????好久沒(méi)寫(xiě)技術(shù)專欄，手有點(diǎn)生了……

????因?yàn)槲也皇羌夹g(shù)專家，所以下面寫(xiě)的東西難免會(huì)有錯(cuò)漏，望各路大佬不吝賜教，有什么想討論的也歡迎在評(píng)論區(qū)留言。

????如果喜歡我的專欄不妨點(diǎn)個(gè)三連加關(guān)注，比賽周賽后分析，非比賽周末新聞/雜談持續(xù)更新中~? ??

????要弄清楚S-duct到底是個(gè)什么東西，我們得先整明白這玩意兒到底設(shè)計(jì)出來(lái)是為了解決一個(gè)什么問(wèn)題的，所以得先講講有點(diǎn)枯燥的空氣動(dòng)力學(xué)科普。

????首先，根據(jù)伯努利方程和能量守恒，我們需要知道一個(gè)最基本的規(guī)律——?dú)饬髁魉僭娇欤瑝簭?qiáng)越小。

????然后，我們假定有從無(wú)窮遠(yuǎn)處吹來(lái)的勻速“自由流”，在此氣流流經(jīng)某一平面時(shí)，我們可以觀察到一些有趣的現(xiàn)象——其中一個(gè)就是接近平面的氣流速度幾乎為0，而越遠(yuǎn)離平面表面的氣流速度會(huì)越高，直到接近無(wú)限遠(yuǎn)處的“自由流”速度。這個(gè)氣流速度降低的“薄片”區(qū)域被稱之為邊界層。邊界層的厚度隨流經(jīng)平面長(zhǎng)度的增加而加厚。

????邊界層在剛產(chǎn)生時(shí)基本上是層流，隨邊界層的加厚，層流會(huì)轉(zhuǎn)變成湍流，由于湍流速度存在脈動(dòng)分量，這個(gè)邊界層會(huì)進(jìn)一步加厚，沿平面的動(dòng)量損失增加，因此湍流的摩擦進(jìn)一步增大，對(duì)于一臺(tái)賽車(chē)來(lái)說(shuō)，阻力也會(huì)隨之增加。

????一個(gè)厚的邊界層不僅會(huì)產(chǎn)生更大的黏性摩擦阻力，同時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生氣流分離，這樣會(huì)導(dǎo)致更大的阻力并導(dǎo)致賽車(chē)翼型的下壓力減小，但湍流邊界層有一個(gè)好——這種邊界層的分離速度較慢。為了避免（或者說(shuō)減緩）氣流分離這一情況的出現(xiàn)，工程師們就利用上了S-duct這個(gè)小裝置。

????所以S-duct本質(zhì)上的原理在于對(duì)邊界層施加擾動(dòng)，使其轉(zhuǎn)入湍流，由于湍流邊界層擁有在遠(yuǎn)處仍然保持附著的趨勢(shì)，我們可以通過(guò)一些小的渦流發(fā)生器減緩氣流分離的發(fā)生，獲得阻力方面的收益。

????對(duì)于F1來(lái)說(shuō)，氣流分離發(fā)生的一個(gè)主要區(qū)域就在前翼。當(dāng)氣流流經(jīng)鼻錐下方的區(qū)域時(shí)會(huì)因?yàn)槟芰繐p失而減速形成湍流，前翼上表面和鼻錐支架內(nèi)表面會(huì)形成一個(gè)湍流發(fā)生管道，然后更要命的事情就發(fā)生了——產(chǎn)生的湍流會(huì)撞擊上面的拐角然后加速向下流動(dòng)，這會(huì)形成一個(gè)循環(huán)（圖中藍(lán)線區(qū)域），而此湍流則會(huì)向賽車(chē)后部流動(dòng)。

????這股湍流在向后移動(dòng)的同時(shí)會(huì)流經(jīng)turning vane和底板最前端的分流器，而我們根據(jù)常識(shí)就能知道，不可控的湍流會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)效果變差，在此區(qū)域的氣流越干凈（越貼近層流），其他氣動(dòng)部件中能夠榨取的性能就越多。

????為了使此湍流帶來(lái)的影響最小化，現(xiàn)代S-duct應(yīng)運(yùn)而生。

??? 先等等，說(shuō)到現(xiàn)代，那就一定有比較古早的S-duct設(shè)計(jì)了吧？

????是的，真的有。

????最早在F1上運(yùn)用的S-duct設(shè)計(jì)大約可以追溯到80年代左右，我們從Lotus Type 80的手稿中就能看到相似理念的設(shè)計(jì)，不僅有這個(gè)S-duct通道，而且柯林查普曼還專門(mén)設(shè)計(jì)了鼻錐用裙邊封住側(cè)面以提高下壓力（當(dāng)然這個(gè)設(shè)計(jì)還是地面效應(yīng)的產(chǎn)物，非常不穩(wěn)定），整體上講還是通過(guò)抽吸作用加速底盤(pán)下面的氣流通過(guò)，整個(gè)車(chē)底就變成了一個(gè)巨大的吸塵器，產(chǎn)生大量下壓力。

????之后最著名的代表性設(shè)計(jì)應(yīng)該就是F2008上的S-duct了，當(dāng)然需要注意的是，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)思路與現(xiàn)在的版本并不完全相同，F(xiàn)2008上該設(shè)計(jì)的作用更傾向于Type 80——即更多依靠這個(gè)“抽吸”作用加速鼻錐和前翼下表面氣流，提高前部下壓力。據(jù)某貼吧工程師的論述，F(xiàn)2008的車(chē)輛前端就是一個(gè)比較整體的擴(kuò)散器，這么說(shuō)直到現(xiàn)在他們的設(shè)計(jì)思路還在吃十幾年前的老本，真是讓人……汗顏……

????后來(lái)，自索伯在2012賽季把這項(xiàng)設(shè)計(jì)復(fù)活之后，我們總能零零散散的在不同車(chē)隊(duì)身上見(jiàn)到這個(gè)設(shè)計(jì)，不過(guò)整體考量與早前版本并不完全相同，一方面是現(xiàn)在的S-duct入口開(kāi)孔已經(jīng)很小，大多數(shù)甚至已經(jīng)開(kāi)在了鼻錐側(cè)面，對(duì)下壓力的追求已經(jīng)不那么要緊；另一方面，在考慮到提供下壓力的同時(shí)還需要盡量避免增加阻力，于是這一目標(biāo)催生了各種各樣的設(shè)計(jì)。

????對(duì)于中小車(chē)隊(duì)來(lái)說(shuō)，這個(gè)裝置的引入則要更晚一些，哈斯車(chē)隊(duì)的空氣動(dòng)力學(xué)主管Arron Melvin介紹說(shuō)，他們的S-duct在2019年才引入，“本質(zhì)上說(shuō)，我們通過(guò)兩個(gè)NACA管將這些‘臟空氣’（即湍流）吸入，避免湍流在車(chē)體下方暢行無(wú)阻，然后將它們從車(chē)體上方放掉，這樣就只會(huì)對(duì)駕駛艙附近和側(cè)箱上方造成影響了，這個(gè)損失比起讓低速湍流經(jīng)過(guò)主turning vane來(lái)說(shuō)要小得多?！?/strong>

????通過(guò)SimScale的CFD模擬演示，我們可以清晰地看見(jiàn)氣流在流經(jīng)前翼部分及S-duct內(nèi)部的走向示意圖——大多數(shù)氣流撞擊鼻錐之后會(huì)直接沿鼻錐上表面向后流動(dòng)，而那些不那么“聽(tīng)話”的氣流可以通過(guò)鼻錐側(cè)面的S-duct入口被吸入并從鼻錐上表面的出口排溢。

????入口設(shè)計(jì)成NACA管樣式主要是因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)能夠在兼顧氣流引入效率的同時(shí)盡可能的減小額外阻力。NACA管能夠在尖端部分的兩個(gè)邊緣（下圖中藍(lán)色區(qū)域）產(chǎn)生一組對(duì)向旋轉(zhuǎn)的渦流，降低該處的靜壓力，讓氣流更高效地被“抽進(jìn)”S-duct內(nèi)部。

????當(dāng)然，為了做到這一點(diǎn)，NACA管入口需要基本平行于氣流方向放置，同時(shí)應(yīng)該安放在邊界層相對(duì)較薄的位置。

????氣流出口的設(shè)計(jì)則要簡(jiǎn)單許多，因?yàn)樗淖饔貌⒉粡?fù)雜——給產(chǎn)生的湍流一個(gè)足夠的空間排出，確保其能夠沿著鼻錐方向向駕駛艙部分流動(dòng)即可。

????但值得注意的是，導(dǎo)管在鼻錐內(nèi)部的設(shè)計(jì)也有相當(dāng)?shù)闹v究，因?yàn)楸清F必須在內(nèi)部開(kāi)了S-duct之后還能通過(guò)FIA的碰撞測(cè)試，這給工程師們就增加了不少麻煩，或許這正是中小車(chē)隊(duì)實(shí)裝這一技術(shù)的時(shí)間比其他大車(chē)隊(duì)晚那么多的原因之一。

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