作者 —— 咖加用戶：小棉襖的好朋友

【本文譯自JALOPNIK，作者Elizabeth Blackstock。圖片來自原文和互聯(lián)網(wǎng)】

因成本和環(huán)保的原因， F1一直在考慮在賽車研發(fā)過程中禁止或至少嚴格限制風洞的使用。但要真正理解這個決定，你必須對風洞試驗有所了解：它的重要性，歷史，用途等等。

風洞歷史

曾經(jīng)有一段時間，在賽車領域沒有人知道空氣動力學是什么，而是去制造可以承載強大引擎動力的最輕的底盤。直到 Colin Chapman意識到如果在車上安裝一個倒立機翼，就可以通過氣流把汽車"粘"在地面上。

隨著技術在整個70年代和80年代的不斷進步，一種更規(guī)范的研究形式對于確定空氣動力學變化的影響至關重要——風洞試驗。

第一支在F1中使用風洞的車隊是1963年的Brabham，直到20世紀80年代風洞試驗才成為標準。

風洞試驗的目標就是確保接觸賽車的每一絲氣流都得到優(yōu)化，用來提高性能。

工作原理

風洞本質(zhì)上是一種管道狀的試驗設備，用非常大的風扇使強氣流通過車身，用來模擬賽車周圍氣體的流動情況，并分析氣流對車身的作用效果。

風洞有兩種形式。第一種是直流式風洞，它有一個通向外界大氣的空氣入口。第二種是回流式風洞，它可以防止外界的影響，從而提供更均勻的氣流。沒錯，F(xiàn)1車隊使用的是回流式風洞。

回流式風洞實際上是將直流式風洞首尾相接，形成封閉回路。氣流在風洞中循環(huán)回流，既節(jié)省能量又不受外界的干擾。這種風洞的氣流速度是靠風扇的轉(zhuǎn)速來控制的。為了研究F1賽車，一隊技術高超的模型制作者會制作一個賽車的比例模型，通常是實際賽車尺寸的50-60%。這個模型被放置在風洞中的實驗段。

風洞的驅(qū)動系統(tǒng)或者叫主風機，如果選用單個大風扇，產(chǎn)生的湍流更少，而且比多個小風扇同時工作要高效得多。風洞的洞壁設計應盡可能平滑，以防止氣流中出現(xiàn)任何不必要的干擾。每個拐角設置導流片引導空氣流向，這些導流片的設計同樣是為了盡可能少地干擾氣流。

風洞本身還有一些值得注意的地方：

實驗段或者叫測試段，將汽車固定在一個測試臺上，測量由風產(chǎn)生的下壓力或升力。這里是風洞最窄的地方，使氣流加速到所需流速；

驅(qū)動段或者主風機，風通過風扇的地方；

擴散段，是隧道中逐漸變寬的部分，有助于減緩空氣流速，使其更容易引導氣流；

穩(wěn)定段，試驗區(qū)前的風洞部分，空氣通過蜂窩狀整流網(wǎng)，將氣流重新定向到一條預設的直線上；

換熱器位于回路內(nèi)的某個地方，以防止空氣流動引起的升溫導致的氣壓變化；

實驗段本身也由幾個不同的部分組成：

一個或兩個固定汽車的長臂；

汽車下面的滾動路面，它與風速相匹配，防止空氣在路面上的粘滯力引起的測試不準。

數(shù)據(jù)采集

賽車的設計目標非常明確：以最高效的方式破風，以便能跑得更快。設計一輛汽車不可能只考慮一點，所以某些部件被設計成以最小的干擾將空氣帶走，而其他部件，如前翼，則被設計成將氣流引導到其他地方，以增加賽車下壓力或速度。

那么如何知道實際效果呢？有幾種簡單的方法，但基本上都依賴于空氣流動路徑的可視化方法。

如果你曾經(jīng)看過F1賽車上涂有熒光漆，那就是空氣流動可視化一種具體方式。

這種熒光漆叫做flo-vis，它顯示了空氣是如何在汽車表面流動。

而其他形式的可視化包括：

絲線法：與汽車風向一致的毛線或毛絨。

皮托管，測量靜止空氣和流動空氣之間的差異。這些由大量Kiel探針組成網(wǎng)格狀物體固定在賽車上，被稱為空氣耙或者尾流耙?？梢詼y量前輪，擴散器，側(cè)箱后的氣流，通過一系列的數(shù)據(jù)繪制云圖，對比數(shù)值計算、風洞和實測數(shù)據(jù)的差別。

煙流法：煙霧可視化。往風洞里釋放煙氣，你就可以看到它在車上流淌的樣子。

粒子圖像測速法，這是一種更先進的煙霧可視化形式。在這種情況下，煙霧的密度與周圍空氣的密度相同，啟動風扇，直到整個風洞充滿煙霧。拍攝照片并將其輸入計算機，就可以在煙霧粒子經(jīng)過汽車時對其進行分析。比較兩個或更多的圖像，你可以看到不同或相似之處，這有助于預測在比賽環(huán)境中空氣的流動狀態(tài)。

除了直接的氣流測試，F(xiàn)1車隊還能夠重現(xiàn)賽道條件，比如用來分析賽車在巴西和法國賽上的表現(xiàn)差異。目標就選出合適的部件，進行測試和分析，為下一季比賽做準備。

爭議所在

目前，在風洞問題上還存在著相當大的爭議。風洞的建造成本高達數(shù)千萬美元，而運營成本則高達數(shù)百萬美元。有些車隊承擔不起自有風洞的成本，不得不使用另一支車隊的風洞，而另一些車隊卻可以有兩個或者更多的風洞。在風洞中測試賽車很貴很貴，而且能源消耗也很驚人。在2009年開始實施限制之前，F(xiàn)1車隊每天都會進行風洞測試。

而通過更有效地使用計算流體力學（CFD）是可以減少風洞測試時間的，CFD是一種數(shù)值計算方法，可以在計算機中輸入汽車的所有尺寸，通過程序計算汽車的預期性能。CFD軟件一直在發(fā)展，所需的工作量、資金和物理空間相比風洞測試都要少得多。

在未來幾年會逐步減少風洞測試的時間。目前來看，模擬測試手段將從風洞轉(zhuǎn)向更全面的數(shù)值計算。