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[F1專欄]「可動式底盤」的啟示 |
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| 記者/Hunter Hsu |
本文已被閱讀55,544次 |
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針對澳洲站結束後引發的「可動式底板」紛爭，FIA科技小組正著手做出更嚴苛的賽前驗車程序，預料F2007賽車在直線道的「尾速優勢」將有不小的影響。值得注意的是，從最近兩年F1車隊空力套件的發展觀察，我們不難發現新世代空力套件設計哲學已經從過去「追求更大下降力」轉變為「減少直線道阻力」，這與FIA主席Max Mosley過去持續推動的各項改革脫不了關係。
「可動式底板」的威力有多大？我們或許可以從FIA公布的週六排位賽各車手賽車極速的排名略知一二：兩位Ferrari車手Raikkonen與Massa高居前兩名，其賽車尾速與主要競爭對手Fernando Alonso及Lewis Hamilton有著不小的差距！「可動式賽車底板」利用彈簧、細金屬支柱或者鋼纜來連接車身與駕駛座下方的氣流分散板底板，這項設計的首要目的就是減少在直線道行駛時的空氣阻力，其原理為可動式底板在高速時可上升，因而封閉氣流流向車身下方的通道、間接使得賽車尾部的Rear Diffuser停止作用（減低空氣下降力與空氣阻力），我們在之後的段落仔細介紹。
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澳洲站排位賽各車手賽車極速排行榜 |
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排名 |
車手名稱 |
賽車極速（Km/h） |
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1 |
Kimi Raikkonen |
308.3 |
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2 |
Felipe Massa |
306.9 |
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3 |
Mark Webber |
306.6 |
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4 |
Alexander Wurz |
306.5 |
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5 |
Scott Speed |
306.3 |
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6 |
Rubens Barrichello |
306.0 |
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7 |
Vitantonio Liuzzi |
305.7 |
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8 |
Giancarlo Fisichella |
305.3 |
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9 |
Nico Rosberg |
305.3 |
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10 |
Heikki Kovalainen |
304.9 |
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11 |
David Coulthard |
304.8 |
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12 |
Lewis Hamilton |
304.4 |
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13 |
Fernando Alonso |
304.3 |
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14 |
Jarno Trulli |
303.8 |
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15 |
Ralf Schumacher |
303.7 |
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16 |
Takuma Sato |
302.9 |
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17 |
Jenson Button |
302.8 |
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18 |
Anthony Davidson |
302.6 |
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19 |
Nick Heidfeld |
302.4 |
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20 |
Robert Kubica |
302.1 |
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21 |
Adrian Sutil |
301.0 |
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22 |
Christijan Albers |
298.4 | |
空力套件從上個世紀1970年代成為F1賽道上的顯學，其最早的功用是為了增加車輛的抓地力（Grip Force）而提升車輛過彎速度，進而提升單圈表現。當時的車隊工程師發現如果能阻止（或是加速）空氣流入車身底部、就可以造成車輛底盤與地面之間成為「接近真空」的狀況，這樣車輛就可以如同吸盤般牢牢吸附在賽道上（Ground Effect的定義：空力套件距離地面的距離越小、它所發生的作用就越大）。1978年的Lotus車隊與1979年的Ferrari車隊就率先應用了這個理論，這類車輛的最大特色就是「車輛兩側部分加裝了與地面接觸了裙腳（Skirt），賽車前方裝設了引導空氣流向兩側的氣霸」。可惜之後FIA卻以安全因素禁止了裙腳的使用：首先是禁止Sliding Skirt（與地面接觸的軟質裙腳）使用、到了1983年FIA將Flat-Bottom Regulation（車身下方必須平坦的）規定的導入更禁止了一切由底盤向下延伸的空氣力學設計，至此Ground Effect Era才算是轟轟烈烈地正式壽終正寢。90年代更規定賽車中央部分必須低於兩旁以有效減低地面效應的效果。也就是這個部分經常摩擦地表、讓我們在電視轉播中看到火花四濺的特效。
在Ground Effect Era結束之後，F1工程師們又發現了另一個可以提供大量下降力的空力設計：Rear Diffuser，它是位於位於F1車身尾部的一種逐漸向上延伸的結構，應用的原理則是流體力學的基本定律：白弩利定理。當車身下方的空氣流過Diffuser時、因為通過的截面積增大而使流速變慢，此時會造成壓力增大的情形（白弩利定理是一個能量守恆定理，意即流速增大則壓力變小、流速變小則壓力稱大）。這種現象可以加快車身下方的空氣造成「暫時真空」效果（其實也就是也就是另一種形式的Ground Effect），在Rear Diffuser發展的全盛時期時它甚至負責產生F1賽車70％以上的下降力！一直到1994年FIA政策急轉彎，強制縮短Diffuser的長度之後它的重要性才稍微降低（目前仍然佔約40％的車輛下降力分佈）。
 | | | Rear Diffuser的設計也在超級跑車上出現 |
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然而，由空力套件產生的Downforce有另一個重要的特性，就是一般來說如果要產生較多的Downforce、就必須付出較多的Drag Force（拖曳力）做為代價，我們可以用「增大空力套件的傾角（angle of arrack）」這樣的例子來想像，例如調大賽車尾翼傾角或加大尾翼面積的確可以增加下降力、但同時也增加空氣阻力。所以「如何在車隊可以接受的空氣阻力上限之下產生最大的下降力？」就是賽車空力設計師的首要挑戰。由於FIA過去幾年透過減少引擎汽缸、長壽引擎和轉速上限降低車輛進彎速度有成，透過提升車輛下降力進而提升車輛過彎速度的重要性顯著降低。F1空力工程師開始把重心轉移至「如何減少直線道時的空氣阻力？」的領域，如2006年賽季初期引起軒然大波的「彈性尾翼」其原理是上層尾翼在高速時大幅向下彎曲，緊貼的上下兩層結構將大幅減少空氣阻力（也同時降低下降力，但對直線加速過程影響很小），目的也提升高速彎道或直線道的極速，與現在的「可動式底板」有著異曲同工之妙。
目前的F1科技規則要求任何賽車部件在驗車時都必須通過嚴格的變形測試，關於車身底板的規定是當受到500牛頓的施力時，底板垂直變形幅度不得超過5mm，預料馬來西亞站時FIA會頒佈更嚴格的規定。不過F1空力設計師尋找灰色地帶、進而突破限制的意志絕對不會改變。
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