汽车改装知识：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F1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』。F-1赛车的抓地力约有1/3是由前轮负担，有超过2/3则是由后轮负担。在前轮采用低下压力的设置可以提高车速，但同时也会提高转向不足的趋势；转向不足就是车头会开始滑向弯外侧。相对的，如果车尾的下压力不足，那么会有转向过度的倾向，车尾就会开始打滑。
F1赛车循迹控制系统
循迹控制系统TCS（Traction Control System）约是在''90年代初期发展出来的电子系统，在''94年之前可合法使用这项系统，然后连同主动式悬吊都遭禁用，后来Senna的死则引发这些高科技设备的争论。直到2001年西班牙GP，循迹控制系统才又再度解禁。
循迹控制系统的原理是在轮带打滑时，包含了起跑、过弯、下雨天等等的情况，利用各式各样的方法来降低扭力的输出，让轮带重新获得抓地力，进而让车手能够控制赛车，将动力发挥到最极限，并增加赛车速度。而降低扭力的方法有油门的控制、点火延迟、或是关掉数个汽缸的点火或供油系统。
由于传动轮在加速时会超过50G，所以降低惯性所需的反应要非常快速，但是利用油压电子油门控制需要30毫秒，反应时间不够快；延迟点火又有耐用度的问题；因此现行的循迹系统是利用装置在轮带处的感应器来检测轮带状况，当轮带打滑时计算机就会降低引擎输出功率，通常是数个汽缸不点火，或是在供油程序下功夫，让轮带停止打滑，以降低车辆因为轮带打滑所造成的失控状况，进而增加赛车速度。
不过现在的循迹控制系统可不只是那样简单，随着电子技术的进步，现在计算机已可以做出较过去更为顺畅的循迹控制，不只是单纯地点火与供油而已，当前的程序技术已可让赛车在即将打滑时，循迹控制系统就开始作动，保持在最大摩擦力的边缘，得到最佳的引擎动力运用。
循迹控制系统不仅在慢速弯道中有帮助，在高速弯中也有所助益，系统不只会在打滑的时候做出补偿的动作，就当车辆正开始滑动时就会介入，过去要以时速190公里半油门方式通过的弯，在配备循迹控制系统之后，可以时速200公里全油门的速度通过。
F1赛车起跑控制系统
起跑控制系统包含在循迹控制系统之内，它可以让车手在起跑时不会因轮带打滑而损失时间。跑控制系统的效率非常地好，如果它正常任务的话，起跑的速度会比车手自己控制到最好还佳，车手在起跑前按下起跑控制系统的开关，系统会在起跑之后车手收油时自动解除。
根据Jordan车队的报告指出，在比赛中采用起跑控制系统是非常有效果的，他们的数据显示，使用起跑控制系统的Jordan EJ11赛车可在4.3秒内由0加速到100英里，但是没有使用起跑控制系统时却需要4.8秒，这就是为什么许多车手在经历那么多次因系统故障所导致的起跑失误之后仍坚持使用起跑控制系统的原因。
F1空气动力学大观：4500万打造赛车竞争力
在F1领域，落后1/10秒就可能和胜利失之交臂，这没有任何值得惊讶的。因此为了达到提高赛车速度的目的，车队不会放过任何一个可以挖掘潜能的方面和机会；所以车队对于赛车的空气动力学套件无休止进行精雕细琢也就不足为奇了。
在霍根海姆和其他的任何一条赛道都一样，F1赛车的竞争力不仅仅基于引擎和传动系统的表现，空气动力学套件的效率同样至关重要。“如果赛车在某条赛道的空气动力学套件有问题，他就不可能在这里赢得比赛。”威廉姆斯车队的总设计师加文-费舍尔(Gavin Fisher)如是说。
对于F1而言，时间就是金钱，同时时间也需要耗费金钱。据专家统计：目前F1车队在空气动力学开发上的花费已占到整个车队年度预算的15％，现在唯一能超过这笔费用开支的只剩下引擎开发了。新建一个全新的F1风洞至少需要花费4500万欧元。但尽管如此，如今的大多数F1车队还是在几年前便修建了属于自己的风洞。威廉姆斯车队设在英格兰格洛威(Grove)的总部，便拥有一个极其现代的私人风洞，它是目前各大车队中现代化程度最高的风洞之一。
威廉姆斯车队的工程主管帕特里克-海德(Patrick Head)表示：“即便F1规则在不断的变化，但是空气动力学对于F1赛车而言都是最为重要的因素之一。”现代风洞的主要作用是将赛车模型放在内部的钢铁传送带上模拟赛车在路面上的各种情况。通过对采集到的数据进行综合分析，可以准确地检测到赛车在路面上受到各种因素干扰时的状况。威廉姆斯车队的空气动力学主管安东尼亚-特尔兹(Antonia Terzi)认为：这种模拟可以将赛车空气动力学部件的精度提高30％。
F1风洞最引人瞩目的可能就是其巨大的碳纤维风扇了，它的极限转速可以达到600转/分，其驱动引擎的峰值功率更是可以达到令人汗颜的3兆瓦，即4000匹马力左右，这相当于4台主战坦克所提供的动力之和。如此强大的动力其带来的实际效果将时怎样的呢？答案是能在30秒内将静止的空气加速到300公里/小时。此时托起赛车模型的传送带的作用则是模拟赛车在比赛中的各种路况和车身姿态，最大限度保证模拟的真实性和有效性。
当进行空气动力学测试时，技师们的视点将放在三个方面：下压力、阻力和灵敏性(敏感度)。巨大的下压力可以提高赛车的过弯极限，但是在理想状态下，下压力的增加不应当带来赛车阻力的增加，但是不可避免的却会牺牲赛车的部分极速。赛车的空气动力学灵敏性(敏感度)则是指赛车的状态性能对于空气动力学环境改变时自身变化的强弱，例如由不平整的赛道路面带来的赛车翼片以及底盘和路面距离之间的频繁变化时，赛车性能所受到的干预强弱。
现代化的新风洞——例如威廉姆斯车队的第二风洞，将使车队有条件对1:1的模型上进行模拟测试。这对于车队而言将是一项巨大的优势，因为目前大多数车队仍只能进行50％～60％比例的模型模拟测试。使用1:1模型进行模拟试验的优势是更有利于车队计算某一个赛车部件在相应的气流状况下的真实状况。而风洞试验室的另一种模拟测试是将两个类似的小模型放在一起：将一个放在另一个的后面。这种模拟测试是为测试赛车在比赛中处于其他赛车后部时所遇到的气流状况。两个赛车模型的高度和距离可以通过外部遥感来进行控制，精度可以达到惊人的0.01毫米。
为了保证始终走在全球激烈的市场竞争的前端，世界各大汽车制造商都拥有自己的风洞。尽管根据目前的电脑技术水准，已经可以对越来越多的赛道状况进行计算机模拟测试。但是精确的风洞测试在车辆空气动力学的研发上仍然占据着不可替代的地位。而人们对于民用车辆的空气动力学研发也不仅仅只是为了降低空气阻力和降低油耗，比如降低汽车行驶的风噪也是其中的目的之一。
在F1领域空气动力学发展的速度有多高，可以在威廉姆斯FW26上找到答案。举例说明：在摩纳哥大奖赛后的周一，威廉姆斯车队技术总监萨姆-米歇尔(Sam Michael)便赋予了车队工作人员新的职责：改进赛车若干处空气动力学套件，其中包括侧箱、侧箱冷却气流入口、散热器、引擎盖、排气管导流罩和侧箱小翼等等。但到四站之后的法国大奖赛，赛车新的空气动力学套件的改建工作又开始展开，如果没有风洞，这所有的一切都是不可能完成的。
为了达到这些改进目的，威廉姆斯车队风洞工作室的工作人员花费的时间长达500个小时之久。据专业人士统计，每年每支车队在风洞实验室内度过的时间长达8000个小时。为了对某个部件的改进，通常会制定两套甚至三套工作程序轮番进行对比研究，直至最后达成最佳成果。威廉姆斯车队的总设计师加文-费舍尔(Gavin Fisher)表示：“风洞为我们不断改进赛车提供了最大的可能，没有风洞一切都免谈。
