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那双托起飞机的“无形大手”是如何让F1赛车贴地飞行的? 10

来源:网络收集仅供参考

2024-10-11 13:26:04|已浏览:3次

那双托起飞机的“无形大手”是如何让F1赛车贴地飞行的? 10天、1.38万张床位,上海国际赛车场方舱是如何建成的? 

那双托起飞机的“无形大手”是如何让F1赛车贴地飞行的?

不论是前翼还是后翼,抑或整车的空气动力学设计,都是实现“以最小的阻力产生最大的下压力”这一目标。

在航空领域常见的,如通过翼刀、翼尖小翼来梳理、引导气流的气动设计等“小手段”,在F1赛车的空气动力设计上也有着类似应用。

位于前翼后的车轮产生的涡流会直接影响到整车的气流流场。2022年F1新规则下的新赛车,在轮胎上方增加了扰流翼片,它的出现将控制前轮涡流,防止它破坏汽车其他部分的气流流场。

高速气流穿过F1赛车的前翼,如果没有很好的引导,它就将直接撞到轮胎并乱作一团,会影响到整车中后部的空气动力学性能。

不论是航空领域还是F1赛车身上的空气动力学,远比这篇几千字文章所涉及的要复杂太多太多!

50年代末诞生的F-4“鬼怪”Ⅱ战斗机,它的全动水平尾翼有着尤为明显的向下“耷拉”特征。这样的设计,一个重要原因就是为了避开前方机翼湍流的不利影响,如果没有这样的一个下反角,比如在大迎角状态下(比如降落阶段),机翼的下洗气流会影响平尾的俯仰控制能力。郑宇航4月21日,F1中国大奖赛落幕。“F1第一位中国车手主场首秀”“时隔五年F1回归”“F1中国20周年”,让今年“上赛”盛况空前,堪称今年中国最大的一场体育嘉年华。对于赛车迷来说,久违了的发动机轰鸣热浪,围场内赛车风驰电掣,携全场雷山呼海啸的呼声,在空气中留下尖啸的阵阵回响。那么,在航空迷的眼中,这场关于地表速度的竞赛,F1赛车的每一个转弯和直道都见证了,有一双无形的空气动力学大手,正将赛车稳稳地按在赛道上,让它贴地飞行,高速过弯。也同样是这双空气动力学的大手,托举起飞机冲上蓝天、赋予人类一双翅膀。所以,这期早读,我们就以空气动力学的视角来看一下,F1赛车贴地飞行背后的技术奥秘。从升力到“负”升力让赛车贴地飞行对于飞机之所以能飞起来,简化下来的解释是:空气流过机翼(通常是上表面向外弯曲的程度较大、下表面相对较平)的上下表面,上表面空气流速加快、压力变小(根据伯努利定律),下表面的空气流速减慢、压力变大,上下翼面的压力差,便产生了托举飞机飞上蓝天的升力。而在上世纪60年代末,后翼(也有称“尾翼”)引入到F1赛车上,此后前翼、后翼就成了F1赛车上的标配。而F1赛车上的前后翼,在翼型(翼的剖面形状)上就是倒置过来的飞机“机翼”。那么,当空气流经F1赛车前后翼,下翼面气流是流速高、压力小,上翼面的空气是速度低、压力大,从而产生了“负”升力,即空气对赛车的“下压力”。这双无形的大手“下压力”让F1赛车得以牢牢地抓住地面,在直道少、弯道多的F1赛道上,F1赛车能够以尽可能高的过弯车速、更好的操控性、更稳定地通过弯道(尤其是高速弯道),进而创造更佳的围场战绩。装上了倒置机翼F1赛车设计方向剧变上世纪60年代,美国德克萨斯赛车手兼汽车设计师吉姆·霍尔(Jim Hall)率先在他的Chaparral 2E和2F跑车上安装了后翼。F1莲花(Lotus)车队的创始人、赛车设计师柯林·查普曼(Colin Chapman)很快将“后翼”引入他的车队F1赛车上,而效果是立竿见影的,高速下后翼产生更大下压力,大幅提高了赛车过弯的速度和稳定性,比赛成绩由此不断刷新。不过,最初前翼、后翼在赛车上的布置还是比较简陋的。比如,全宽后翼通过螺栓固定安装在后悬架上,或者由细长的支柱(长度1.2米)来更高地支撑起。也因此,有时空气动力那双无形的大手会将前后翼直接压塌,乃至威胁赛车手的安全。这也让F1规则做出修改,对前后翼的高度、宽度、位置等做出越来越严格的规定,它们被要求布置在赛车较低的位置,也开始与车身作为整体来通盘设计。空气动力学主宰F1赛车的性能和设计就这样“将机翼倒置装上赛车”,F1赛车的设计方向发生了重大转变,空气动力学开始在F1赛车上扮演起越来越重要的角色,直至如今成为F1赛场上胜负天平上最重要的砝码。空气动力学,不仅在一年又一年的新赛季中再造各家车队新车的外观,也几乎主宰着一辆赛车的全部性能。特别是,随着发动机研发、轮胎特性等趋于稳定,空气动力学开发所带来的性能优势将直接决定新赛车是“火星车”还是“地球车”之列。也因此,F1赛车的悬架设计、动力总成、构造和布局等都要服从于空气动力学的要求。在为F1赛车装上“倒置的机翼”后,那些围绕机翼的一系列空气动力学领域的理论定律、效应,发生在机翼上的种种空气动力学相关的现象,也都在贴地飞行的F1赛车前后翼、扰流片(整流片)等赛车上表面的空气动力装置上处处应验着、发生着。比如伯努利定律、文丘里效应、边界层理论、流过F1赛车的湍流、失速现象、地面效应、康达效应等等。F1赛车前翼产生下压力和引导气流首先,来看F1赛车上第一个接触前方气流的前翼,由它直接提供的下压力在整车的比例中虽算不上大,但它的设计直接影响后方部件的空气动力学效率,因此,它是整个赛车空气动力学设计中至关重要的一环。和飞机的机翼一样,F1赛车的前翼在产生下压力同时,翼面会产生翼后涡面、翼片尖端会形成翼尖涡流,同时还会使气流“上洗”(在机翼中对应的是,翼尖涡的作用下,气流向下倾斜,产生“下洗流”),它们一并影响赛车中后部的气流流场、空气动力学性能,也包括后翼的空气动力学效率等。所以,F1赛车前翼的一个设计要求是,如何更好地引导气流,使车头处的高速气流能够流向对赛车最有利的方向,比如通过增加翼尖端板(类似于飞机上的翼尖小翼)来直接引导气流恰到好处地通过轮胎。另外,对于采用纵向多片翼面组合的前翼,这几组翼片的攻角越大(前缘与后缘的翼弦更长),产生的下压力越大,但当超过一定幅度,又会导致气流分离(也就是“失速”)、下压力不增反降,以及还会造成前翼的迎风面积大、增加了空气阻力。勺子形的后翼与“生成”下压力的底板对于F1赛车后翼来说,车体后部的空气流动已经受到了前翼、前轮、后视镜、车手头盔、侧舱和排气管的影响,这就导致后翼的空气动力学效率低于前翼,但为了平衡赛车的操控性,后翼通常要产生与前翼基本相当(或更大)的下压力。因此,为了避开赛车前中部某些部件产生的涡流影响,后翼的外形就并不见得一定是平直的,有的是中间凹、有的是中间凸起,总之工程师会对翼型做专门优化,在密密麻麻的规则框架下,寻求以最优的角度、高度、翼型等来迎接气流,并产生既定的下压力。一辆F1赛车的下压力的三大主要“来源”,除了车体上部分的前翼、后翼外,剩下的就是来自赛车的底板和扩散器。在2022年F1赛车新规、引入“地面效应”之前,这三者对下压力的贡献率,因为不同年代、不同车队的赛车设计思路之别而有很大的差异,比如既有趋近于各占三分之一;也有大约20%~30%由前翼产生,30%~40%由后翼产生,底板和扩散器贡献50%上下等。通常来说,F1赛车的底板和扩散器贡献了大部分“下压力”。对于,2022年F1赛车新规之前的赛车来说,赛道上驰骋,高速气流流经几乎完全平坦的赛车底板,在抵达车尾的扩散器时,气流由于康达效应(也称“附壁作用”)会顺着底盘、扩散器斜面方向加速流出,好似一双无形大手正将气流源源不断地从车底掏出,在气流加速“逃离”车底后,由此在车底形成了负压区(或者根据伯努利定律的解释,底板处的空气流速更高、压强更低),从而对赛车产生了向下的下压力,让赛车进一步稳稳地贴地飞驰。和飞机一样F1赛车也受风、海拔影响就像天上的飞机,它的升力会受到天气特别是“风”的影响,贴地飞行的F1赛车,它的空气动力性能同样受到天气这个关键外部条件的影响,同样是来自“风”的风向或风速的变化就会直接影响到F1赛车的性能、赛车的操控体验。在飞机身上,逆风起航,将产生更大的升力、起飞距离也得以缩短。那么,对于在逆风情况下进入弯道的F1赛车来说,逆风带来了更大的下压力,因此可以以更快的速度稳稳地驶过弯道,同理,顺风的话,下压力就会相对变小了。同样,与飞机在高海拔地区会因为空气密度的下降造成升力下降类似,F1赛车在墨西哥等高海拔赛道风驰电掣时,也会遇到下压力“衰减”的情形。这些再次说明了,空气动力学的那双无形大手正主宰着F1围场,F1是世界上把空气动力学利用得最为极致的赛车类型。而随着2022年F1赛车规则的修改,F1赛车进入了“地面效应”时代,前翼、后翼的空气动力学性能被削弱,赛车的底板成为生成下压力的绝对主力。那么,空气动力学又塑造了怎样的新一代F1赛车,我们下期继续……


10天、1.38万张床位,上海国际赛车场方舱是如何建成的?

上海国际赛车场方舱医院。本文图片均为 上海住建委供图

近日,上海国际赛车场方舱医院落成,可提供1.38万张床位。

4月22日,记者从上海市住建委获悉,上海国际赛车场方舱医院,位于嘉定区安亭镇伊宁路200号上赛场停车场区域,于4月10日启动建设,4月20日全部建成。项目占地面积10.6万平方米、建筑面积8.9万平方米,总计可提供床位13801张。

上海国际赛车场,因赛道整体造型犹如一个的“上”字而闻名遐迩,被广大车友昵称为“上”赛道。仅一周多的时间,一座万人方舱医院在旁边拔地而起,为上海早日实现“动态清零”、打赢疫情攻坚战,增添了新的设施支撑。

帐篷式方舱

4月初,上海新增新冠肺炎感染病例持续高位运行,市委、市政府果断决策,决定在建成国家会展中心、新国际展览中心、临港保税区等大型方舱医院后,在上海国际赛车场再紧急建造一座万人大方舱。

此轮疫情快速蔓延,通过改造大型构筑物提供隔离床位已经不能满足迫切入住需求,能不能走出一条不涉及既有建筑改造、可以快速大规模提供隔离床位的建设新路子?

建设者们迅速给出了新的答案:利用“上”赛道室外空旷的停车场,采用集装箱以及成品篷房等预制产品快速搭建投运方舱,快速缓解收治压力。同时,由于不涉及既有构筑物的改造,这种建设方式具有便于复原的优点,通风效果也会比较好。

“在做好项目的同时,我们也在积累经验,努力为以后的方舱建设开辟出一条新的路子。”指挥部设计联络组的丁建表示。

这次用于建设的停车场造型类似一柄“如意”,分别由圆形“表盘”和长条形“表带”两部分组成。“表盘”区域有混凝土浇筑,不过排水沟杂草丛生、需要处理;“表带”区域则完全就是碎石铺路,所以方舱建设首先要完成浇筑地坪等土建工程。

上海国际赛车场方舱医院内部

“施工现场有很多先天不足。比如说供排水,因为赛车场建设到现在已经有20年了,这次借用原有老旧的系统,可能会对施工带来很大的挑战。”这是指挥部场内巡查组徐建福初到现场的第一印象。

4月13日的大雨给现场施工人员及时提了个醒:当晚嘉定地区降水强度达100㎜/天以上,超过当地汛期平均水平,施工现场有些地方积水达十多厘米。指挥部紧急召开会议,统筹指挥属地、条线和参建单位,疏通河道和排水系统,利用附近地铁站现有强排系统进行应急排水,在做好方舱内挡水地梁的同时,同步完善方舱外雨水收集系统,采用各种举措确保舱区不积水。

项目从开始启动到建成交付,进度安排都是按照小时计算,分秒必争。在这样一个弹簧紧绷的情况下,4月13日的大雨还是不可避免地扰乱了工程进度。

指挥部决定“双管齐下”:一是协调相关单位调配施工力量赶赴项目现场,现场施工人员由之前的3000多人增加至4380人;二是牵头推动集中救治专家组与建设、运营单位对接,提前做好后续运营准备工作,终于把大雨耽误的工期抢了回来。

此外,在疫情管控的特殊时期,一些平常微不足道的小问题可能变成解决起来很吃劲的大问题。建设指挥部场外协调组张昀介绍:“打个比方,调配物资,需要安排运输车辆,进而需要安排复工复产,再往前需要接送生产工人来到工厂,最后还需要联络区、街镇、社区允许通行,问题如穿糖葫芦般、环环相扣。”

张昀和同事们耐着性子、一一溯源解决。为了预订的电力机柜顺利从江苏运到上海,除了盯紧工厂出货外,还要将运输信息按照行车路线告知各地管理部门,确保车辆能够闯过层层关卡、快速抵达上海。到达上海边界时,运货司机为了不使自己行程码变色,不愿意进入上海,就再次协调市属运输企业派员到道口接洽,换人将车辆开到工地卸货。

分秒必争、昼夜赶工。4月18日,上海国际赛车场方舱医院首批6433张床位交付使用;4月20日,总数约1.4万张床位的赛场方舱全部建成。

(澎湃新闻)

发布于:山东

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