F1中国大奖赛落下帷幕。现代赛车的设计采用了哪些航空航天技术和原理？
4月21日，世界一级方程式赛车锦标赛（F1）中国大奖赛在上海国际赛车场落下帷幕。
今年的F1中国大奖赛规模空前，是赛车迷们难得的“狂欢节”。期待已久的发动机轰鸣声和赛车的极速，引发了观众海啸般的掌声和呼喊声，让赛车迷们久久难以忘怀。回味。
在航空迷眼中，在这场关乎地速的竞赛中，每一次转弯和直道都见证了空气动力学这只看不见的“大手”如何将赛车牢牢地抓在赛道上，让其贴近地面飞行并高速超车。弯曲。也正是这些气动“大手”，把飞机托上了蓝天，给了人类一双翅膀。
本期我们就从空气动力学的角度来聊一聊F1赛车“地面飞行”背后的奥秘。
F1赛车之所以能贴地飞行，飞机之所以能飞上天空，都是依靠空气动力学。图为意大利“三色箭”特技飞行队（使用MB-339教练机）以9机编队的招牌动作为F1意大利大奖赛表演加油。
从升力到“负”升力，汽车贴近地面飞行
飞机为什么能飞，简单解释就是空气流经机翼的上、下表面（通常上表面向外弯曲程度较大，下表面相对平坦）。上表面气流速度加快，压力发生变化。小（根据伯努利定律）；下表面气流速度减慢，压力增大。上下机翼之间的压力差产生升力，将飞机提升到天空。
20世纪60年代末，尾翼（又称“尾翼”）被引入F1赛车的设计中。自此，前后翼成为F1赛车的标准配置。
F1赛车的前后机翼在机翼（机翼的横截面形状）方面类似于倒置的飞机“机翼”。
F1赛车上的前后机翼从机翼形状上看可以看作是倒置的飞机“翅膀”。
相比之下，机翼（如上图）产生的升力，如果翻转过来用作F1赛车的前后翼，就会产生“负”升力，对赛车施加下压力。
当空气流经F1赛车的前后翼时，下翼面气流速度高、压力低，而上翼面空气速度低、压力高，从而产生“负“升力”，即空气对汽车的“下压力”。
这些看不见的手的“下压力”让F1赛车能够牢牢地抓住地面。这样，在直道少、弯道多的F1赛道上，F1赛车就能以尽可能高的过弯速度、更好的操控性、更强的稳定性通过弯道（尤其是高速弯道），帮助赛车手创造更好的围场记录。
当F1赛车的“机械抓地力”（完全取决于赛车自身的质量、轮胎和悬架系统）接近极限时，工程师必须依靠空气动力学来产生“下压力”。
倒置机翼彻底改变了赛车设计方向
20 世纪60 年代，美国德克萨斯州赛车手兼汽车设计师Jim Hall 率先在他的Chaparral 2E 和2F 跑车上安装了尾翼。
莲花F1 车队的创始人兼赛车设计师科林·查普曼(Colin Chapman) 很快就在其车队的F1 赛车中引入了尾翼。效果是立竿见影的：尾翼在高速行驶时产生更大的下压力，大大提高了赛车的速度和过弯的稳定性，比赛成绩不断刷新。
1970年，一代经典的F-14“雄猫”战斗机首飞。这时，“可变后掠翼技术”大行其道。
20世纪70年代的航空技术已经进入喷气时代，并进入超音速时代。因此，赛车工程师借用航空领域的经验，在赛车上安装机翼并不是心血来潮。
不过，最初车上前后翼子板的布置比较粗糙。例如，全宽后翼子板用螺栓固定在后悬架上，或者由细长支柱（4 英尺长）支撑在更高的位置。
因此，有时空气动力这只无形的手会直接塌陷前后翼，甚至威胁到赛车手的安全。这也导致了F1规则的变化，对前后翼的高度、宽度、位置的规定越来越严格。它们被要求放置在汽车的较低位置，并开始被设计为车身的一个组成部分。
半个多世纪以来，在严格繁琐的F1规则、各车队的性能选择以及技术路线的差异下，F1赛车的外观经历了迭代甚至剧变。这也与航空领域的变化类似。战斗机空气动力学外观的变化——世界上所有的外观变化都来自于空气动力学之手的塑造。
以空气动力学为主导的性能和设计
“在汽车上倒装机翼”之后，F1赛车的设计方向发生了重大变化，标志着空气动力学开始在F1赛车中发挥越来越重要的作用。
空气动力学不仅年复一年地“重塑”了各车队新车在新赛季的外观，而且几乎主宰了一辆赛车的整个性能。尤其是随着发动机开发、轮胎特性等变量趋于稳定，空气动力开发带来的性能优势将直接决定新赛车是“火星漫游者”还是“地球漫游者”。
因此，F1赛车的悬架设计、动力总成、结构和布局都必须符合空气动力学要求。
飞机的设计离不开风洞测试、计算流体力学（CFD）软件模拟等，F1赛车的设计也是如此。
在F1赛车上安装“倒飞翼”后，机翼周围空气动力场中的一系列理论规律和效应，以及机翼上发生的各种与空气动力学相关的现象，也都贴近地面。飞行的F1赛车上表面的前后翼、扰流板（整流器）等空气动力装置随处实现和发生，包括但不限于伯努利定律、文丘里效应、边界层理论、流动等通过F1赛车。湍流、失速现象、地面效应、柯恩达效应等
通过机翼叶片和小翼梳理和引导气流的空气动力学设计等“小手段”在航空领域很常见，在F1赛车的空气动力学设计中也有类似的应用。
前翼后方车轮产生的涡流将直接影响整车的气流场。 2022年F1新规则下的新车将在轮胎上方增加扰流翼。它们的出现将控制前轮涡流，防止其破坏汽车其他部位的流场。
我们将在明天的文章中继续聊聊目前F1赛车的设计“小想法”以及可能影响F1赛车的因素。
排版：陈逸轩
文案|策划：郑宇航
编辑|制片人：吴晨、王澜
手表由Aviation Fusion Media Studio 制作
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这些造飞机的车企你一定很熟悉。返回搜狐查看更多
