「大尾翼」就是厉害?太!天!真!了!”

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在<>这个系列中,我们放弃那些复杂的公式,只来简要说一些和赛车有关的空气动力学原理,以及在车辆设计、调校中对空气动力学的实际应用。

悬挂等部件产生的机械作用力主要在低速行驶中起作用。

整车外形产生的空气作用力主要在高速行驶中起作用。

在一条高低速弯兼备的赛道上,车队通常会通过悬挂和尾翼等部件分别设定车辆在低速弯和高速弯中的操控特性。想要赢得更好的成绩,真的应该了解一些赛车的空气动力学特性。

在车辆的空气动力学应用中,主要是要考虑:通过流线外形减小风阻系数、尽量减小正面迎风面积、引导并利用气流。常用的设计方法是:流体仿真模拟、油泥模型风洞测试、实际赛道测试等。

Author / 蟹爪朝天

空力特性及策略

在赛道车的空气动力学改装或设计中,追求的不一定是绝对加速或尾速,也不一定是某个弯角的弯中最低速度或弯道区段的平均速度。

一台足够完善的赛道车更多的是追求赛道或仅仅针对下一个将要前往的赛道上的整体成绩或比赛策略。

排位赛可以追求更快的圈速以拼出更好的起跑排位,正赛可以追求更稳定的操控以减少失误保证顺利完赛,面对某个重点对手时可以针对他的弱点制造出自己的优势。

在一些高级别赛事中通过前车空气动力学的设定为后车队友尽量减少油耗及部件磨损的例子也有很多。

车辆前后的空气动力学设定是可以在很大程度上影响整车操控特性的。

在不考虑风速及风向的情况下,车速越高逆向气流就越大,空气动力学设定的影响也就越大。

通常技师和车手都希望车辆在高速弯中更稳定,在低速弯中更灵活。

这时就可以利用空气动力学在高速时的作用比在低速弯时更大的这个特性[单独]设定出车辆在高、低速弯中的特性了。

需要注意的是,对于整车所以空力部件来说,有着和以重心为基准的机械系统坐标系类似的空力系统坐标系。

在空力系统坐标系中,每个空力部件或车身外形所产生的空力作用,都可以在坐标系中做力矩分析。

车头的空力等效作用线、车头的空力等效作用点、车尾的空力等效作用线、车尾的空力等效作用点等也都可以作为整车空力平衡设计的重要点或线。

在最终的整车特性分析中,可以将空力系统坐标系中的力矩转换到机械系统坐标系中计算。

和悬挂等机械部件的目标类似,在空力系统中,理论上的最好状态是让四轮总体获得最大的空气下压力。但考虑到赛车整体操控特性、赛道、车手等因素后,可以主动对空力部件有重点的进行设置。

比如,在筑波赛道上的大马力后驱车,可以将悬挂和车身部件设定成比较灵活的轻微转向过度的特性,这样可以在前几个大角度回头弯中更灵活的控车走线。

同时,将尾翼等车尾的空气动力学部件设定成较大下压力的状态。这样尾翼等车尾的空气动力学部件在前几个速度相对较低的弯道中不会产生太大的车尾空气下压力,但会在T9高速弯中产生较大的车尾空气下压力,发挥稳定车尾的作用。

空力作用较大的尾翼还有个作用,就是在直线尾全力刹车的时候,可以[单独]将车尾下压,让后胎发挥出更大的附着力,提高刹车减速效果,并稳定车尾,防止后轮过早打滑。

比如筑波的T1弯和T4弯,所以在使用了更大空力效果的尾翼后,可以考虑适度给后轮多分配一些制动力,以推后刹车点。当然,这种随车速产生的车尾下压力会随着车速的降低逐渐减弱。

  • 什么形状的尾翼?
  • 翼面安装在什么高度上?
  • 翼面角度如何?

虽然这些问题需要通过流体仿真模型或风洞测试才能找到相对来说更合适的数据。

但也有个更简便的方法,就是接上V-BOX等数据记录设备实际测试。通过各个位置的速度、加速度等数据判断出那组尾翼数据更合适。

  • 让空力部件在什么速度以上时占主导?
  • 此时的操控特性和低速相比有了哪些变化?
  • 此时是否容易出现操作或身体感知不准确的情况?
  • 在追击前车多大距离内空力部件的作用会严重恶化?

这些问题也需要车手自己尝试,根据理论数据找出实际经验值,并养成条件反射。

环境风的影响

绝大部分赛车的空气动力学部件设计,都是考虑的无风环境。空气流速都是由车速产生的,空气扰动也都是由车身动态或外形引起的。

在此做简化,一方面是因为风速比车速小很多,一方面是有周围其它车或围栏的影响,一方面是因为在闭合环形赛道中持续稳定的风是从各个方向吹来的。

还有一方面是因为难以准确预测比赛当时赛道上的风会是什么样的。真要研究的话会非常复杂,难以找到准确可用的数学模型。

有环境风时,环境风速、风向对车的影响主要有:

  • 在直线段的逆风会影响加速度和尾速
  • 在直线段的顺风会影响到散热
  • 在弯中的侧风会影响侧倾、四轮垂直负载分布,进而影响到操控特性
  • 下坡时的逆风可以增加轮胎相对地面的垂直负载
  • 在坡顶遇到的逆风会破环车底气流的稳定性

超越及跟随

可以阅读以下文章了解更加详细的分析

↓↓↓

在紧跟前车时,两车的气流会有部分重叠。前车车尾的下压力减小,后车车头的下压力减小,两车直线行驶的风阻都减小。

与单车行驶相比,下压力的变化会让两车在进弯时均出现不稳定。具体表现就是前车甩尾,后车推头。

紧跟,并没有一个明确的标准。要看具体车型、车速、相对风向风速等因素。

理论上是后车车头的空力部件进入前车车尾乱流区的距离。操作上是距离接近到后车能感觉出被前车吸着走或车身动态不稳定的时候。

此时前车车顶和两侧的气流并没有在车尾形成严重乱流,而是比较平滑的衔接到后车车顶和两侧。可以把两车看作是一个整体,气流在后车车尾才形成乱流区。

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