【GPfans技术专栏】红牛的扩散器到底有什么设计哲学

大多数车迷都了解扩散器的一般工作原理。扩散器是一种开放式文丘里管系统，气流在扩散器开始膨胀导致前喉部的静压下降，膨胀越强烈静压力降得就越高。

为了在有限的设计空间内最大化气流扩张，F1工程师使用涡流结构来使流动扩张最大化。然而，扩张越大，漩涡需要通过的逆压梯度就越高，但漩涡不喜欢逆压梯度。

这导致它们被损耗了不少，最坏的情况下他们甚至会爆裂，因为他们在不利的压力梯度下扩散。但F1车队已经找到了解决办法。在下面的文章中，让我们看看他们设计的第二侧横向扩散器的一些特点，并详细讨论它们。

1.轮胎循环的相对位置

2.底板边缘翼片

3.老鼠洞结构

轮胎循环的相对位置

F1赛车旋转的轮胎主要产生两对反向旋转的涡流结构。这些旋涡结构的过渡强度，位置和内外洗模式都很重要，因为他们直接影响气流下游的后轮胎。

我们特别感兴趣的是靠近地面的低涡结构。它最初是相对旋转的，然后从前底板开始沿前底板边缘扩散，如我们曾经的文章中所讨论的那样。

然而，当涡流向下游移动时，由于来自后轮的停滞压力和靠近侧壁的涡流的综合作用，涡流开始内洗，当涡流远离底板时，气流才能进入底板。

除此之外，由于上表面和下表面的压力差，气流自然而然的会渗入底板边缘附近的区域，这两种组合效应都会充当第二横向扩散器的入口。

底板边缘翼

底板边缘翼是一个有趣的装置，它具有多种功能。回到我们关于涡流的讨论，以及它们如何在扩压器扩张时所面临的逆压梯度中被保持住，那么问题出现了：我们如何保持它们？

其中一个解决方案是增加更多涡量的涡系统。然而，涡度的增加必须在正确的时刻发生。把这想象成你去爬山但只带了一小杯能量饮料。如果一开始就喝，效果就不是那么好了，同样的喝得太晚也没有用。你需要在正确的时刻使用它，以最大限度地发挥它的好处，这样你就可以以最快的方式爬坡。

向我们的系统注入涡度的最佳时机是什么时候呢？嗯，这取决于车队在他们的高保真CFD中看到关于涡流的情况，但有一件事是肯定的，那就是他们需要这种提升，以最大限度地提高扩散器的性能。

底板边缘翼创造了额外的脱落边缘，这是初级地板旋涡系统。这种额外的几何特征使F1团队能够在正确的时间优化涡度的注入，就像他们在CFD中模拟的一样。

底板边缘翼还扩大了底板的平面面积，用于产生更多的下压力，同时也能改变脱落边缘的位置。这就是为什么这种设计比简单地向后延长地板边缘更聪明，因为这不会导致地板平面面积的损失。

此外，底板边缘涡度有助于卸下靠近后轮胎接触贴片的扩散器侧壁上脱落的涡结构。这取决于您的设计哲学，这可能是一个好的也可能是个坏的事情，但至少这为底板边缘翼提供了一个控制参数的效果。

那么扩散器侧壁涡流有什么作用呢？首先，这个漩涡是在逆压梯度上形成的，所以它不是最干净的。除此之外，它还是在低位生成的，在气流洗涤后轮的时候这个涡流会给扩散器带来效率损失，所以保留这个涡流不是一个好主意，尝试卸载掉这个涡流结构是有好处的。

所有这一切都表明，底板边缘翼这个设计在确保以正确的方式将涡量添加到第二横向扩散器中起着不可或缺的作用，这样，它可以允许车队调整其后底板设计和扩散器设计，以便在各种行驶高度条件下始终产生高下压力。

老鼠洞效应

当红牛开始在他们的侧箱上进行流动可视化测试时，有一点你要清楚，就是他们真正专注于通过g线（底盘和地板之间的过渡区域）将高能空气输送到赛车后部。

对流动可视化图片的进一步检查表明，他们是通过扩散器侧壁上的切口将气流送入扩散器来做到这一点的，该切口现在通常被称为“老鼠洞”。在空气动力学方面，为确保扩散器在一定范围的行驶高度条件下工作，涡流正常是最重要的因素。

正如我们在上一篇文章中讨论的那样，涡流正常取决于一个称为“漩涡”的因素，即涡流的切向速度与轴向速度之比。

当后部车身高度较高时，随着涡流在扩散器内通过较高的逆压梯度，它开始失去其轴向速度，从而使涡流参数超出其理想范围，从而引发涡流破裂。

当后部车身高度较低时，涡流的切向速度再次增加，从而改变其理想窗口之外的涡流参数，从而引发涡流破裂。老鼠洞有助于将轴向速度提供给扩散器内部的涡流，以便它可以在各种行驶高度条件下工作，并最大限度地提高扩散器的横向扩展。

总结

第二横向扩散器并不像您想象的那样正常的工作。它不仅从底板下的通道中吸入空气，而且还通过增强轮胎循环以产生流入底板的空气。

为确保主底板涡流能够处理激进的扩散器膨胀，底板边缘机翼需要战略性地甩掉涡流以增加主涡流的涡流。为了在大范围的行驶高度条件下保持主涡流的健康，而老鼠洞用于向主涡流增加轴向速度，从而保持涡流的旋流。

将这些潜在的气动机制发挥到极致是RB19成为一流赛车的一部分重要细节。