛车斜率(flatter rake angle)用于压榨赛车尾部下压力,但是低斜率底板的使用会使前翼失去在俯仰状态能够压榨的地面效应。
直观来说当赛车有一个更加靠后的气动重心的时候,赛车会倾向于转向不足的动态特性,但是实际上这个观点并不正确。靠后的COP(气动中心)不等于赛车就拥有稳定的车尾,也不一定意味着转向不足。相反因为之前提及的低速状态的“丢底”现象的存在会导致赛车尾部下压力的不稳定。
回到赛车动态特性这个命题上,实际上就是赛车的运动方向和气流方向出现了不一致,也就是所谓的偏航,赛车前端和后端都会产生下压力,赛车前后轮的抓地力形成相反的转向力矩(MF与MR)。
如果MF>MR,那么赛车就具有转向过度的动态特性,并且随着这种偏航角度的增加,前端的转向力矩增大(力臂增加);与之相反的就是MR>MF,那么赛车就具有了转向不足的动态特性。
还有一些其他规则区域包括变速箱外壳、碰撞结构和相机位置。
RV-TAIL:尾部参考体积
RV-TAIL-EXH:排气参考体积
RV-TAIL-RIS:后防撞结构参考体积
RV-FWH-SCO:前轮铲参考容积
RV-RWH-SCO:后轮铲参考容积
RV-RWH-LIP:后勺唇参考体积
RV-CAMERA-2:摄像机 (机头安装)参考体积
排气尾管的出口必须位于 黄色区域内部,在后轴前后约15毫米的长度区间内,高度至少为离地350毫米。排气管的横截面必须是直径在 100 毫米到 130 毫米之间的圆形截面,最后的 150 毫米是直的,并且与汽车底部的角度介于 0° 和 5° 之间。2022赛季不再单独设置泄压阀,在最后150毫米前和排气管进行合并(我当时想用泄压阀搞失速尾翼)
F1 赛车上有三个安装 FIA 摄像机(或虚拟摄像机)的位置,鼻锥两侧、驾驶员身后的发动机罩两侧以及 T 型摄像机的防滚架顶部。还有另外两个强制性摄像头,面向驾驶员的高速摄像头和位于底盘顶部的 360° 摄像头。所有摄像机的放置都有规则;但是安装在机头上的或摄像机位置 2有自己的黄色区域。完整的相机必须与机头的安装支架一起装在这个盒子里。在它们连接鼻子的地方,最多可以增加 10 毫米的半径。
前后制动鼓,有时也称为“蛋糕罐”,是常见部件,旨在防止空气从制动冷却系统泄漏到车轴或轮辋 - 这可以防止任何空气通过轮毂向外吹使汽车尾迹更宽。进入或离开制动冷却系统的唯一路径必须通过红色区域。前后制动导管入口高度不能超过 200 毫米等。对于后轮而言,有一个薄的部分(绿色——可以部分包裹后轮胎,这将允许制动导管像今天一样在该唇缘和轮胎面之间的入口处起作用。
应该不会有更新了,这个帖子就到明年有什么有意思的设计的时候再激活吧?
底盘总监Montecchi楼主
我想要弃坑😂,虎扑公式编辑是不存在的