赛车极客：F1 赛车能贴在天花板上开么？

编者按：众所周知，F1赛车能产生相当于3.5至5倍自重的下压力，因此很多人就认为车手可以贴着天花板开，并以这种状态在赛道上行驶。更有甚者认为赛麟 S7这种产生下压力等于自重的赛车也能倒着开。

然而，我们用科学计算和模拟数据得出的结果表明，天花板开车的愿望其实难以实现。

 每周一和周四，19：00我们不见不散。

首先需要明确，我们讨论的是赛车能否持续贴在天花板上行驶，而不是像舒马赫驾驶梅赛德斯SLS AMG那样，在隧道内快速转一圈。因为那并非是通过下压力完成的，而是离心作用的功劳。

只要速度和半径都在理想状态下，离心运动并非难事，比如我们拉着绳转球可以向上飞转一圈，马戏团的摩托车可以在笼子里随意倒着跑。

因此，我们讨论的议题是：能否让赛车上下颠倒，在天花板上直线行驶，再看是否能倒着在上赛道跑完一圈。

通过受力分析可知，正常行驶时，F1赛车在垂直方向受到向下的重力和下压力，若下压力有2.5个车身重，实际轮胎承受为2.5+1=3.5个车身重量。

而到了天花板上，重量不变，空气产生的下压力向上，让车贴到天花板上，所以轮胎承受的力量为2.5-1=1.5个车身重量。

如果我们让下压力等于重力，赛车就刚好能贴上天花板了。8年前在风洞实验室就做过类似的实验，把40%大小的F1模型通过可伸缩的挂杆挂到天花板上，然后放到风洞实验室里，当风速加到150km/h时候车就贴到了天花板上，挂杆无需提供支持力。但这并不意味着车辆能在天花板上行驶。不管是转向、前进还是刹车，车辆都是要靠轮胎受到的压力转化成抓地力来实现。 然而，由于下压力等于重力，这时候轮胎对天花板是没有压力的，也就意味着抓地力无法提供向前的动力。

同时，赛车在行驶时的阻力也不能忽视，而让赛车抵抗阻力前进的，依旧是抓地力。若速度不能维持，赛车会瞬间落地，这情景怎一个惨字了得。若我们提升速度，让动力和阻力平衡，看看结果如何？

下压力的计算公式为：

Downforce = 1/2*D * CL * A * V²

-D是空气密度，我们取1.22 kg/m³；

-CL是升力系数，F1根据不同规则和下压力设定一般在-3.5到-5之间，这里我们取个-4。负数代表下压力，但为了方便说明，得数我们取绝对值；

-A就是正投影面积，我们取个一相近的数值1.5平方米；

-V就是速度，单位是m/s;

公式可知，下压力是随着速度平方上升的，高速时候会极剧增加。

同样，阻力大致由滚动阻力和气动阻力组成，滚动阻力相对比较小，我们用滚阻系数乘地面支持力，气动阻力也是随着速度平方增长的，公式为：

Drag = 1/2*D * Cd * A * V²

其中只有Cd阻力系数有了改变，Cd我们取1.1。上图是不同速度下的结果，车身自重752kg，当我们把车开到约160km/h才能和重力平衡，再加快到182.5km/h能够平衡阻力，这样就能维持车辆在天花板上直线驾驶了吧？ 可以，但也不可以。因为赛车现在没有任何抗风险能力，只消一点微小的扰动，或者方向盘稍稍转动，速度都会下降。

一旦速度开始下降，由于抓地力不够，车辆无法加速回到原来水平，你只能眼睁睁的看着自己车速不断下降，然后从天花板坠落，这种无力感甚至比直接摔下来更重。

用JAVA写的模拟程序，达到速度让赛车瞬间翻转时，得到了同样的结果。

需要注意的是，这时候的速度已经超过了任何F1赛道最慢和次慢弯角的速度了，因此在赛道上贴着天花板开根本无法实现，何况这时还没有任何转向抓地可言。

好的好的，我们继续提速，达到了216km/h，这时候车辆终于可以在天花板上自由地安稳地直线行驶了。

那么这个速度下转弯表现如何？通过表格可以发现，赛车已经有4200N左右的剩余抓地力了。根据公式F=m*V²/R 可得，这时候只有5.59m/s²的转向加速度，也就是0.57个G，在这个速度下可以拐一个半径（R）是644.6米的弯角了。

然而，F1最快的英国银石Copse弯角半径也才440m，因此，即使是很容易拐弯的弯角，赛车依然只能撞墙。

若我们直接把速度拉满，引擎功率全开，ERS全释放，让它达到极速360km/h,这时候你的抓地力会巨大无比，气动下压力给了你5G的压力，也就是你拥有30000个⽜顿给你提供转向了。

模拟器里，车在天花板上稳如老狗，我们能通过半径为249.5米的弯角，因此比利时SPA的Pouhon弯角可能会有希望，但依然不能去碰意大利蒙扎的Parabolica弯。而且，虽然勉强能够驾驶了，但需要赛道全是高速弯，并踩死油门不能松脚。因为只要一踩刹车，车辆会从360km/h降到288km/h，剩余抓地力直接减半，大约为2G，即15000N。此时一旦松刹车的力度不够精准，车辆就会打滑，速度会下降到200km/h，后果不堪设想。

因此，如果我们想倒着开车，要先把速度加到200km/h左右，然后上到天花板，并且速度始终不能低于这个数值，且不能转太急的弯。

如果想安全着陆，则需要找一个能高速对接的旋转下坡，否则任何情况下都只能油门踩住直到没油为止，然后车辆就会自由落体。 从机械角度来说，倒着开车依然难以实现。首先，引擎是靠机油润滑，机油通过重力回落到油底壳。如果车辆倒转，机油就会进入发动机燃烧，一辆法拉利也会瞬间变成大众。其次，油泵系统也不允许长时间这样供油，这都是我们假设之外的条件。

虽然电动车、EP9和Formula E不受此影响，他们翻过来还能提供持久动力，但是为了减小阻力，他们下压力系数太低，接近极速才能勉强维持赛车在天花板跑直线。

总而言之，如果F1这样拥有超高下压力的车型都很难在天花板上行驶，蔚来EP9, Radical, 赛麟这些下压力等于一个车身的赛车，想要倒着开更是无稽之谈了。

春节快到了，感谢你的一路陪伴，年后这个专栏会继续陪伴你整个赛季。也祝你新的一年开车不翻车，速度快到起飞，能在天花板上倒着开。

作者：赛车星冰乐