剧变：2022年的F1如此不同

发布时间：2022-03-18 22:19:18来源：广东体育频道

去年维斯塔潘和汉密尔顿在阿布扎比的世纪大战虽然硝烟散去，但很多车迷对于F1世界一级方程式锦标赛的扣人心弦仍然意犹未尽。转眼间新的赛季就要拉开大幕，F1赛事还将迎来更多的神秘悬念和跌宕起伏，因为2022年将是很多人职业生涯都未曾经历过的变革时代。

2022年F1赛车规格为何大改？其中一个非常重要的原因，就是当F1赛车高速行驶时，前车产生的气流总会对后车产生干扰，造成后车跟车和超车的困难。为了减少这种干扰，F1需要通过改变来提高比赛的竞争性和观赏性。

为何前车行驶中产生的气流会干扰后车？一切要从下压力说起。作为世界上把空气动力学原理利用得最为极致的赛车类型，F1主要通过获取尽可能多的下压力，来实现弯道（尤其是高速弯）中超出车辆本身原始极限的更高速度。此前的F1赛车，主要以车体表面（上方）的空气动力学设计，如前后翼及扰流部件等，来产生有利的气流变化，从而获得足够的下压力，同时也尽量减少空气阻力。但是，当前车通过车体表面的空气动力学装置获得理想下压力时，后车迎来的却是早已被前车扰乱的“脏”气流(DirtyAir)；后车因此无法产生足够的下压力，速度也继而受到影响。

这一现象对于车手的实际影响，就是在弯道中难以跟车并实现超车，比赛观赏性因此降低。

所以，F1在2022年做出了划时代的变革。

首先，2022年的F1赛车规则重新定义了前翼和尾翼的形状，前后翼独立端板被取消，这也许是今年赛车在外观上最直观的变化。

其次，F1赛车原本是开放式轮胎结构，但今年增加了轮毂罩以及相应的轮胎扰流翼片。

这么做的原因，就是有效梳理因轮胎高速转动而产生的巨大乱流，目的同样是为了减少前车气流对后车的干扰。

第三，通过强化地面效应（GroundEffect）来获取主要下压力。

如前文所述，F1赛车此前主要通过车身上部的各种扰流翼片来获得下压力，同时也通过平整的底板(Floor)和车尾扩散器(Diffuser)的作用，使车底的空气流速高于车体表面的空气流速，从而获得负压效果（车底气压更低），产生另一种类似于“吸力(Suction)”的下压力(Downforce)。

但为了减少前车气流对后车的干扰，2022年外观大改的前后翼片对气流的梳理能力大幅降低，下压力的产生也显著减少；为了维持F1赛车作为世界综合速度最快的场地赛车这一级别和地位，如何才能重新获得足够的下压力？答案就是强化利用“地面效应（GroundEffect）”。

2022年F1赛车的底板拥有两个类似凹槽的通道。这两个通道若从侧面看，呈两边高中间低且类似波浪的曲面形状。这个通道在业界有一个专业名称，叫“文图里管（VenturiTunnel）”。

根据文图里管工作原理，当空气从赛车前端进入车底时，由于中部空间骤然压缩、后端空间又再次敞开，空气流速因此显著提升，赛车中间底部的气流速度明显高于赛车前后两端，这一区间的负压对于赛车而言也就变成了一种“吸力”，下压力也由此产生。

为了增强“地面效应”，2022年F1赛车在车尾安装了巨大的扩散器（Diffuser）。这样做的目的就是增大“文图里管”的尾部空间，提升车底空气的流速，从而形成更大的下压力。

如此一来，今年的F1赛车产生下压力的主要途径，便由原来的车体表面空气动力翼片，转为通过“文图里管”原理来实现的地面效应，这是F1运动约40年来的第一次。

这一改变，到底能否改善弯道中的跟车和超车？红牛车手维斯塔潘在巴塞罗那测试后表示有一定效果——后车下压力损失减少、车辆也更好控制了。

"Youdon'thavethisweirdlossofdownforce.Itallseemsalittlebitmoreundercontrolandthecarsarefine."——MaxVerstappen

而法拉利车手勒克莱尔则描述得更加具体，他说从贴近前车3秒到1秒的区间，跟车情况明显改善；从1秒到0.5秒和去年差不多；0.5秒以内则好很多。

“I’llsayfromthreesecondstoonesecondbehindthecarinfront,youactuallycanfollowcloser.Thenfromonesecondtofive-tenths,Iwillsayit’ssimilartothefeelingIhadlastyear(whenfollowingcars).Andthenfromfive-tenthstoextremelyclose,itismuchbetterthanlastyear.”——CharlesLeclerc

但是，取消尾翼的独立端板、弱化尾翼的空气动力学作用，也在一定程度上降低了赛车在直道上使用DRS（可变尾翼）的实际效果。加上“地面效应”产生的气流比较贴近于地面，所以在今年的比赛里，我们可能会发现赛车在大直道上紧跟前车打开DRS后获得的“弹弓效应”没有以往明显。除此之外，车队们在巴塞罗那冬测中还发现一个在风洞模拟和CFD计算中未能提前预计的问题——海豚跳（Porpoising）。

所谓“海豚跳”只是一个形象的比喻，意思就是赛车在直路上高速行驶时，会像海豚在海面畅游时那样上下反复跳动；而在圈内，大家通常称其为“Bouncing（弹跳）”。

从原理上简单解释，“海豚跳”是因为随着下压力的增加，车底离地间隙逐渐减小；当这一间隙减小到一定程度后，车底空气失速(Stall)，地面效应无法产生。当地面效应失去后，赛车下压力急剧减少，致使车底离地间隙重新变大，空气恢复流速，地面效应又一次产生，下压力再度增大...这个过程循环往复，造成赛车产生像“海豚跳”一样的上下反复跳动。

一般来说，低频率的“海豚跳”影响不大；但如果是高频率的“海豚跳”，则会严重影响赛车的速度和车手的操控。

“海豚跳”的解决途径，首先是抬高底盘的离地间隙，但这会大大影响“地面效应”的产生，从而影响赛车速度，所以是最治标不治本的方法。另一方面，则是对悬挂系统和赛车底板进行细节设计的优化，通过调整底板边缘翼片对于气流的梳理来形成有益的底板涡流，阻挡外部乱流对于车底气流的干扰。再者，还可以把“地面效应”的产生过程控制得更加渐进，而不是下压力突然变大从而导致离地间隙的剧烈变化。从巴塞罗那测试中气流成像对比来看，迈凯轮对于侧箱和底板侧面气流的梳理更加有效。

“海豚跳”也许会是这个赛季贯穿始终的讨论话题。即使车队在揭幕战巴林站解决了这个问题，也不代表“海豚跳”在其他赛道都能迎刃而解，特别是类似于摩纳哥蒙特拉罗那样路面相对不太平坦的街道赛道。各大车队如何避免或是最小化“海豚跳”带来的负面影响，我们拭目以待。

虽然今年的赛车主要通过车底的地面效应来获取下压力，但车体表面的空气动力设计同样重要，因为这关乎赛车高速行驶中的气流梳理，以及发动机、刹车等重要部件的通风冷却效率。

在测试中，我们发现今年F1赛车的侧箱(Sidepod)设计出现了两种截然相反的风格，一种是法拉利车队的“极宽”侧箱，另一种则是梅赛德斯奔驰的近乎“无”侧箱。

法拉利的宽大侧箱，使得气流主要经由车体上表面被引导至尾翼，而且几乎没有发生气流的下洗(Downwash)。

法拉利F1-75的侧箱设计，说明车队对于经由车底产生足够下压力很有信心。但同时领队比诺托也表示，如果这一设计逻辑在实际比赛中被证明是错误的，那他们依然可以及时缩窄侧箱尺寸。看来，法拉利的宽体侧箱设计就是出于空气动力学的考虑，而非完全因为安置赛车零部件的机械需要。

相比之下，奔驰W13赛车则走在另一个极端。从巴塞罗那的“窄”侧箱到巴林的近乎“无”侧箱，奔驰W13的激进设计再次成为整个围场的焦点所在。

相比起法拉利F1-75的侧箱设计，奔驰W13侧箱对于空气动力的设计逻辑要复杂得多。

W13赛车极大地利用了康达效应(CoandaEffect)来形成一个空气斜槽(AirChute)，使附着在侧箱上方的气流被引导至底板上方边缘以及尾部扩散器。

通过这样接近极端的设计，奔驰希望能够最大程度降低空气阻力系数，增加空气在底板上方“整体性流动”的效率；同时，还可以有效提升底板表面气流和车底文图里管内气流的压力差异。

奔驰W13比法拉利F1-75更加重视侧箱和底板在空气动力方面的作用。奔驰希望通过加强底板表面及边缘涡流与车底高速气流之间的互动，来影响下压力的有效形成。但是这种激进的“无”侧箱设计也在一定程度上牺牲了车体内部空间，从巴林测试来看，W13增加了两条十分显眼的百叶窗栅用以通风散热，并且把一部分部件安装在相对高的位置。

除此之外，奔驰车队还有一项“脑洞大开”的设计——后视镜；他们把后视镜安装在侧箱防撞结构上，同时设计成引导气流的空气动力组件。

对此，法拉利领队比诺托用有点开玩笑的语气承认并未充分考虑后视镜的空气动力学作用，他们认为后视镜就是用来看后面的。

"Onthemirrors,I'mmoresurprised,itissomethingwewerenotexpecting.Inthepast,wesaidthemirrorsshouldhavenoaeropurpose.TheyshouldbetherejusttolookbehindandIthinkthewaytheydesignthecarshasasignificantaeropurposeinthemirrors."——MattiaBinotto

奔驰的“创新”设计确实引来很多关注，其中也包括FIA。激进的“极窄”侧箱以及有空气动力作用的后视镜是否符合FIA相关规则，显然还要面对更多的讨论。不过根据Motosport.com的报道，在本周二进行的F1技术顾问委员会(TechnicalAdvisoryCommittee)会议中，奔驰的后视镜设计目前被认为是符合规定的。

而在巴林测试的最后一天，另一大车队红牛也对RB-18赛车的侧箱进行了明显的升级。

升级后的RB-18侧箱变窄，底板表面空气流动的空间因此变大。另外，侧箱表面增加了一个凹槽，目的就是形成一条能使气流被引导下洗至车尾“可乐瓶”区域的流动通道。虽然2022年F1赛车主要通过“地面效应”来获取下压力，但各大车队还是想尽一切办法改善车体表面空气的流动方式和路径，从而辅助产生更多的下压力。

升级后红牛底板边缘涡流的产生

另外，红牛RB-18还调整了底板前端进气口翼片的形状，同时将进气角度向内微调。这样做同样是为了更好地形成底板边缘的有益涡流，阻挡住外部乱流对于车底下压力形成空间的扰乱，并在一定程度上减少“海豚跳”的危害。

红牛RB-18赛车的升级成效在巴林测试中立竿见影，维斯塔潘在第三天获得最快圈速。各大车队关于空气动力装置的设计逻辑，在官方测试之前主要还是基于风洞测试和CFD计算的模拟结果。其中，奔驰和法拉利关于侧箱的设计走在两个完全相反的极端，而红牛的侧箱在理论上更加实际、合理和实用。但需要再次强调的是，这些空气动力学设计理念孰优孰劣，还是要通过实际的比赛才能看出效果。

提到新赛季的赛车变化，不能不谈的还有轮胎。2022年F1赛车的轮胎内径尺寸由原来的13英寸增大为18英寸，另外还增加了轮毂罩以及相应的扰流翼片。

F1增大轮胎尺寸并且增加轮毂罩，其中一个重要原因也是为了减少前车轮胎产生的乱流对后车的影响。根据计算机软件模拟再现，目前18英寸轮胎在加上轮毂罩后，所产生的气流对于后车更为干净有利。

F1的18英寸轮胎意味着这项专业的赛车运动相对更接近民用车规格，这将有利于轮胎供应商能在体量更大的民用车市场共享专业赛车的研发资源和科技成果。

但是轮毂变大变重（簧下重量增加）且轮胎胎壁(Sidewall)变薄，也将导致其吸震能力相应降低、运动惰性随之变大，赛车悬挂系统和刹车系统的工作负荷都将增加，这对车队调校并优化悬挂和刹车系统都提出了更高更新的要求。

而对于车手来说，轮胎尺寸和重量的变化自然会影响操控感觉，而轮胎表面的扰流片也需要车手在视线上加以适应。

轮胎变化能否提升F1的观赏性，还要等到实际比赛才能知晓。但目前我们至少可以看到，新的轮胎看上去还是挺酷的。而且从目前的数据看，新的倍耐力F1轮胎磨损速度较以往有所减缓。

另外，2022年F1赛车的最低限重从去年的752公斤上调为798公斤。这是由于轮胎尺寸变大之后，随之而来的轮毂变重、悬挂变硬、底板结构更加复杂等因素，导致赛车增重明显。更重的赛车，意味着赛车灵敏性降低以及相对更难操控。

在以往的F1比赛中，通常会出现赛车低于最低限重的情况，车队一般通过压舱物(Ballast)来使重量达标。但在这个赛季，红牛赛车却超重明显，他们还需要为减重而继续努力。

值得一提的是，这个赛季预算帽的限制，同样是导致车队减重困难的原因之一，因为赛车轻量化研发是一项开销巨大的工程。

这个周末，被人们广泛讨论的2022年F1赛车就要在巴林沙基尔赛道迎来真正考验。F1赛事这场划时代的变革到底实际效果如何，2022年会否成为F1发展历程中不可磨灭的重要节点，让我们携手广东体育频道的精彩转播，从巴林站开始一路见证历史并揭晓答案吧。