F1赛车尾翼是怎么工作的？今年又是如何让跟车变容易的？
编者按：都说今年F1的新车可以减少车尾的脏空气，在这一点上，尾翼功不可没。仔细看看新车模型图，尾翼确实变了很多。
我们为大家梳理一下，尾翼是如何工作的，今年的尾翼又到底有什么不一样。
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尾翼如果就是把飞机的机翼倒过来，那为什么长得没那么简单呢？
上一篇文章中，我们了解了2022年新赛车前翼和底板的变化，这次终于讲到了尾翼（Rear Wing）。
这可能是新车最直观的变化之一，从曝光的模型来看，尾翼变化太大了。
主翼有了明显的弧度，下层的粱翼角度也更夸张了。最明显的是，原来从上到下大面积的垂直端板竟然变成了弧形，看起来似乎端板上的空槽也没了。这改变可谓是天翻地覆，甚至从这个模型上都看不出DRS副翼应该怎么活动。
尾翼可能是制造下压力效率最高的部件之一，作为整个车身1/3下压力的来源，它却只有十几公斤，其下压力一般比前翼小10%。
要了解尾翼的工作原理，我们就要先拆解它。
尾翼其实是多个部件拼接而成的，1号是主翼，放置得会略平一点；2号是作为DRS执行器的可活动副翼，角度会倾斜得更大；4号是垂直放置的端板，上面会有3号展示的开槽。
我们先做个CAD模型，然后在CFD软件中模拟下尾翼在气流里的作用。
相信看到这里的朋友都了解，尾翼大致的作用就是产生下压力。
气流通过尾翼会在上表面产生更大的压力，下表面有更小的压力，其中尾翼前端(Leading edge)和尾端(Trailing Edge)的连线与气流方向的夹角叫【攻角（Angle of Attack)】。
大家可以在上图里看到，在工作范围内，攻角越大，尾翼产生的下压力越大，同时气流方向的阻力也越大，但是下压力的边际效益递减，更多的角度只会换来很小的下压力收益，同时阻力会迅速增加。
更极端点，一旦超过工作范围，会有下压力的负收益。而下方因为气流分离，会出现严重的“失速”（stall），和飞机失速是相通的。
在一些需要高下压力的赛道，比如摩纳哥和匈牙利，车队会把尾翼角度调大点；意大利蒙扎赛道因为长直道多，车队会把尾翼角度调小一点，这就是车队在平衡是要更多的下压力还是更小的直线阻力，当然也有墨西哥那种因为空气密度降低，而造成角度补偿的特殊情况。
到这里相信大家也理解了，为什么DRS（Drag Reduction System）在开启时要放平，减低阻力，来获得直线尾端10km/h左右的提升；直线结束前又关闭，恢复原来的下压力设定。
顺便提一句，你会发现DRS关闭总是早于赛车实际刹车的时候，这是因为并不是你一合上DRS翼，气流马上就乖乖听话顺着你跑，需要有一定时间去贴合。虽然可能在某些弯道，我们肉眼看到DRS关闭和刹车几乎同时进行。但工程上是要控制好这个顺序和间隔的。
你可能在这里会忽然好奇，似乎这个副翼角度很大啊，几乎在上面说的工作范围边缘工作了，这样不会效率很低吗？
这里就涉及到了一个问题，为什么现代赛车会倾向于把一个很“翘”的尾翼变成一个多部件尾翼？注意是多部件（multi-element wing）而不是指多层叠加那种并行的形态。
气流通过翼片时候，背面多多少少都会产生分离，这种分离让空气能量降低，附着能力下降，从而让空气动力学效力下降，也就是我们能感知的下压力减少。
而如果是一个整体尾翼，最尾端最翘的部分是分离最严重的，为了弥补这件事，我们试着在尾翼中间砍一刀，气流就会被挤压进这个缝隙，流进来的高能空气就顺着尾端背面向上流动了，这样就减少了背面分离的气流，让副翼又正常工作了起来！
你也可以理解成，由于气流方向的改变，计算攻角的时候并不是和水平气流作比较，所以实际角度变小了。这真的是一个很巧妙的办法。
上方是ANSYS模拟的尾翼截面压力图，越红表示压力越大，尾翼上方和前端压力大，下面和后端压力小。这样就有了压力差，由此创造了下压力和阻力。
你可以看到，中间的缝隙让尾端气流没有分离得那么严重。那么，如果只有这个尾翼面，上面压力会大，下方压力小，这会造成什么事情呢？
毫无疑问，上方的气流会流向下方,他们并不能形成一个闭环，而是随着空气流动一起螺旋向后，这就形成了涡流。但一旦形成这种压力的梯度分布，必然会造成上方高压减少，下方低压增大；最后的结果就是下压力减少。
所以这时候就有了端板（End plates）,阻止高压区的气流流向低压区，维持了原来的压力分布。
但增加这个端板又可能带来一点小麻烦，相信你一定见过比赛时候尾翼挂两个“空气耳朵”，尤其是车速很快的时候。
这是因为端板会在上边缘形成新的涡流——翼尖涡流（wingtip Vortices）。这个涡流造成了巨大的行进阻力！低压区瞬间形成，空气中的水汽会冷凝，所以能被我们看见；但这里的阻力在高尾速的时候甚至能占到1/3之多，所以，如何减少这里的阻力成了工程师们的难题。
我们可以看到端板被开了槽，做了切割，这一切都是为了缓和内外侧的压力差，并且制造出一股逆旋转的气流，去抵消上面说到的翼尖涡流。只凭想象，很难理解这种缓和涡流的方式，但仿真和实验都证明了它是有效的。
除了主翼副翼，下方还有一层更短的尾翼叫梁翼（Beam Wing）, 虽然它自身产生的下压力不大，但是依然至关重要。
这时我们不妨看下图，在尾部，上层尾翼，梁翼，和底部扩散器之间是有交互的，蓝色气流上洗产生的低压区，让梁翼气流向上，梁翼又能让扩散器的气流更好地向上扩散，起到了“人传人”的作用，共同将尾部整体上洗效果维持最大，保证了协作下的下压力。
这期介绍了尾翼的基本工作原理，但是还有很多很多的细节没有提及，比如F-duct的骚操作，格尼襟翼（Guney flaps）的引入，S-duct等等，这些细节我们会在之后的文章中一一介绍，补充其中的细节。
但是到这里大家已经大致理解了尾翼各个部件的作用，我们也就可以评价评价2022年尾翼了。
要知道这次规则大改的目的之一，就是减少车尾产生的乱流，也就是脏空气，让后车有足够的下压力能更好地跟车。
2022年赛车的尾翼将气流疏导得更集中，伴随着增强后的地面效应，还有中间更有效的梁翼一起，把脏空气一起更快地抛向上方，远离了后车；除此之外，没有了复杂的开槽，硬端板，减少了各种高能涡流的发生，让乱流的源头进一步减少了。
至于具体有什么效果，车队在规则边缘如何再试探改造这个尾翼，我们就只有在他们展现实车时候才知道了。
作者：赛车星冰乐