并非所有超级英雄都穿斗篷,但今年Adrian Newey决定穿上他的斗篷。

红牛车队著名的设计天才决定将他的2020年赛车与一级方程式赛车的工程师称为“斗篷”。

这是继梅赛德斯(Mercedes)领导之后的事迹。梅赛德斯在2017年推出了该空气动力学组件,并一直沿用至今。

而且不仅仅是跟随梅赛德斯领导的红牛。雷诺和赛车点也都在2020年有了新的或更新的斗篷。

车队是否选择合适的斗篷-或尽管设计不同但可以完成类似工作的替代设备-可能会对赛车的处理方式产生重大影响,最终可能会在今年的锦标赛中名列前茅。

我是秘密的空气动力学家。我在F1团队的设计部门工作。我将解释在F1赛车前部这些鲜为人知但关键的设备有什么重要意义。

梅赛德斯在测试中展示了“斗篷”
梅赛德斯在车鼻下方使用“斗篷”

什么是“斗篷”?

“斗篷”是我们所谓的长长的扁平车身,位于汽车的鼻子下方。

那些没有斗篷的球队选择了所谓的“ J叶片”,之所以这样称呼,是因为它悬挂在鼻子下面会产生形状。“ J vane”解决方案的著名采用者是法拉利和哈斯,而该领域的其余部分则都走了一点。

这两种空气动力学装置的工作大致相似,但是它们的工作方式有些微妙,可能会对汽车的操纵和性能产生重大影响。

这些设备很有趣,因为它们构成了较大的气流系统的一部分,该系统旨在管理和操纵称为y250涡流的物体,这可以说是过去十年F1赛车上的关键空气动力学现象。

塞巴斯蒂安·维特尔(Sebastian Vettel)的法拉利展示“ J型风向标”
法拉利更喜欢“ J vane”方法

什么是“ y250涡流”?

在2009年,F1引入了旨在增加超车量的规则。从那时起,对法规进行了重大修改,包括使汽车更宽,更快。但是一个关键特征始终存在。

该规则将前翼的空气动力学中性部分指定为距汽车中心250mm处。在舷外,规则允许更大的自由度,并且前机翼的空气动力学负荷更大。

团队可以从中立部分切换到机翼的一部分以进行空气动力学造型,这意味着在250mm处压力会突然变化。

为了尝试了解这里发生的情况,请考虑一下汽车在空中向前行驶。或者,从汽车的角度来看,空气正朝着它飞来。

空气击中了机翼的中立部分和机翼外部产生下压力的部分之间的过渡点,这使空气变成了开瓶器,并形成了一个有点像龙卷风状的特征,我们称之为涡旋。这是y250涡流,以距其产生所在的汽车中心线的距离命名。

这个涡流在同一点从前机翼的两侧流出,它非常强大,并且对前机翼后面发生的几乎所有事情都具有影响。

F1赛车的前机头显示Y250涡流在前翼上方流动
y250涡流导致空气流过前机翼并向机箱盘旋

为什么y250涡旋如此重要?

y250涡流开始与之交互的第一个特征是斗篷或J叶片,取决于所安装的叶片。

现在,请记住所有空气围绕y250涡流旋转。这会将空气向下推动到汽车中间。

空气撞击斗篷或J叶片的边缘并产生第二个涡流,这次沿相反方向旋转。

这个新的旋涡绝对是整个汽车空气动力学的关键。

这样做的原因是,下一步要做的就是在地板下进行。在这里,它触发了一些类似于连锁反应的事情。

斗篷或J叶片产生的第二个涡流产生的低压与车身的第二个区域相互作用-前轮后方和驾驶员侧边踏板前方(驾驶员坐着的两边)之前区域中的小甩甩和叶片。这就是所谓的“驳船区域”

现在,这里的所有车身零件都开始散发出自己的涡流,每个涡流也都落在汽车地板下。它们共同作用,通过加速赛车下方的空气并产生大量低压,从而产生巨大的下压力,从而将赛车吸引到赛道上。

在进行海角旋涡的同时,我们的老朋友y250旋涡正坐在驳船脚上方,将空气向下推动通过上述的轻拂和叶片。

这样,它可以为该区域的许多旋涡增加动力,使其旋转得更快,并产生更大的下压力。

然后y250继续向下游行驶,现在从它那里吸收了很多能量,然后驶向汽车的侧舱。

为什么这个这么重要?

与汽车后部的扩散器以及前后机翼一起,这一系列的涡流结合在一起-从前翼的y250涡流开始,再通过海角涡流增强,进而与插入式涡流相互作用-是其中之一。汽车上主要的下压力产生区域,因此正确处理至关重要。

这就是为什么在这部分汽车中如此精致的设计泛滥的原因,因为每个团队都在努力使可用的下压力最大化。

塞巴斯蒂安·维特尔
塞巴斯蒂安·维特尔(Sebastian Vettel)检查了他的J型风向标(并可能希望它是海角)

控制涡旋的复杂性

优化y250以及斗篷或J叶片涡流的强度和位置对于充分利用汽车的这一部分至关重要。

使它们尽可能坚固通常是有益的,以便它们可以驱动地板前部的产生下压力的结构。

去年,我写了有关车队采取不同方法的方法 -法拉利倡导的“舷内装”方法和梅赛德斯的“舷外装”方法。但是我们没有讨论的一个因素是这些因素对y250涡流强度的影响。

内侧加载的前机翼,例如法拉利上的机翼,会夸大距机翼中央250mm的过渡点处的压力差。

这将加强y250涡流,这可能是大多数车队(甚至包括红牛和梅赛德斯,其前翼保留了稍有不同的理念)在本赛季朝这个方向前进的部分原因。

最重要的是,您需要平衡涡流的强度,以使其保持在最佳位置。

如果y250涡流太强,则可以将海角/ J叶片涡流拉出,远离驳船。如果y250太弱,它可能会在地板下被拉下,从而将扳手插入我们微调的旋涡系统中。

基米·莱科宁
Kimi Raikkonen依赖于前端平衡的汽车

斗篷和叶片的优缺点

要制造出一辆真正能处理得很好的汽车,始终如一的涡旋定位至关重要。

无论汽车是在侧风行驶,在拐角处滚动还是在路缘上撞撞,重要的是每个旋涡应尽可能靠近最佳位置。否则,汽车的下压力和抓地力将在各个角落之间变化,并随圈数变化。

这是驾驶员讨厌的一件事,因为这会影响他们对汽车将要做什么的信心和信任,并使他们更难以从汽车中获得最大收益。在这里,斗篷与J叶片的一些利弊开始浮出水面。

J叶片通过固定在鼻子上的方式固有地具有许多垂直表面。

通过拉直气流并使气流与汽车行驶的方向对齐,可以很好地缓解侧风的影响。这有助于防止y250涡流以一种或另一种方式吹出,并将其保持在同一位置。

另一方面,斗篷可以更容易地向前安装在鼻子上。通过尽可能靠近首次形成y250涡旋的点,它可以更快地影响该涡旋的位置,从而在太晚将其拉回之前阻止其漂移过高或过宽。

每种策略之间的差异都是细微的,开始研究时,一种策略相对于另一种策略的优势可能不会立即显现出来。

最好的解决方案只有经过数月甚至数年的开发,才会变得清晰明了,并且对于不同的汽车可能会有所不同。

我当然不会声称知道哪一款绝对能为您带来最快的赛车。但是,今年围场中的意见似乎确实倾向于海角。

梅赛德斯,红牛和其他加盖的十字军是否会发现自己比今年参加J轮滑比赛的对手拥有更好的操控性汽车,将会非常着迷。

如果他们愿意,可以期望在不久的将来看到一辆红色的汽车披着斗篷到达大奖赛。