一级方程式赛车车身造型演化发展历史

在F1比赛中空气动力学仅次于轮胎的开发能供最好的潜力为了赢得得决定性的零点几秒的优势。因此，设计者投入大量的精力以改善空气流动和增加下压力--正如他们的前辈所做的那样,这种探索首先开始于35年前F1赛车的第一个翼型的应用。

赛车首先经过928米的直线赛道,接着以310 kph的速度经过正面观众看台,在通过发卡弯之后, 回到直线赛道。这是开始于1999年的雪邦赛道是最精彩的部分,似乎证实了这个比赛决定于高车速的说法。然而,如果观众继续观看赛车如何经过一整套低速,中速，全速弯道，可以发现这种想法已经完全过时了。在F1没有简单的解决办法, 雪邦就是显然的例子, 关键是设计和调整赛车这样他们就可以在直道和抵抗横向离心转弯力时尽可能有效。





F1面临很大的空气动力困境,在每场比赛都有新的挑战。蛮力不能解决问题,没有一个单独的设置能完全在每一条赛道适用。现代一级方程式赛车的真正的艺术是比竞争对手更接近完美。汽车的形状是在电脑里,在风洞里和赛道上打磨出来的,翼型和扰流板尽量与车后方底部的扩散器相匹配。做的一切都是为了尽可能完美的引导气流,产生最大下压力。

如今，空气动力学问题就是处理最微小的细节。前轮与侧板之间的一个通风管道嵌板(或挡风板)可以比一个有两个或三个额外马力的引擎提高更多的速度。在一级方程式赛车的设计中空气动力学是最重要的因素。这个发现之路上充满不怕死的实验,革命性的发明和新技术的发展。尽管如此,对于早期的赛车，“空气动力学”一词,仍是一个不熟悉的概念，车的前部是一个虚张声势的障碍,因此产生的是升力而不是下压力。因此,许多早期的汽车空气动力学设计很快就随风而逝。





一开始，在1968年，不可能精确地计算迎面来流所产生的力量,开发团队不得不反复进行试验。因此,前后扰流板(或翼面),安装在单独的支撑杆上与车身分离，1969年F1的管理机构规定扰流板必须直接安装到汽车的尾部。



1972年伟大的天才设计师，莲花的创始人--科林•查普曼的尝试开辟F1的新道路。查普曼在72年设计了莲花尖形鼻翼和楔形鼻锥,散热器安装在侧箱。这也达到了使汽车的重心向后方移动的效果，随后莲花马上赢得了车手和结构设计的世界锦标赛。由于其革命性的空气动力学,莲花在直道上的速度比其前任相同发动机功率的车快15公里每小时。



1977/78年间，科林•查普曼再次引入另一个突破设计。莲花78安装反向翼产生下压力,所以汽车很快就被称为“带翅膀的汽车”。在莲花车两侧的的裙部几乎贴在赛道上，这创造了一个真空,将汽车压在赛道上并能允许极高的速度过弯。这些设计迅速取得成功:1978年莲花的车手马里奥•安德列蒂赢得了当年的世界冠军。

所谓的“地面效应的时代”一直持续到1982年。甚至在1981赛季之前,国际汽联为安全原因禁止在F1赛车底部使用移动侧裙板。其原因是增加地面间隙,从而减少过弯速度。1983年,规定禁止在汽车底部使用所有产生下压力的气动套件。汽车设计再次遇到瓶颈,所以开发人员开始把注意力转向小的气动细节上。

在1990年代,空气动力学在F1研发中成为核心问题。它出现了最重要的一些创新，例如1990年泰瑞提出的前部的装饰，哈维•波斯尔思韦特成功地引导底部和散热器周围的空气，使散热器更有效率。1987年,莲花团队提出主动悬架系统,保证恒定理想的气流角,但直到1991年的威廉姆斯FW14主动悬架系统开始在F1产生真正的影响。然而对于工程师的源源不断的创新，国际汽联做出的回应是进一步限制空气动力设计的效率,以确保降低转弯速度和获得更大的安全性。在1994年的悲剧性的圣马力诺大奖赛之后，所有的电子设备包括主动悬架系统都被禁用。然而,设计师用革新和持续开发继续成功地补偿这些限制带来损失。

到1998年,有众多不同的翼变体的实验:例如,泰瑞使用所谓的x翼(踩着高跷安装在侧箱上的翅膀)和许多团队引入了翼片(安装在尾翼外面额外的小翼)。同时,国际汽联的规则也发生翻天覆地的变化(窄体汽车、开槽轮胎)，这意味着空气动力学家们必须找到新的方法来对抗车前刮来的风。

大多数车队现在都拥有自己的风洞,他们每年通常在那里工作大约3600小时(150天)。在现代风洞中,气流可以通过激光技术实现可见。现在比以往任何时候都更重要的是给车一个完美的平衡设置以适合所有赛道的特性。威廉姆斯的车辆动力学主管马克斯•南丁格尔说“设计必须确保赛车始终有一个最大程度的下压力，下压力带来的动力学变化对保持车在任何时候的平衡都有作用——无论快速的直线赛道,或者或快或慢的弯道。

2003赛季开始时,在测试轨道上，偶尔能看到非传统的翼型。然而,基于当时的技术,在1960和1970年代不可能会有任何革命性的新发展。困境依然存在，空气动力学家现在依靠是稳定的发展进化,而不是革命性的突破。因为他们知道,在一级方程式中,发现只是一个额外的可以快一百分之一两秒钟的单圈成绩都可能足以赢得比赛。



与F1相比,让乘用车的速度更快几分之一秒没有必要,但空气阻力仍然是乘用车空气动力学关心的主要问题。事实上,汽车的驾驶性能取决于其气动性能，它影响燃料消耗,最高速度,在较小程度上的加速度。这些都是买汽车时的决定性因素。

来自安联中心的技术安全专家Christoph Lauterwasser博士说:“一般来说,随着车速的增加驾驶稳定性降低。气流经过车的顶部和底部，产生方向垂直于地面的力,称为升力。一般来说,这个升力归类于乘用车范围:它向上推,试图举升汽车,所以缓解了轮子上的压力,这削弱了汽车在行驶方向的稳定性。如果升力很小并且均匀分布，汽车仍然是容易控制的。如前后扰流板这样的气动附件，如果他们恰好适应汽车,可以帮助提供更好的稳定性,有时他们甚至可以减少空气阻力。”

尤其是在超级跑车上安装扰流板或翼型,通常扁平和相对宽的设计会导致相当大的下压力,但牺牲了汽车的空气阻力。强大的下压力是一个至关重要的安全方面保证,尤其是在弯曲的道路,它可以帮助稳定抓地。对于一般车辆,有多数制造商为气动优化提供的整套专用设备。这些设备包括前后围板,侧梁和后扰流板。

低油耗,更安全,空气动力学性能决定性利益意味着多余的装饰在轿车的现代设计中难以成为重点，被应用。如后鳍这样的元素,在1950年代流行在美国，也普遍流传在欧洲,但是现在它已经成为过去式。相比之下,汽车制造商的开发部门不断努力实现低阻力值。
已经存在的设计研究中,当前乘用车的空气阻力已经减半。未来的车将有更少的空气阻力和更低的燃料消耗,这将有益于消费者。此外,他们还将拥有一个能够产生下压力提高驾驶稳定性并提高安全性的全面的空气动力学概念。