气流控制的艺术：分离和失速

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鼻锥后方的入风口与车手脚部位置的导管相连，将气流引向下方，大概就在踏板的位置，可能性最大的方案是让导管沿刹车踏板/搁脚板逐渐下降，以避开座舱内强制安装的保护衬垫。导管上的开口同时还可为车手“降温”。至此导管还将继续向后延伸，绕过油箱后上升，跨过气箱（或许刚好从引擎盖上的高位开口旁经过），最后经过鲨鱼鳍，到达尾翼上层端板。
当车手移动腿/脚堵住开口，重新定向的气流会通过导管的其他部分最终到达尾翼上层端板（副翼）的开槽。经弯曲导管输送过来的气流一定足以干扰到尾翼下方正常流过的气流——有效打散尾翼周围的气流。这就是F1空气动力学专家所谓的“失速”现象，不过这里的失速和航空空气动力学领域中对“失速”的定义并不相同。失速时强劲的涡流将从翼片分离，这将大幅减小高度负载下F1翼片的阻力，使赛车的极速增加3-4km/h。
当车手准备入弯制动时，腿/脚的位置改变将打开内部导管上的开口，后方的气流会重新附着于翼片上产生下压力，当然也不可避免的产生阻力，此时赛车翼片可以产生正常设定的最大下压力值。


Scarborough猜测McLaren MP4-25的F-duct系统内部导管开口的闭合由车手腿部控制

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FIA认定McLaren这组包括尾翼端板开槽（去年McLaren和BMW Sauber均使用过这种开槽格式）在内的整套设计合法，规则方面也没有关于翼片可否失速的详细说明条款。McLaren这套方案的聪明之处在于没有任何可移动空气动力学部件，除非你认为车手的脚/腿也算的话。从规则的解读上看，这绝对称得上是天才般的创意，虽然似乎与规则的指导精神背道而驰。



McLaren MP4-25 F-duct系统推测线路图



既然FIA已经将这项设计合法化了，那么其他车队只有两种选择——要么继续抗议，要么研究下怎么在自己的车上也装一个。后者应该是绝大多数车队的选择，因为其他赛车在脚部位置也有布置入风口导管的空间，外加拷贝鲨鱼鳍和尾翼的设计也不是问题。其他车队真正头疼的应该是如何为气流导管找到一条穿过单体壳的路径，因为在单体壳上很难找到足够大的开口。今年所有车队的单体壳构造均已通过FIA认证，这也就意味着本赛季任何车队不得更改单体壳设计。但正所谓“上有政策，下有对策”，谁也不愿意乖乖放弃唾手可得的直线速度优势。

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Sauber尾翼失速系统原理粗探
Sauber: F-duct Detail



Sauber此前称他们正在赶制自家版本的F-duct，我们可以借机揣测下其中的工作原理。目前已知McLaren的系统通过内部导管将气流引向车手腿部区域。需要时车手用腿堵住开口，重新定向气流将其输送至尾翼。最后气流经鲨鱼鳍到达尾翼上层端板（副翼）开槽，造成翼片失速，降低阻力，提升极速。
Sauber的尾翼已经使用了这种开槽格式，他们通过上层副翼的开口为下层主翼的开槽吹气。这样Sauber可以增加翼片迎角，增大下压力，而无需担心气流失速的问题。Sauber新版鲨鱼鳍内部凸起的气流通道清晰可见，其功用仍然是为主翼端板上的开槽喂食气流。也许Sauber希望借此为主翼上开槽提供更多的气流，或者像McLaren一样，用气流人为制造尾翼失速。



Sauber尾翼失速系统的入风口位于侧箱开口上沿




鲨鱼鳍内部输送气流至尾翼的气流通道清晰可见

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但在McLaren赛车上，流向尾翼开槽的气流是由车手控制的，因此索伯也需要找到一种控制气流开/闭的方法。由于内部弯曲的导管会对气流产生阻碍作用，Sauber可能完全依赖这种方式控制气流——当气流流速高于一定数值时自动切断气流。亦或是Sauber已经找到了一种将气流导管引向座舱的方法。


Scarborough猜测Sauber的尾翼失速系统的内部管路可能经过座舱

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Sauber的方案与McLaren的不同之处在于导管不经过座舱的脚部空间，那么Sauber的两位车手是如何控制导管的闭合呢？导管入风口的位置也许会给我们一些启示。事实上在单体壳侧面开口绝非天方夜谭。横穿侧箱前端直通单体壳侧壁的侧箱防撞横梁就刚好处于Sauber导管入风口的位置处，Sauber完全可以在座舱内的对应位置开口，车手通过肘部即可密封导管重新定向气流。出于提高刚性和安全性方面的考虑，F1车队通常都不会在单体壳侧面开口。但最终的选择权还是在车队手中。
如此一来，车手在高速下只需移动肘部，掩住开口，即可获得与McLaren车手的腿部控制相同的失速效果。



中空的防撞横梁直通座舱,车手可以以此控制导管中气流的走向

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fissa

值得学习的好帖！

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