感受到尾翼的學問多,能詳細F1賽車的尾翼嗎?

牛車網網友fily 問：

感受到尾翼的學問多，能詳細F1賽車的尾翼嗎？

牛車網網友純情小火機 答：

F1的賽車一直是集高科技、高逼格的產物，其尾翼設計也不例外，從上世紀60年代開始，F1賽車已經裝上尾翼部件，而F1的每一個部件都有明確的作用，前翼主要提供前輪下壓力，而後尾翼提供後輪下壓力（另一半下壓力由後下擾流擴散器提供），而高高、大大的尾翼很輕易能為F1賽車的高速疾走提供下壓力，但也容易產生巨大的前進阻力，而在大直道上表現尤為明顯。所以，科技含量越來越高的F1賽車，其車隊會根據每一條賽道的特性去分析、計算、設定前後翼的角度。而幾乎每一個賽季，賽例都會對尾翼的大小、方向等細節作出明文規定，各個車隊都要為此投入成本去開發新的尾翼。

【上層尾翼】

上層尾翼，是最為明顯的尾部擾流設計，它高居於賽車的尾部，而且只允許有兩個組件（通常的設定：主翼為大攻角、副翼為並行設計）。對於大多數的賽道，車隊會把翼片攻角（迎風角度）儘可能被調至最大，而在某些高速賽道上，如蒙扎、蒙特婁賽道，我們會看到角度不大的上層尾翼。

例如：摩納哥賽道（最短的F1賽道），F1車隊工程師會竭盡全力為自家賽車獲取負升力，所以，尾翼、副翼的攻角就被儘可能調大。

如果在蒙扎賽道（全年賽程中最快的賽道之一），車隊就會使用小攻角、低負升力、低阻力的尾翼調校而獲得直路尾端的極速；而在混合類型的賽道上，攻角的大小，可能對圈速的影響都差不多，此時，團隊戰術也是關鍵。

【格尼襟翼】

而在翼片的後緣位置，有一個名為「格尼襟翼」（gurney flap）的小部件。它由一小片的直角碳纖維製作，並用膠帶固定翼片尾端，通常垂直於翼面，指向於壓力側，它的作用是——用它來產生旋向相反的渦流。當然，它能增加一點點下壓力，又會增加一點阻力。

由於規則的允許（格尼襟翼可以伸出的尾翼區域），F1車隊可以利用更寬、更高的格尼襟翼來調整主翼片的性能。為了防止車隊這麼做，FIA規定：格尼襟翼的最高處不能超過20mm（一般不超過翼弦的5%高度），所以，車隊可能會利用這一點，設計更為出色的襟翼。

格尼襟翼在空氣動力學上有很大作用，不過，它是用最簡單的方式（膠帶）固定在翼片尾端，主要是這讓車隊可以在維修區中快速取下格尼襟翼，以減小後部下壓力，增加一點尾速。這在賽道由溼變幹的比賽裡十分有用。

【DRS失速裝置】

2011年，F1賽事引入DRS可調式裝置，DRS的全稱是Drag Reduction System，中文：減少空氣阻力系統，也稱失速裝置、降阻系統，它主要作用是減少賽車的阻力，而獲得更高尾速。但是，尾翼也受到嚴厲的賽事規則而影響尾翼的寬度、擾流板的數量等細節。

說白了，DRS主要是為超車準備的，但是F1賽例規定，DRS在特定的賽道的區間可以打開尾翼的襟翼角度，而其結構很簡單，用一個液壓結構將上層尾翼推到更高更平的位置。上層尾翼放平後，其下壓力便大大減小，而阻力也隨之減小，這就提高了F1賽車速度，你理解它是「外掛工具」也是可以的。

然而，DRS設計是受許多規則的限制，不是車手想用它就能用了。例如，車手在可以在排位賽中使用，但只能在規定區間使用DRS，而正賽開始時，它將被更嚴格地限制：比賽的前兩圈是不得使用DRS，兩圈之後，DRS可以介入工作。當然了，如果F1賽車在直道上，而後車與前車的距離少於1秒鐘，後車可以使用DRS；而前車不得使用DRS來防守後車。當然，大直道前設置DRS檢測區域，車手可不能亂來。

車手激活DRS的方式各不相同，有的車隊使用方向盤按鈕或者撥片（如下圖），而有的車隊使用油門踏板，當油門踏板踩過設定的最大行程後，DRS就被激活。

DRS功能被激活後，除了尾翼會放平之外，其它的模塊也會隨之作出調整，如引擎高功率映射、最大轉速等等改變，這樣的「鬥智鬥勇」才能最大限度地增加超車機會。

車手在緊急制動或殺入彎中時忘記關掉DRS，又會導致失去尾部的下壓力，此時，往往非常危險。因此，在踩下剎車時，車手必須立即關閉DRS。假如液壓機構失效了，襟翼也必須藉助風壓的作用，保持在關閉位置，所以說，DRS看似簡單，實際上它的空氣動力學研究是非常複雜的。

【端板】

和前翼一樣，尾翼端板也要遵守最小面積的規定，F1車隊一般都製造一塊大端板，將尾翼上下層連在一起，端板將上層尾翼產生的壓力傳遞給梁翼（下文有說明），梁翼再傳遞給底盤。

【梁翼】

梁翼，位於上層尾翼的垂直下方，讀者很容易忽略這個擾流部件。而這個部件同樣被賽例嚴格控制——只能有一個翼片。這個區域的擾流設計是非常麻煩的，首先，梁翼的安裝位置和尾部防撞結構有所重疊，而有些某些F1車隊工程師會將防撞結構穿過梁翼，但這樣就減少了梁翼的有效擾流面積。而現在，多數車隊已經吧梁翼安裝在防撞結構的上方，將梁翼上表面暴露在迎面氣流中，以獲取更多下壓力。

上述我們已經講到了上層尾翼、格尼襟翼、DRS、端板等部件，而這些都與「梁翼」緊密相連，首先，端板將上層尾翼產生的壓力傳遞給梁翼，梁翼再傳遞給底盤。而為了承受這些壓力負載，梁翼的設計強度非常大，而車隊以往會用支架來支撐上層尾翼，以減輕梁翼重量，但是，這樣又影響了尾翼的擾流效率。在尾部下壓力極其重要的年代，這樣的設計就慢慢被拋棄，而工程師們在碳纖領域攻破更多的技術難題，也就有新材料運用。

FIA對於梁翼的限定非常嚴格，梁翼的兩端被「規範」了，只有中間區域留給各個車隊工程師來自由發揮。

無論是加裝「u型」、「n型」翼片，這都是為了降低空氣渦流所產生阻力。

【百葉結構】

留意發現，尾翼端板的兩側有百葉窗的開孔結構，而設計這種有平行型的百葉縫隙主要為了減少尾翼阻力，提高大直道的速度，這又是因為什麼原因呢？

由於上層尾翼在高速飛馳會產生巨大的空氣阻力，而尾翼上方是高壓氣流層，其尾翼的下方和兩側是低壓氣流，而氣流在固定的區域匯集一起，形成漩渦氣流，而這股渦流會在尾翼後方旋轉擴大面積而產生更大的阻力，因此，它會降低賽車的直道速度，百葉結構正是用來均衡翼尖附近氣壓，防止渦流產生。如果你是一個F1賽車迷，那麼你會在雨戰（潮溼賽道）看到這些渦流的尾跡。

根據不同賽道特點，百葉結構也會根據風洞試驗進行改變，以達到最佳的效能。