【加里安德森专栏】F1是如何限制柔性车身的

尽管国际汽联的最新技术指令将于本周末在新加坡大奖赛上生效，但柔性车身一直是一级方程式赛车的一部分。

规定听起来很简单，第3.2.2条要求所有空气动力部件“必须牢固固定，不得移动”，并且“在任何情况下都必须形成均匀、坚固、坚硬、连续、不透水的表面”。但实际情况是，承受不同载荷的部件永远不可能是绝对刚体。因此，至少会有一些违反法律条文的形变。

车手脚下地板前端的围兜就是一个必须允许其产生弹性形变的例子，实际上它是用弹簧和阻尼器设计的。这样，如果你撞到路肩时，那里就会产生一些形变，这样就不会将所有的负荷直接转移到车手的脊柱上。这是技术指令中没有涉及到的领域，而且已经通过负荷测试对其进行了监控。

我们在这里真正讨论的是前翼、尾翼和底板边缘。这些部件会对赛车的性能和灵活性产生很大的影响，无论是部件本身还是安装在其他部件上的方式。所有这些部件都将进行载荷测试，到目前为止，所有赛车都通过了这些测试，但也就是仅此而已。

仅从电视上就不难看出，有些设计并没有达到国际汽联所期望的刚度。他们通过了载荷测试，但技术指令的目的是改进第3.2.2 的应用方式，以防止车队在这方面做得太过分。

我们经常谈论柔性车身的阻力优势，尤其是尾翼。如果尾翼在下压力增加时向后旋转，负荷和阻力就会减少。理想情况下，您希望减少的是阻力，并尽可能保持下压力。

如果我们使用非常粗略的四舍五入思维设计一辆典型的F1赛车，您可能会将赛车规格设定为实现稳定平衡的模式，例如前轴承受总负荷的40%，后轴承受总负荷的60%。

然后，车手将向您提供他们对车辆平衡的意见，如果这些意见抱怨慢速转向不足，您可以增加前翼角度，调整前轴负荷为41%，后轴负荷为59%。这可能会减少转向不足的情况，但会使车尾在较快的弯道中更加难以把握，而之前的平衡性很好。

如果车手认为在快速弯道中车尾比较不稳定，那么可以减小前翼角度，使前负荷为39% ，后负荷为 61%，从而使赛车在快速弯道中更加稳定，但在慢速和中速弯道中会产生更多的转向不足。

因此，在所有速度范围内保持稳定的空气动力负载分布基本上是不可能实现的。

为了了解这个问题，以及了解您可能可以采取的纠正措施，下面我们举一些非常简单的数学计算题为例。

假设赛车底板产生的下压力占总下压力的60%，而车身顶部的空气动力部件占另外的40%。如果我们将这40%平均分配，这意味着前翼和尾翼区域各负责车身顶部下压力的 20%。

如果你的赛车在这一点上平衡良好，你可能会认为它将一直如此。问题是，下压力的增加与速度的平方成正比。这意味着，如果一切按计划进行，每当车速增加一倍，轮胎的负荷就会增加四倍。

主要问题在于，目前的F1赛车在中低速弯道往往转向不足。您需要的是在低速和中速弯道中增加前端下压力，而在高速弯道中减少前端下压力，或者更好的是增加后端下压力。

考虑到这一点，对于这些赛车来说，理想的情况是在低速和中速弯道中，气动压力中心的总气动载荷分布为42%前 - 58%后，而在高速弯道中，气动压力中心的总气动载荷分布向后合并为 38%前 - 62%后。

为了实现这一目标，一些车队正在设计一套系统，使前翼的角度随着下压力的增加而减小。这个设计很好，而且会随着速度的增加而自动进行，这可以让赛车感觉更平衡，但为了达到这一目的，你会失去前端下压力，而且在更高速度时会失去整体下压力，因此即使赛车感觉更好，实际上也不太可能跑得更快，这正是国际汽联想要杜绝的事情。

更复杂的是，底盘离地面越近，产生的下压力也越大。这也不是线性的，地板边缘越靠近地面，下压力的增加就会大于速度的平方，这意味着这会对压力中心的偏移产生很大影响。

如果车底的压力中心转移正确，并能确保负荷分布随着速度的增加而向后移动，那么赛车就能在慢速、中速和高速弯道中保持平衡。

不过，为了实现这一目标，您可能不得不放弃少量的总下压力。为了达到最佳的底板下数据，人们倾向于将地板下的喉部（这是气流流速最快的最低部分）设计的越来越靠前。这样做的问题是，当车辆离地面越来越近时，车底的下压力中心会向前移动，这与您的愿望恰恰相反。

无论您如何使用赛车的前翼尾翼来控制下压力中心的移动，最终地板产生的下压力还是要占赛车总下压力的60%，因此底板在这个等式中具有更大的发言权，而且随着地板两侧离地面越来越近，赛车速度越快，下压力中心就越向后移动。

此外，底板的下压力与阻力比为10-1，尾翼的下压力与阻力比为3.5-1，因此在高速行驶时，更多的尾部下压力来自于底板，可这以使尾翼角度更小，从而使整车效率更高，直线速度更快。

此外，在慢速弯道中，你需要更多的转向，因此你甚至可以尝试通过转向角来实现前部负荷的前移。如果能做到这一点，那么当车手遇到转向不足的情况并施加更多转向时，转向不足的情况就会减少。

如果出于某种原因（我怀疑有一些车队也存在这个问题），所有的实际效果都与您的意图相反，那么您将拥有一辆非常难驾驭且令人困惑的赛车，车手一坐进去这辆赛车，就能让他们抓耳挠腮，不知道该如何克服这些问题。

平衡是一件复杂的事情，而控制良好的柔性车身系统可以帮您解决这个问题。这正是国际汽联试图通过这项技术指令加以控制的原因，并强调这是一项全面的规则，而不仅仅是通过负荷测试这么简单。

实现柔性部件有许多不同的方法，您可以采用各种设计机制，例如利用碳纤维结构可在一定载荷下弯曲的特性，以及在（正如技术指令所针对的）组件允许一定自由弯曲程度的的部位做做文章。国际汽联也在关注那些不能均匀弯曲的部件，或者通过形变来达到预期效果的部件。

不过，在刚性足够的部件和被认为刚性不够的部件之间，还有一条非常细的界线。这也是需要争论的地方，特别是有些赛车的情况非常明显，随着速度的增加，你可以看到翼片的旋转，前翼襟翼相对于其他部件向下旋转。

如果一支车队认为另一支车队做得太过分，我们甚至可能会看到抗议，这时候就需要监管人员介入，但你不知道会发生什么。

国际汽联在新加坡向车队发出了警告，一些车队可能不得不做出一些改变。可能大多数车队都必须做出一些改变，这可能会对成绩产生影响。

不过，如果情况与去年一样，我也不会感到惊讶。一些竞争对手希望红牛车队能因此受阻，但实际上，这却帮助红牛车队进一步领先了对手。