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详细解密:F1赛车为什么跑辣么快?

时间:2019-05-16 05:15来源:AI汽车制造业 作者:admin 点击:


 

F1——世界一级方程式锦标赛,这是世界上最昂贵、速度最快、科技含量最高的体育赛事,也是一项魅力最大,最吸引人的疯狂运动。虽然没有到过现场,但每当F1赛车风驰电掣轰然巨响驶过镜头,也仍然让人激动心跳!F1赛车为什么跑那么快?我们听专家来详细解密!

 

 

一级方程式赛车揭密---空气动力学

虽然一级方程式赛车是一种高速汽车,但在机械概念上却较接近喷射机,而非家庭房车。它们巨大的双翼不但具用商业广告牌的作用,同时还可以产生至关重要的「下压力」。这种空气动力会使流经汽车上方的气流将车身向下压,使车子紧贴在车道上。相反地,飞机则是利用巨大的双翼产生“上升力”。

将车身压在车道上可使轮胎获得更大的抓地力,进而在弯道时产生更快的加速度。由于一般普通房车没有下压力,因此甚至无法产生1G(一个重力单位)转弯力。一级方程式赛车能产生4G的转弯力。

在时速230公里时的状况下,F1赛车上方气流产生的下压力足以使它在隧道里沿着隧道的底部行走。

在设计当今一级方程式赛车的过程中,扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战:如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。这正是汽车必须克服的问题。

在汽车空气动力设计的过程中,风洞扮演着重要的角色。进行风洞实验时,通常先制作一半体积的模型,而风洞就像一个巨大的吹风机,将空气吹向静止的模型。

虽然这个吹风机的价格非常昂贵,但积架车队仍然编列四千九百万美元的预算,将在该车队新建的银石(Silverstone)工厂建造一个风洞。

空气动力可以根据不同赛车场的特征而调整。较直的跑道需要较低的下压力设定值,如此可减少阻力,并且有助于赛车提高极速。较曲折的车道需要较高的下压力设定值,如此可令赛车的极速降低。例如,在曲折的Hungaroring车道上,赛车很难达到300km/h的速度,但在Hockenheimring车道上,车速可以超过350km/h

 

一级方程式赛车揭密---引擎篇


虽然所有车厂都使用 V10 结构,但五个汽缸两侧之间的角度却不尽相同。

由于赛车比赛规则规定引擎容量不可超过3000 cc,因此,引擎供货商们莫不竭尽全力想尽办法制造接近这个标准的引擎。福特Coworth V10 CR2 的排气量为2998cc

今年宝马 BMW 将会使用自制的V10引擎来参加一级方程式赛车。宝马公司在墨尔本的第一分站赛中提供了 10 具引擎,并希望在本赛季中可以生产50V10引擎。

V10可提供"大约"800 匹马力的动力(车队通常不愿透露正确数字),相当于一般家庭房车1.6公升引擎马力的8倍。宝马声称,最强的 F1引擎马力记录是1986年由涡轮增压四缸引擎产生的将近1100匹马力。

大部分普通房车的引擎每分钟最大转速约为6000转,但F1引擎的转速可达每分钟18000转,其活塞加速比子弹还快。

F1 引擎是非常轻巧的。积架(Jaguer)R1 的引擎只有569mm 长、506 mm 宽、492 mm (包括风箱)。离合器只比成年男子的拳头大一点而已。高科技材料使得引擎变得很轻,重量只有 97 公斤。

详细资料花絮:例如,F1 火花塞的韧性比一般普通房车强,如此才能承受每分钟转 18000 下的震动。但它们的尺寸却比较小,螺纹直径只有 10 mm(标准火星塞为 14 mm),所产生的火花也比标准火花塞大。

令人惊讶的是,虽然 F1 引擎的燃烧温度可达摄氏 1,000 度,但在运转时却比普通房车引擎温度稍低。一级方程式 V10 的冷却剂温度可低到摄氏 110 度,油料温度可达 140 度,大约比普通房车低 20 度。

这么小的机器却能产生如此之大的能量,你难道不想把 F1 的引擎装到自己的车里吗?也许不想,因为 F1 引擎每跑 100 公里就吃掉 60 公升的汽油。

 

一级方程式赛车揭密---变速箱篇


虽然赛车比赛规则禁止使用自动变速箱,但是赛车比赛规则也只规定车手必须自己选择换档,因此车手们可以使用半自动系统,利用液压操作离合器和转档叉,方便车手可以随时拉起方向盘后方的两个排档杆进行换档。

半自动系统可以达到急速换文件的目标,车手只需要0.02秒就可完成全部换档动作,而一般轿车则需要0.5秒才能完成换档。

进入特定弯道时,车手可以预先设定一连串的定时换挡,免除了在接近弯道时用手操作数次排档杆的麻烦。

 

一级方程式赛车揭密---转向篇

 

由于最新型的方向盘配备内建 LCD 显示屏、碳纤结构、和各种控制装置,因此价格高达 5 万英镑。

方向盘的形状奇怪是因为车手根本无须将手移离方向盘。标准的一级方程式方向盘只须转动半圈就可完成从最左到最右的转向动作,但标准房车却需要转三圈才能达到相同的结果。

方向盘是可以拆卸的,以方便车手进出驾驶室。

方向盘后面的控制板用来换档,开始比赛时可操作离合器。

 

一级方程式赛车揭密---制动能力篇


由于使用了碳纤制动器(这种装置最先使用在商用飞机上),一级方程式赛车有着惊人的制动(煞车)能力。

这种制动器是利用将动能转换成热能的原理减速的,工作温度接近摄氏 700 度。在阴天比赛时,转弯减速时不难见到制动器炙热发红的景像。

一级方程式赛车可以在 1.7 秒和 26 公尺的距离内,从100 km/h 减速到完全停止,而斜背式家庭房车则需要 2.86 秒和42 公尺的距离才能达到同样的效果。

 

 

一级方程式赛车揭密---轮胎篇


F1 赛车轮胎的工作温度大约高达摄氏100度。只要温度稍低一点,轮胎就变得容易打滑。所以在上胎之前,工作人员会先把轮胎放到一个叫做「轮胎保温袋」的特殊毯子里,以便尽量使轮胎保持工作温度。

弯道打滑容易引起轮胎过热或者起泡,加快磨损的速度。车手必须小心保护轮胎,以便撑到下一次进维修站,或撑到比赛终点。

比赛之前,车手必须从赛车官方的合法轮胎供货商普利司通(Bridgestone)提供的不同轮胎组合中选择轮胎。较硬的组合较耐用,但是抓地力较小。因此使用这种轮胎组合的赛车绕圈速度会稍微慢一些,但是可以用较少的进站维修次数作为弥补。较软的组合较易磨损,但是抓地力较大,可使赛车产生较快的绕圈速度,但是这种轮胎很少能撑过100公里。

队为不同的天气准备不同的轮胎。四槽轮胎在干地时可发挥最大性能,而湿地轮胎的触地面会有花纹,方便排出车道表面的雨水。中间型轮胎适用于潮湿天气。

 

 

一级方程式赛车揭密---重量篇


赛车比赛规则规定赛车加车手的总重量不可低于600公斤。为了使重量保持最小,所有车队都广泛使用碳纤材料,而这些材料的强固性足以支撑车子的重量。

碳纤材料在七十年代末期首先应用在飞机机翼上。1981年,麦克拉伦车队(McLaren)首次以碳纤材料制造整个赛车底盘,并以之取代传统的铝制底盘。

一个碳纤车身的生产需要六个星期的时间,制成之后再放入压力锅进行高压烘烤,让这种高科技的碳纤材料可以坚固起来。

碳纤车身是在净室中以手工方式制造而成,因此,可防止在编织碳纤板之间混入异物,进而防止碳纤产生弱点。

虽然赛车比赛规则规定了最小重量,但车队还是尽可能削减多余的重量,因此,会再使用压舱物把重量提升到600公斤。压舱物可以堆放在车上的任何部位,因此车队可以针对不同的车道变更车子的重量平衡。而顶级车队使用的压舱物重量甚至高达80公斤重。

 

一级方程式赛车揭密---计算机篇


计算机改变了一级方程式的比赛方式。

除了实际测量的资料外,在将赛车驶往车道之前,车队会先使用仿真软件设定变量,例如齿轮比和车翼设定值等等。

同样的,车队会在测试台上,仿真赛车道的应力特性而对引擎进行测试。

一级方程式赛车装满了感应器,测量任何可用来提高性能的资料。积架声称它利用微波联机,在赛车每跑完一圈时,就可以从赛车上下载4MB的资料到维修站。

维修站和和车队总部之间已建立起网络联机,因此双方都可对资料进行评估。




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