F1赛车缘何快而稳

newmaker

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 近距离目睹过F1赛车的人不仅会赞叹其优美的外表，而且会惊奇地发现它并不是什么庞然大物。赛车最宽处不超过1．8米，长约4．5米，高约1米。此外，若不是规定比赛的重量（包括燃料和车手）必须在600公斤以上，它会比现在还要轻。与我们普通家用轿车相比，虽然F1赛车长和宽相差无几，但显然要矮得多，同时也要轻得多。然而，F1赛车同普通轿车甚至跑车的差别远不止这些，它还有众多为人鲜知的独特之处。 众所周知，F1赛车动力强劲。这强大的动力来自安装在车手身后、隐藏在流线型车体内的发动机。F1赛车发动机的功率在800马力以上。相比之下，普通家用轿车发动机的推力为100马力左右。由于功率大加上车重量轻，F1赛车具有相当高的功率推力与重量比（比功率）。高值比功率和其他先进的汽车技术相结合使得F1赛车在赛道上表现非凡：时速从0到160公里仅需3秒钟；最高时速超过360公里。 你也许会说，F1的成绩同数年前英国SSR汽车在美国黑岩沙漠上创造的超音速相比，只不过是小巫见大巫。这话固然不假，但是，要知道SSR动用的是两台喷气式航空发动机，而F1采用的只能是国际汽联（FIA）规定的V10（10汽缸，V型排列）自进气式4冲程燃油发动机，且汽缸总容量（工作容积）小于3升。 考虑到安全因素，FIA禁止车队使用机械增压和涡轮增压技术并对汽缸容量采取了限制措施，但是从过去近10年的发展中，人们发现规定并没有束缚工程技术人员的创新，赛车发动机在外形尺寸更紧凑、重量更轻的同时，功率却在逐渐提高。2001年法拉利赛车F2001采用的050型发动机的长589毫米、宽530毫米、高353毫米，重量仅97公斤，最大功率超过800马力；去年宝马公司为合作伙伴威廉姆斯车队赛车提供的发动机的最大功率竟然达到了900马力。对此有人提出今后应进一步降低汽缸容量。 F1发动机体积小推力大的奥秘在于它能以每分钟18000转甚至更高的速度运转，这比普通轿车发动机的转速高出两倍，当然高速运转也意味着在单位时间内多做功。虽然在实际情况下，发动机产生的功率同转速不能达到理论上的线性增长关系，但是F1发动机那800多马力的输出功率已让普通发动机望尘莫及。为了实现高速运转，F1发动机采用汽缸直径（缸径）大、活塞运动行程（冲程）短的构造。上面提到的法拉利050型发动机中，汽缸直径和冲程长度分别约为96毫米和41．4毫米。各车队的发动机除缸径和冲程尺寸不同外，另外最大的差别就是汽缸的夹角，变化范围为70至111度。 F1发动机所用材料的95％为金属铝和钢（它们用量比约为2∶1），剩余5％为钛、镁和碳纤维等。无论哪种材料，它们必须经受得住高温的考验。比赛时，发动机内表面的温度超过300摄氏度，机油和冷却水的温度也达115至120摄氏度；进站停下来加油和换胎时，机油和冷却水的温度会立刻上升到140摄氏度。此外，为F1发动机功率大，但也相当费油，是典型的“油耗子”，每升油大约能跑1．5公里。比较而言，普通轿车每升油可跑10公里。 神奇无比的“风翼” 从空气动力学来讲，4轮裸露在车身外的F1赛车的合理性远不如4轮包裹的跑车。然而，利用现代计算机技术和风动技术，设计们却将空气动力学在F1赛车上发挥得淋漓尽致。大家知道，F1赛道直道和弯道的结合体，比赛中需要赛车即能在直道上全速行驶，又能以相对高的速度稳定地通过弯道。 全速在直道上奔驰时要求赛车受到的阻力最小，而快速稳定过弯则要求赛车轮胎具有足够的抓地力。由于高速过弯在比赛能帮助赛车创造最佳的单圈成绩，因此设计师对F1赛车外形进行了精心的设计以获得足够的下压力。F1赛车除车体本身的流线型设计和底盘的导流板能产生下压力外，还有近60％的下压力来自赛车的前、后定风翼。定风翼如同倒装的飞机机翼，机翼产生上升力，而定风翼产生的则是下压力。通常，F1赛车前定风翼产生的下压力为赛车总下压力的25％，后定风翼为33％。比赛中，如果离前车较近，前车尾部的湍流将导致后车的前定风翼损失约30％的下压力，转弯时出现转向不足。 当赛车时速全速行驶时，赛车产生的下压力可达赛车自身重量的两倍。理论上讲，如此大的下压力的作用下，F1赛车可以在天花板上高速行驶。然而，定风翼如同一把双刃剑，它即产生了赛车高速过弯时所需的下压力，同时又产生了影响赛车全速前行的阻力。设计师面临的挑战之一就是要找到定风翼产生下压力和阻力的最佳平衡点。有趣的是，这个平衡点随着赛道的不同而变化。因 而，我们可以看到赛车在不同的赛车上其前定风翼、后定风翼、导流板都会有一定的变化。 轻巧坚固的“身躯” F1赛车采用的单壳体车身称得上是现代工程的杰作，它由碳纤维和蜂窝状铝板材料在车体模型上“粘贴”成型后，经过高温高压下结合而来。有人乐称其为“三明治”结构：两外层为碳纤维，中间是蜂窝状铝板。此外，在车身某些地方（如打孔处），还使用了吐弗诺（tufnol）（现代防弹衣的用料）以实现局部加固。单壳体车身虽然仅重35公斤，但是它却十分坚固，被喻为车手的生存舱。1994年巴西著名车手塞纳在赛场事故中不幸丧生后，赛车的安全性不断提高。过去近10年中，虽然赛场上事故频频，但是再没有出现塞纳那样的悲剧。 安全性提高的原因之一是FIA更加严格的要求。F1赛车在获准上赛道前，其车身必须通过FIA规定的碰撞试验。英国克兰菲尔德大学的克兰菲尔德碰撞中心（CIC）承担了多数以英国为基地的车队的碰撞试验，费用为每天3500美元。碰撞试验分动态和静态两类。动态试验包括车体前碰撞、侧碰撞、后碰撞、翻滚和底盘冲击。各种试验的方式、施加的外力和达到的标准各不相同，但目的都是为了保证车手在事故中能安全逃生。如车体前碰撞试验是要检验车鼻箱保护车手脚和踝的能力，以及车体（特别是鼻箱）吸收碰撞能量降低车手所受减速力的能力。 每个赛季，各车队为自己的车手准备的车身数目不等，如2001年大车队在7至9个，中小车队4至6个。通常在事故中如果车身损坏不严重，工程人员会将其修复并通过检测后重新使用，只有受损严重无法修复的车身才会被“丢弃”。 任劳任怨的“四足” 常言道“千里之行始于足下”，这话用在F1赛车可谓恰如其分。为取得好成绩，F1赛车必须具有工作状况良好的车胎。专家认为，车胎是影响当今F1赛车表现单一的、最重要的因素。只有车胎紧紧“抓住”地面同时又不产生不必要的摩擦力，赛车才能正常地高速行驶。再好的赛车没有理想的车轮也无法创造好成绩，这如同让卡尔·刘易斯穿上不合适的鞋（如大皮靴）难以成为百米“飞人”一般。 家用汽车通常使用一套车胎便能在任何天气（大雪除外）情况下行驶。F1赛车却配备了两种车胎：干胎和雨胎。前者用于干燥赛道，后者用于湿滑赛道。制造F1赛车轮胎的4种基本成分为橡胶聚合物、碳黑素（颜料）、石油和化学物品。不同的赛道和不同的赛车，生产车胎的配方有所不同。 根据FIA的规定，前轮胎的宽度为305至355毫米，胎面宽不超过270毫米；后轮胎的宽度为365至380毫米。在轮胎宽度和胎面尺寸固定和车胎气压正常的情况下，一般来说，车胎接触地面的面积越大，赛车抓地力也就越大。为获得理想的抓地效果，上世纪90年代末以前，F1赛场上流行“光头”干胎。出于安全因素，为降低车速，现在FIA要求干胎的胎面上必须开有4条上宽不小于14毫米、下宽小于10毫米、深不小于2．5毫米的槽，槽间距为50毫米。而湿胎胎面排水槽的面积为胎面总面积的25％。 无论干胎还是湿胎，它们都有理想的工作温度。干胎胎面的高效工作温度约为100摄氏度；湿胎约为40摄氏度。为让赛车尽快进入比赛状态，赛车在出发前，工作人员常常要用电加热毯将车胎包裹起来加温，需要加热90分钟才能使干胎达到合适的温度。比赛中如胎面温度过高，会加速干胎或湿胎的磨损。在半干半湿的赛道上，观众常能看到安装着湿胎的赛车为避免胎面温度过高，不得不避开逐渐变干的行驶轨迹而选择潮湿的道路“行走”。 为保证赛车车胎的气压相当稳定，F1赛车的轮胎充入的是无水分氦气。车手在比赛中尽可能地保护好车胎是赢得胜利的一个关键因素，他的驾驶方式、赛道表面的状况和赛道温度都能影响胎面的工作效率，从而影响赛车的行驶性能。 根据比赛规则，每场比赛（练习、排位赛和正式比赛）每辆赛车可以使用10套干胎（分软胎和硬胎两种）和湿胎7套，无论是干胎还是湿胎都要比普通轿车的车胎软许多。每套车胎价格约为6000美元，每辆赛车在每场距离略超过305公里的正式比赛中通常要用掉3套车胎。 反应灵敏的“制动” F1赛车整体都体现出了一个“快”字，即使是减速也是如此。当F1赛车以320公里的时速行驶时，它可以在3秒钟的时间和100米的距离内将时速降低到80公里进入慢速（低速）弯道，减速时的加速度为负的5个重力加速度（5G）。 F1赛车高性能的制动能力出自完美的刹车系统。该系统主要包括刹车踏板、液压回路、卡钳、刹车片和刹车盘。工作时，车手踩下踏板，液压回路将力量施加于装有刹车片的卡钳，并让其合拢抱住车轮中的刹车盘。刹车盘和刹车片由碳－碳材料（即混合了碳的碳纤维）制作而成，急刹车时，强烈的摩擦使得刹车盘和片的温度达到1000摄氏度，这就是为什么比赛中有时我们可以清楚地看到车轮内部中间区域发出明亮黄光的原因。选择碳－碳材料是因为它在一定高温范围内，工作更加理想，同时不会发生畸变和熔化。 然而，碳－碳材料也有它的局限性，如果温度过高，它的效率就会开始降低。于是，为避免过热，赛车4轮都安装了非动力的风冷装置。此外，为安全保险起见，刹车系统采用的是单踏板双液压回路布局，它们分别控制前轮和后轮。但是，为体现车手的驾驶技巧，FIA规定F1赛车禁止使用助力刹车系统以及轮胎防抱死系统（ABS）。 通过上面的介绍，你或许对F1赛车的技术有了更多的认识，但是千万不要认为与F1赛车速度相关的技术仅限如此。事实上，F1赛车的半自动变速箱、发动机散热系统、发动机进/排气管、牵引力控制系统、发车控制系统、方向盘、燃油、悬架，甚至头盔无不是确保赛车创造优异成绩的高技术结晶。此外，我们也不能忘记将F1赛车的非凡性能发挥到极限的车手。要知道，能够驾驭F1赛车，特别是每年参加比赛的人毫无疑问都是驾驶技术精湛的高手。据悉，全球拥有FIA颁发的F1赛车特别驾照的人只有百十来名，而能够有较多机会驾车在赛道上狂奔者也只是各车队的车手和试车手。 除了驾驶技术高超外，车手还必须具备良好的心理素质和身体素质。每场平均时速约为200公里、耗时约为100分钟的比赛时时刻刻都在考验着车手的意志和体能。高速过弯时，他们要承受高达3．5G的离心力，这时车手的颈部肌肉犹如加上了30公斤的侧向负荷；直道上高速行驶时突然刹车，身体将承受5G的重力。在60至70圈的比赛中，他们要不断加速、减速和过弯，因而也就不得不不间断地承受这些负荷。此外，在高温天气环境中比赛时，驾驶舱的温度可达50摄氏度以上，比赛下来车手大约要失去2公斤的体液。即使是在身体受到种种“折磨”的情况下，车手依然不能有丝毫马虎，不然将出现令人难以预料的后果。 借助高技术，车队让每辆F1赛车都拥有了马力强劲的发动机、完美的空气动力学车身、抓地力大的轮胎、灵巧可靠的制动等，并为赛车精心挑选了主人。F1赛车专家表示，只有那些将上述各个因素完美、和谐地结合起来的车队才能最终成为F1赛场的王中王。 名词解释：F1 “一级方程式世界锦标赛”是由国际汽车联合会（FIA）掌管的一项汽车赛事，其名称由英文“FormulaOneWorldChampionship”翻译而来。 虽然“Formula”被翻译成“方程式”，但实际上它真正的含义应为汽车按规定的尺寸、重量和汽缸容量进行的比赛。“一级方程式”是“方程式”赛车的最高级别，简称“F1”。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/23/2004)