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F1賽車知識科普之底板擴散器

F1賽車知識科普之底板擴散器

適當地導通底板下的氣流,可以獲得很明顯的下壓力。地面效應(如下圖)中翼型的基本概念可以很好地驗證這種想法,這有很大的潛力可以產生大的下壓力,並且帶來的阻力相對很小。

F1賽車知識科普之底板擴散器

因為大部分車輛的底盤都需要留有適當的離地間隙(最小的要求變化範圍是5cm以上)及較重的部件,比如變速箱的安裝位置需要儘可能低,一些賽車的下表面會有縱向傾斜的通道,這些通道的尺寸往往受賽車規則的限制。下圖展示了開放式座艙賽車和全封閉座艙賽車的典型例子。

F1賽車知識科普之底板擴散器

由於在這些通道中形成了低壓,來自前後輪之間、車身兩側的氣流從底板兩側進入底板下方,形成上圖所示很強的渦流。反過來,渦流能使氣流貼附於通道內壁,事實上穩定了車身底部的氣流。因此,通道邊緣(尤其是外側這些)應該保持尖銳以增加渦流旋轉的強度。在多數情況下,安裝尾翼有助於為車下氣流提供輸出力(尾翼的一大作用其實是配合底板和擴散器來形成下壓力,而不是主動提供直接下壓力的絕大部分)。

底部擴散器的基本原理其實是文丘裡效應,下圖描述了底板擴散器和文丘裡管的相似性:

F1賽車知識科普之底板擴散器


沿著車身中軸線的壓力系數和文丘裡管中軸線上的壓力系數變化

文丘裡管的收縮部分增加了流速,而在擴大部分降低了流速,這部分就類似擴散器,可以在最窄的氣流段獲得最低的壓強,用在賽車上也就是產生了尾部下壓力。

下面的圖中會說明底板對多種車型壓力分佈的實際影響。

F1賽車知識科普之底板擴散器

上圖描繪了基於乘用車的賽車的例子,這款車有平滑的車底。當X/L = 0.6,下壓力系數Cp明顯變大。這種情況中,在車底形成的下壓力幾乎翻倍。

F1賽車知識科普之底板擴散器

上圖描述的是尾部傾斜對轎車的阻力和尾部升力的影響。傾斜增加很明顯能降低尾部的升力。在傾角4°時,阻力下降,超過這個角度又會增高了,可能是因為側渦效應。

F1賽車知識科普之底板擴散器

上圖描繪了沿著底板中心線的壓強分佈,此圖中還說明了較大傾角的擴散器能產生更多吸力和下壓力

F1賽車知識科普之底板擴散器

上圖描繪了尾翼對於擴散器形成下壓力的影響,其圖說明大部分尾翼可以用來增加底板下的氣流,以此來增加車身對下壓力的貢獻。並且深入試驗可得到以下結論:安裝一些垂直端板或者彎曲的翼片可以有效提高改善車底的氣流效率。這也就是紅牛賽車的擴散器為什麼比其他賽車看上去更加複雜的原因。

F1賽車知識科普之底板擴散器

另外透過上圖可以看到,賽車透過適當地放置翼片增加從側面補充的大量氣流,當然,與氣流不協調的翼片反而會破壞氣流。

F1賽車知識科普之底板擴散器

分類: 汽車
時間: 2021-07-04

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