賽車中的空氣動力學(xué)(已修改)
2025-05-12 12:11 本頁面
【正文】 賽車 中的空氣動力學(xué) 更新時間： 2022125 F1賽車中的空氣動力學(xué) F1賽車是世界上最昂貴、科技含量最高的運動 ,通過產(chǎn)生大量的空氣動力學(xué)下壓力達(dá)到非常高的過彎速度，乃是世界上最快的賽道賽車。在引擎的研發(fā)相對穩(wěn)定的下，空氣動力學(xué)幾乎主宰著一輛賽車的全部性能。 讓我們一起來感受一下 F1賽車的速度與激情！ 資訊： F1賽車中的空氣動力學(xué)（一） F1賽車中的空氣動力學(xué)（二） F1賽車中的空氣動力學(xué)（三） F1賽車中的空氣動力學(xué)（四） F1賽事中的高科技 (一 )神奇的橡膠 F1賽事中的高科技 (二 )制動技術(shù)的實用化 F1賽事中的高科技 (三 )無線通訊的交響樂 F1賽事中的高科技 (四 )分秒之爭 問答： F1賽車的懸掛設(shè)計流程是什么？ 一般說來，當(dāng)工程師在設(shè)計一輛 F1賽車時，通常需要考慮賽車在飛馳過程中的 4個動模態(tài)特征（賽車的頭部和尾部連線為 X軸，賽車左側(cè)與右側(cè)連線為 Y軸，垂直于地面為 Z軸）： 1）俯仰：賽車有繞著 Y軸旋轉(zhuǎn)的趨勢。 2）側(cè)傾：賽車有繞著 X軸旋轉(zhuǎn)的趨勢。 3）彈跳：輪胎與地面接觸面沿 Z軸做上下直線運動。 4）翹曲：輪胎與地面接觸面沿 Z軸做上下非勻速直線運動。 上述動模態(tài)特征主要由賽車前、后兩軸的懸掛剛度和側(cè)傾剛度決定。賽車行駛過程中，當(dāng)簧下質(zhì)量與賽道路面間相對運動為零時，可以獲得理想化最大的賽車抓地力；換句話說，賽車簧下質(zhì)量的幾何重心的運動軌跡與賽道表面輪廓形狀完全平行。很明顯，在現(xiàn)實世界的工程應(yīng)用中，這是無法達(dá)成的理想目標(biāo)，那么盡可能地減小簧下質(zhì)量與地面間的相對運動就是懸掛設(shè)計的主要目標(biāo)之一，通常設(shè)計工程師會在滿足所有性能要求的前提下選擇最小的彈簧剛度。但同時，設(shè)計者為了控制簧上質(zhì)量與賽道表面間的相對運動需要選擇較大的彈簧以及減震器剛度。 所以，為了分別控制簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量，關(guān)于彈簧和減震器性能選擇存在一對無法避免的矛盾，無論是懸掛設(shè)計工程師還是賽場調(diào)教工程師都需要靠車隊多年積累的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗來對兩個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，并根據(jù)現(xiàn)場賽道和氣候條件做出最終抉擇。講解到此處，還需要引出一個參數(shù)名詞 —— 彈跳頻率（ bounce frequency），隨著賽車質(zhì)量而發(fā)生變化，從公路民用車到賽車，彈跳頻率約為 ，然而 F1賽車的彈跳頻率大約為 。在 設(shè)計 F1賽車懸掛時，后輪軸的設(shè)計彈跳頻率都會比前輪軸高一些，這主要是為了在起伏賽道上消除賽車的俯仰趨勢。 懸掛設(shè)計的第二個考慮因素就是賽車的重量轉(zhuǎn)移，這由賽車的質(zhì)量、加（減）速度、重心高度、賽道寬度或軸距長度等參數(shù)多方面聯(lián)動決定的。重量轉(zhuǎn)移與側(cè)傾趨勢有著密不可分的聯(lián)系。盡管消除賽車側(cè)傾的最好方法就是穿過賽車重心點增加一根防側(cè)傾桿，但這樣做也有很大的副作用 ——帶來瞬時重量轉(zhuǎn)移。賽車設(shè)計工程發(fā)展到如今，通過多年的實 驗與數(shù)據(jù)積累，與其采取上述方法完全消除側(cè)傾，還不如保留一定數(shù)值的可控側(cè)傾趨勢，但同時可以最大化地減小賽車的重量轉(zhuǎn)移。其實，也就是在 20世紀(jì) 70年 代以后， F1賽車工程師才開始逐漸考慮降低車體的側(cè)傾趨勢以提高賽車的平衡性和操控性，較軟的懸掛側(cè)傾剛度會降低賽車的抓地力水平。 翹曲主要用來描述懸掛抗路面畸變性的能力。選擇較硬的懸掛可以有效地降低賽車的俯仰、側(cè)傾和震蕩趨勢，同時也可以有效減小懸掛上、下叉形架上拱或下凹變形，但這樣的設(shè)置卻犧牲了懸掛的抗翹曲性能。隨著抗翹曲能力降低，賽車的動載荷變化量以及不可控制動載荷都有相應(yīng)增加，而且賽車的過彎性能也會所有削弱。 當(dāng) 賽道路面不平或賽車顛簸時，輪胎 — 懸掛 — 推桿傳遞的振動由安裝在底盤（或變速箱）上的彈簧來吸收并傳遞到底盤上。那為什么非要選擇彈簧來吸收并傳遞震動，何不直接用具有一定柔度的底盤直接吸收震動呢？其實原因很簡單，即使設(shè)計具有一定柔度的底盤，但最多這只能看作是一個“無阻尼彈簧”，其儲能量十分有限， 無法有效消除賽車連續(xù)的上下振蕩運動；而且如果采用這樣的設(shè)計，底盤需要同時吸收前、后懸掛的沖擊和振動，不可避免地產(chǎn)生共振，這對車手舒適度和賽車操控性都帶來新的挑
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