F1中的空气动力学

在F1比赛中，经常可以看到许多超车的镜头，超车是一个非常复杂的技术，成功与否受很多因素的制约，其中最重要的两点是 空气动力学性能和赛道特点 。 我们首先来说空气动力学性能是如何影响超车的。简单的说，空气动力作用在赛车身上，目的是提高轮胎上的负载来最终提高轮胎的抓地力。而在赛车后面则产生了很强的涡流，这些涡流的流动和普通的气流完全不同，这在雨天就可以看出来。 涡流区域的长度大约相当于赛车速度的平方，高度则和赛车的空气阻力有关。在涡流的内部有一些区域的压力是比较小的，如果一辆赛车和前面赛车之间的距离非常小，就能被涡流向前吸，在直道上的速度也就更快。拿匈牙利大奖赛举例子，赛车在发车直道的速度超过每小时300公里，涡流也就大约150米长，超过直道长度的20％。这种涡流有两个本质的特点，一方面它能够帮助超车，因为如果车手紧跟在另一辆赛车后面行驶，它就能够减小空气阻力。但是如果和前面的赛车距离过大的话，那就不光是自己赛车的下压力受到影响，赛车前后方向上的平衡性能也会有问题。 例如，两辆赛车都以200公里的时速在赛道上行驶，之间的距离为十个车身的长度，那后面的赛车就会损失20％的下压力，赛车的平衡点也会向后移4％。这会造成后面的赛车很难跟上前面的，因为其不光抓地力变小，赛车还会出现转向不足的问题。如果后面的赛车接近前面的，那问题更严重，距离为三个车身时会损失三分之一的下压力，平衡点后移15％。这种情况下如果在直道后面接着一个快速弯道，和前面赛车的距离就会被拉大，这样就不能好好的利用直道的优势。 空气动力学只是影响超车的一个因素，如果我们换个更宽的轮胎来增大轮胎的抓地力，那赛车就会相应的减小下压力。这样赛车通过弯道的速度不会有变化，但在直道上的速度就会提高很多，从而降低了受涡流不利影响的可能性，使得超车更为容易。 超车时同样需要注意的另一点就是赛道特点。在慢速弯道抓地力通常会由于这儿的特殊沥青而减小，在快速弯道超车则要容易得多，因为即使不降低速度也能通过快速弯道。但是目前在F1比赛中超车的最佳条件是两端都是慢速弯道的直道，不过这样的赛道情况也并不能够保证超车一定成功。 当然，还有其他一些因素对超车也同样重要。如果赛车速度很稳定，并且之间的性能差距很小，这就很难超车。如果性能相差很多，速度快的赛车领先，那距离只会越来越大。如果要超车的话，必须确保赛车能快能慢。这可以通过使用不同的轮胎来实现，或者是涡轮发动机也行，因为涡轮发动机只能在几圈内发挥出最大功率。要想在比赛中超车的话，事先制定一套这样的技术方案是必须的。