Giorgio Piola的F1技术分析

法拉利考虑借助3D打印技术引入全新活塞设计

法拉利考虑借助3D打印技术引入全新活塞设计

法拉利正在考虑引入一项新的活塞设计方案,以助力其2017版本赛车引擎性能取得大幅提升,3D打印技术或许会为车队提供实现这一目标的可能性。

按照法拉利主席塞尔吉奥•马奇奥内(Sergio Marchionne)的要求,车队对其新赛季准备工作的细节闭口不言。但事实上,法拉利车队在其总部马拉内罗取得了显著进展。

在进入2016赛季之前,马奇奥内毫不掩饰其野心,并表示将在揭幕战中击败对手。但与上赛季的高调发声所不同的是,法拉利车队2017赛季准备工作的进展一直处于高度保密状态。

车队的668项目进展顺利,并计划于2月24日在费奥拉诺赛道(Fiorano Circuit)举行发布仪式。

由于法拉利引擎部门首席设计师萨西•洛伦佐(Sassi Lorenzo)和主管发动机装配的恩里科•古特利(Enrico Gualteri)希望动力单元的升级能够为法拉利赛车带来大幅度的性能提升,因此赛车在测试阶段所使用的动力单元方案很有可能会透露车队在这一项工作中所取得的部分进展。

现任法拉利技术总监马蒂亚•比诺托(Mattia Binotto)曾在引擎部门任职。按照其规划,由于较2016版本采用了脱胎换骨的设计,新版本法拉利赛车引擎将在性能方面迎来突破。

动力升级的焦点集中在引擎的内燃技术。得益于车队近年来在湍流喷射点火技术上取得的进展并投入使用,新版引擎燃烧室内的燃油压力将得到一定程度的增加。

据悉,意大利汽车零部件供应商Magneti Marelli将为车队提供新版本小型燃油喷射器,从而一方面通过优化燃油点火方案以实现性能提升的目标,另一方面通过控制油量降低燃油消耗。

通过这种方式,引擎预计将承受额外约400巴(bar,压强单位,1 bar=100 kPa)的巨大压力,同时温度的大幅提升也对引擎的稳定性构成不小威胁。

为了与这样的目标相匹配,法拉利必须摒弃其原有的引擎设计方案,大刀阔斧式的改动势在必行。这支来自意大利的队伍决定引入创新科技,目前正在对采用新型合金钢的活塞设计进行测试。

尽管国际汽联对汽车制造商所采用的材料进行了限制,但法拉利正在考虑弃用目前方案中所使用的铝作为活塞材料。

其原因在于,车队希望在保证部件可靠性的基础上,找到比现有方案更能够适应于在高压和高温热膨胀环境下工作的材料。

相比于钢材料,虽然铝在质量上占据优势,但在抗形变及超高温环境下所体现出的特性却不及前者。由于在类似活塞的运动部件上质量的增加会对整体性能带来影响,因此寻找到能够支撑更高性能并且在可靠性上提供保证的方案势在必行。

为了实现找到最佳合金的目标,马拉内罗的工程师们正在考虑引用最新的3D打印技术,即增材制造(Additive Manufacturing)。

(译者注:增材制造技术作为目前学术界的研究热点之一,是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。但目前这一技术仍处于实验室研究阶段,成本较高,并且对加工材料的种类有一定的限制。)

通过使用这种技术,工程师们得以在基准层上逐层添加材料。由于单层厚度极小,增材制造将使制造高复杂程度的形状成为可能,突破了传统铸造和切削等制造方法的壁垒。

换言之,3D打印技术为赛车开发提供了全新的理念。一旦成功引入并投入使用,传统技术在塑料材质风洞测试模型上的阻碍将不复存在。

这样一来,之前由于技术限制而从未用于制造F1赛车活塞的钢合金也因此被纳入考虑范围内。同时,得益于3D技术的引入,实现赛车部件的蜂窝形设计也具有可行性,从而在保持强度的前提下实现减重。

事实上,法拉利并不是将这一技术纳入考虑范围的唯一品牌,而比诺托正在考虑尽快将其投入赛车中以实现性能的提升。法拉利赛车在本赛季初搭载使用这一技术制造的引擎部件并非没有可能。 

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