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定風(fēng)翼

簡介:　　

定風(fēng)翼是車尾部的一塊像是倒裝的飛機尾翼。它的主要作用是可以有效地減少轎車在高速行駛時的空氣阻力和節(jié)省燃料。 定風(fēng)翼作為空氣動力裝置為賽車在高速過彎時提供下壓力。賽例對定風(fēng)翼的尺寸有嚴(yán)格限制。

起源:　

了解飛機原理的人都知道，飛機能飛上天全都因為其在起飛加速過程中產(chǎn)生的升力，將其送上藍(lán)天，而從飛機誕生之日起一門新的科學(xué)也隨之誕生了，這就是空氣動力學(xué)。 　　

與飛機不同的是，F(xiàn)1賽車對于空氣動力學(xué)應(yīng)用的追求是完全反向的，為了“防備”賽車在高速行駛中飛起來，需要通過一些空氣動力學(xué)部件給賽車一定下壓力，同時為賽車提供抓地力，而F1賽車也有了自己的翅膀——前定風(fēng)翼和后定風(fēng)翼以及其他空氣動力學(xué)部件。

空氣動力學(xué)在F1賽車上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是讓定風(fēng)翼產(chǎn)生的下壓力為輪胎提供足夠的抓地力，另一個則是盡量減少賽車行駛中的空氣阻力。在早年的F1比賽中，賽車與普通汽車看起來差別不大，但自從空氣動力學(xué)引進(jìn)后，F(xiàn)1賽車開始出現(xiàn)了顯著變化，首先就是定風(fēng)翼的產(chǎn)生。定風(fēng)翼的基本工作原理其實與我們所看到的一架普通飛機的機翼是一樣的，最大的區(qū)別在于當(dāng)飛機機翼因為飛機提速而產(chǎn)生足夠升力時，賽車定風(fēng)翼則將機翼的升力工作原理進(jìn)行倒置。反向安裝的前、后定風(fēng)翼將會使空氣產(chǎn)生下降的力量，一般我們將其稱為“下壓力”，以保證高速行進(jìn)中的賽車“抓住”地面不會引起大幅擺動甚至是漂浮乃至側(cè)翻。一輛F1賽車的定風(fēng)翼能產(chǎn)生相當(dāng)于賽車重量3.5倍的下壓力。

上世紀(jì)60年代，定風(fēng)翼開始應(yīng)用于F1賽車上，導(dǎo)致F1賽車的速度普遍得到提高，但由于各個車隊在定風(fēng)翼的使用上缺乏足夠的安全保障，隨之而來的是事故的增加，于是1970年F1規(guī)則對于定風(fēng)翼的尺寸和應(yīng)用作出了限制，這種限制一直持續(xù)到現(xiàn)在。

動力學(xué)原理:　

車在行駛過程中會遇到空氣阻力，這種阻力可分為縱向、側(cè)向和垂直上三個方面的作用力，并且空氣阻力與車速的平方成正比，所以車速越快，空氣阻力就越大。一般情況，當(dāng)車速超過60km/h，空氣阻力對汽車的影響表現(xiàn)得就非常明顯了。為了有效地減少并克服汽車高速行駛時空氣阻力的影響，人們設(shè)計了汽車尾翼，其作用就是使空氣對汽車產(chǎn)生第四種作用力。即對地面的附著力，它能抵消一部份升力，控制汽車上浮，減小風(fēng)阻影響，使汽車能緊貼著道路行駛，從而提高行駛的穩(wěn)定性。 　　

賽車定風(fēng)翼處于不同角度下產(chǎn)生的下壓力是各不相同的，而前后翼的角度和賽道有直接的關(guān)系，因為空氣的阻力和下壓力是成反比例的，如果定風(fēng)翼角度小，那么賽車的空氣阻力就小，最高速度就大，但是賽車缺乏下壓力和穩(wěn)定性；相反，如果定風(fēng)翼角度大，那么賽車的阻力就大，最高速度受影響，但是賽車在彎道的抓地力就強。所以，根據(jù)賽道的不同，定風(fēng)翼設(shè)置的角度也不同。一般來說，如果賽道直道長,例如德國霍根海姆和意大利蒙扎賽道，那么就調(diào)小角度；如果賽道彎道多，例如摩納哥蒙特卡洛，則調(diào)大角度。雖然一級方程式賽車是一種高速汽車，但在機械概念上卻較接近噴射機，而非家庭房車。它們巨大的雙翼不但具用商業(yè)廣告牌的作用，同時還可以產(chǎn)生至關(guān)重要的“下壓”。這種空氣動力會使流經(jīng)汽車上方的氣流將車身向下壓，使車子緊貼在車道上。相反地，飛機則是利用巨大的雙翼產(chǎn)生“上升力”。 將車身壓在車道上可使輪胎獲得更大的抓地力，進(jìn)而在彎道時產(chǎn)生更快的加速度。由于一般普通房車沒有下壓力，因此甚至無法產(chǎn)生1G（一個重力單位）轉(zhuǎn)彎力。一級方程式賽車能產(chǎn)生4個G的轉(zhuǎn)彎力。 在時速230公里時的狀況下，F(xiàn)1賽車上方氣流產(chǎn)生的下壓力足以使它在隧道里沿著隧道的底部行走。 　　

賽車定風(fēng)翼處于不同角度下產(chǎn)生的下壓力是各不相同的，而前后翼的角度和賽道有直接的關(guān)系，因為空氣的阻力和下壓力是成正比，如果定風(fēng)翼角度小，那么賽車的空氣阻力就小，最高速度就大，但是賽車缺乏下壓力和穩(wěn)定性；相反，如果定風(fēng)翼角度大，那么賽車的阻力就大，最高速度受影響，但是賽車在彎道的抓地力就強。所以，根據(jù)賽道的不同，定風(fēng)翼設(shè)置的角度也不同。一般來說，如果賽道直道長，例如德國霍根海姆和意大利蒙扎，那么就調(diào)小角度；如果賽道彎道多，例如摩納哥蒙特卡洛，則調(diào)大角度。雖然一級方程式賽車是一種高速汽車，但在機械概念上卻較接近噴射機，而非家庭房車。它們巨大的雙翼不但具用商業(yè)廣告牌的作用，同時還可以產(chǎn)生至關(guān)重要的“下壓力”。這種空氣動力會使流經(jīng)汽車上方的氣流將車身向下壓，使車子緊貼在車道上。相反地，飛機則是利用巨大的雙翼產(chǎn)生“上升力”。 　　

將車身壓在車道上可使輪胎獲得更大的抓地力，進(jìn)而在彎道時產(chǎn)生更快的加速度。由于一般普通房車沒有下壓力，因此甚至無法產(chǎn)生1G（一個重力單位）轉(zhuǎn)彎力。一級方程式賽車能產(chǎn)生4個G的轉(zhuǎn)彎力。 　　

在時速230公里時的狀況下，F(xiàn)1賽車上方氣流產(chǎn)生的下壓力足以使它在隧道里沿著隧道的頂部行走。 　　

在設(shè)計當(dāng)今一級方程式賽車的過程中，扮演重要角色的空氣動力學(xué)家正面臨著一個基本的挑戰(zhàn)：如何在產(chǎn)生下壓力的同時不增加空氣阻力。這正是汽車必須克服的問題。 　　

在汽車空氣動力設(shè)計的過程中，風(fēng)洞扮演著重要的角色。進(jìn)行風(fēng)洞實驗時，通常先制作一半體積的模型，而風(fēng)洞就像一個巨大的吹風(fēng)機，將空氣吹向靜止的模型。 　　

空氣動力可以根據(jù)不同賽車場的特征而調(diào)整。較直的跑道需要較低的下壓力設(shè)定值，如此可減少阻力，并且有助于賽車提高極速。較曲折的車道需要較高的下壓力設(shè)定值，如此可令賽車的極速降低。例如，在曲折的Hungaroring車道上，賽車很難達(dá)到300km/h的速度，但在Monza車道上，車速可以超過348km/h。

材料：　

大多數(shù)汽車尾翼都是用玻璃纖維或碳素纖維制成的，既輕巧又堅韌，并且它的形狀尺寸是經(jīng)過設(shè)計師精確計算而確定的，不宜過大也不宜過小，不然反而會增加轎車的行車阻力或起不到應(yīng)有的作用。

作用：

定風(fēng)翼如同倒裝的飛機機翼，機翼產(chǎn)生上升力，而定風(fēng)翼產(chǎn)生的則是下壓力。F1賽車上的定風(fēng)翼能產(chǎn)生全車近60%的下壓力，提高賽車的穩(wěn)定性和過彎速度，但它本身也是賽車空氣阻力來源之一，影響賽車極速。通常，前定風(fēng)翼產(chǎn)生的下壓力為賽車總下壓力的25%，后定風(fēng)翼為33%。2004賽季F1有關(guān)空氣動力學(xué)方面的規(guī)則明確規(guī)定:賽車后定風(fēng)翼被限制為兩片，原來是三片。 除了減少高速行駛中的阻力，加裝尾翼對于節(jié)省燃油也有一定幫助。以排氣量為1.6公升的轎車為例，如果裝上尾翼，空氣阻力系數(shù)降低20%，在一般道路上行駛，耗油量減少或許不明顯。如果在高速公路上行駛，則能省油大約10%。