技术分析:2017赛季F1规则如何影响赛车表现力

过去三年,梅赛德斯的“三连冠”让人看到F1又一次呈现为“动力为王”。如今又一轮技术规则改革力求跨入一个新领域,这不仅将表现在赛车的外观上,更重要的是机械性能和空气动力学效果上的影响。

2014-2016年——F1进入混合动力时代的前三年,梅赛德斯依靠在动力单元上令人望尘莫及的优势和赛车整理体能的卓越,独孤求败,59场大奖赛只有8次让胜利旁落。但是,2017赛季技术规则在原来的框架基础上发生了改革,希望通过提升空气动力学和机械方面的表现,以求达到让赛车提速4-5秒,让赛车对车手变得更难驾驭,试图提升比赛的观赏性。这意味着赛车设计师将迎来新的挑战。

车轮更宽,抓地力更强

新版赛车将在轮胎、前翼等关键部件采用更大尺寸的设计以提高赛车的整体性能,赛车整体将较现有版本更宽更大,从而在行驶过程中产生更高大的下压力。

作为直接与赛道接触的重要部件,2017年的轮胎在宽度上较2016版本增加约25%,前后轮分别采用305/670-13(宽度305毫米,总直径670毫米,轮毂直径仍维持13英寸)和405/670-13的方案。同时,半雨胎和雨胎的总直径分别为675毫米和680毫米。

1992年,国际汽联曾推出缩减赛车和赛道宽度的规则调整,而2017赛季在轮胎方面的大幅规则调整,意味着宽版车轮将重新回到F1赛场。宽度的增加使轮胎与赛道间的接触面积更大,赛车得以更牢固地“贴”在赛道上。一方面能够在直线路段为赛车提供更大的机械抓地力,另一方面能够减小赛车的内侧车轮在通过弯道时的受力,从而显著提高赛车速度。

Mercedes AMG F1 W06 Hybrid with 2017 and 2016 Pirelli tyres
梅赛德斯W06赛车及2017(右)和2016(左)版本倍耐力轮胎

图片: 戴姆勒集团

悬挂系统:更加符合空气动力学

与更宽的车轮相匹配的是新版F1赛车的车身宽度较以往有所增加,赛车总宽度由原来的1.8米增加到2米,从而达到1998赛季之前F1赛车的宽度水平。

同时,新技术规则的修改使得空气动力学表现在悬挂设计上扮演着更重要的角色。车队工程师在为赛车选择合适的悬挂方案时拥有更大的自由度,以降低裸露在外的方程式赛车悬挂部件对整体气动性能的影响。

然而,梅赛德斯在其赛车中所采用的液压悬挂和高度控制系统的原理,类似于曾于2014年被国际汽联禁用的FRIC(Front to Rear Interlinked Suspension,前后联动悬挂)系统,该设计的合法性遭到法拉利车队的质疑并已上报给国际汽联。

Mercedes W04 FRIC system
梅赛德斯W04赛车FRIC系统

图片: Giorgio Piola

前翼:激进的外形设计带来更大的下压力

赛车前翼无疑是整个车身最为重要的气动部件之一,位于赛车前端的前翼先于其他部件与空气接触,空气经过前翼导流后与赛车发生相对运动,进而流向包括侧箱和尾翼在内的其他气动部件。换言之,前翼性能的优劣将直接和间接地对赛车的整体气动性能产生显著影响。

新规则为赛车前翼的外形和尺寸带来了不小变化。随着赛车总宽度的增加,前翼宽度从之前的1650毫米增加到1800毫米,能够为赛车提供更大的下压力。然而,由于前翼宽度增加的幅度(150毫米)小于赛车总宽度的增加(200毫米),因此在这额外的50毫米区域如何控制气流将是车队需要考虑的因素。

2017 aero regulations, front view
2017空气动力学规则,前视图
图片: Giorgio Piola 

作为最显著的外形变化之一,前翼由原来的平直状变为类似于三角形的设计,前翼前端与端板前端纵向距离为200毫米,形成约13°后掠角,不仅从视觉角度使F1赛车前翼看起来更加凶猛,同时也将影响赛车的气动性能。此外,前翼中性区(neutral section,中间部分)得到保留。

在倍耐力2017版本宽胎测试第二阶段中,梅赛德斯曾在前翼上表面安装凸起部件(红色部分),以促进前翼和位于其后方的前鼻在空气动力上取得良好的效果并且能够在需要平衡位移的情况下承受更大载荷。

Mercedes AMG F1 W06 Hybrid nose detail

梅赛德斯W06在倍耐力宽胎测试第二阶段所采用的赛车前鼻

图片: 戴姆勒集团 

尾翼:翼面更宽,位置更低

新款尾翼的宽度增加(从750毫米增加为950毫米)、高度减小(从950毫米降至800毫米),与2009赛季之前版本低而宽的尾翼方案具有一定相似之处。

从正面看,尾翼端板下方与底板连接处距赛车中轴线400毫米,而顶端距赛车中轴线475毫米,形成类似字母“T”的形状。从侧面看,2017版赛车尾翼端板中心线的方向由垂直于地面改为向后倾斜,与车身形成一个钝角。

2017 aero regulations, top view

2017空气动力学规则,俯视图
图片: Giorgio Piola

此外,尾翼的纵向位置同样有所改变。其前端位置由目前与后轮中心线(RWCL,Rear Wheel Centre Line)调整至其后方200毫米处,而因尾翼后移所留出的空余位置将用于安装尾翼支撑架。尾翼端板位置同样发生变化,其下端位置较以往有所升高。

2017 aero regulations, rear view

2017空气动力学规则,后视图

图片: Giorgio Piola

底板:更大的自主设计空间

同前翼一样,侧箱和底板的前缘同样呈后掠状。其中,底板的长度减小了100mm,以适应前部中性区的外形和底板后部轮廓的变化,而随着后轮宽度从325毫米增加到405毫米,车队工程师在底板的设计上拥有更多的可能性。

在破风板设计上,该部件位置较之前大幅前移,距前轮中心线距离不足500毫米,但在高度上不得超过475毫米。通过这种改变,破风板与前轮之间的空隙将得以减小,从而使在前鼻和前下叉臂位置对气流进行控制的难度有所降低。

部件 参数 2016版本 2017版本
轮胎 前轮宽度(毫米) 245 305
后轮宽度(毫米) 325 405
悬挂 总宽度(毫米) 1800 2000
角度范围(度) +/- 5 +/- 10
前翼 总宽度(毫米) 1650 1800
形状 平直状 三角形
尾翼 翼面尺寸(毫米) 750(宽)
950(高)
950(宽)
800(高)
端板形状 规则形状 前视图:呈“T”形收拢状
侧视图:沿向后方向斜向上倾斜
底板 底板面 最大宽度:1400毫米
最小宽度:1300毫米
棱角半径<50毫米
最大宽度:1600毫米
最小宽度:1400毫米
棱角半径<100毫米
参考平面 前端距前轴中心线330毫米 前端距前轴中心线430毫米
扩散器 高度:125毫米
宽:1000毫米
前端与后轴线共线
高度:175毫米
宽:1050毫米
前端位于后轴线前方175毫米
车身 侧箱最大宽度(毫米) 1400 1600
侧箱形状 无限制 后掠形
破风板 与前轮间隔较大 与前轮间隔较小
车重 最大车重(千克) 702 722

燃油:重新成为影响比赛成绩的因素

在引擎研发配额系统对改变梅赛德斯一家独大局面并未产生任何作用的情况下,车队方面与国际汽联达成共识,引入了新的办法以试图改变目前的局面。在新的方案中,赛会对赛车部件的质量和尺寸进行了规定,以实现为基准单元设置框架提供更有效的解决思路。

此外,国际汽联就赛车燃油种类做出规定,车队在整个赛季中可以使用的燃油配方种类被限制在五种以内,而在同一个比赛周末中,车队仅可以使用其中的两种。

这样一来,尽管并非决定性因素,但车队在燃油方面的选择将不再“默默无闻”。虽然正确的选择或许无法帮助车队取得胜利,但因错误的燃油策略而导致被竞争对手超越的可能性仍然存在。

Red Bull Racing Total fuel churns
红牛车队的道达尔油桶

图片: XPB图片社

轮胎:重要性愈加凸显

上赛季,多支车队对F1目前的轮胎赞助商倍耐力提出了质疑,而这家意大利品牌在胎压规则上所进行的调整(如在意大利大奖赛降低胎压规定值)在引来多方批评的同时,也迫使各个车队不得不加强在轮胎方面的工作。

2017赛季,随着轮胎尺寸的大幅增加,车队在轮胎温度控制方面面临新的挑战。梅赛德斯、红牛及法拉利等一线强队已在2016赛季中对不同版本的前轮冷却装置进行了大量测试。 

2017 and 2016 Pirelli tyres
2017和2016版本倍耐力轮胎对比

图片: 倍耐力轮胎

曾有分析认为,在国际汽联关于新规则将使F1圈速提高约5秒的预测中,有大约1.5秒应归功于新版倍耐力轮胎,因此其重要性不言而喻。可以预见的是,各支车队必然会在涉及到轮胎的技术研发方面开展新一轮竞赛,以确保新款轮胎能够工作于最佳窗口,并对倍耐力潜在的胎压规则调整做好应对准备。

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