【技术】F1的吹气底板时代，大发展与终结
本文搬运自motorsport.com，作者Matt Sommerfield，两篇文章合成一篇了
如果你熟悉F1的历史，你就有可能发现一个奇怪的现象——有一些在历史上曾经被用过的设计，虽然它们在这项运动的发展中由于各种原因被扫进了历史的垃圾堆，但是很多年之后总会有人从这堆“垃圾”中刨出一些很有用的东西来，其中一个非常著名的例子就是我们今天的主角——吹气扩散器。
必须说明，利用发动机排出的废气提高扩散器性能并不是纽维独创的新招，这一招在上世纪80年代后期至90年代初期就已经大规模应用，该设计最早可见于1983年的雷诺RE40赛车（下图1），翻年著名设计师John Barnard（MP4系列的开山鼻祖，创造性地在F1中引入了碳纤维单体壳设计）在MP4-2上就跟进使用了几乎同样的设计（下图2）。
在此后的时代中，我们还能在1991年及以前的一系列赛车上见到同样的设计。
不过最早期的这些吹气扩散器远不像红牛在2010年重新引入时效果那么好：你们都知道，吹扩额外的下压力提升是靠废气输出带来的，而在引擎的电控系统还不那么发达的80年代，吹扩真的就是一脚油门下去才有下压力，这让当年的车手们苦不堪言——这一设计的引入意味着许多车手需要改变自己的驾驶习惯，甚至需要非常反直觉地控制油门，因此到了90年代，在各种电子系统大行其道，威廉姆斯开发出了效果比先行者们有大幅提升的主动悬挂之后，车队们就开始把注意力转向其它地方（至少车手不用提心吊胆地控制油门了），早期吹扩的设计也随之逐渐淡出了人们的视野。之后吹气扩散器沉寂了相当长的一段时间，直到2009年一个设计师再一次把这个东西从垃圾桶里找出来。
纽维通过把排气管从车身上方移到车身下方重现了当年的经典设计，而在测试之初他们甚至还通过在原来的排气管出口位置贴上贴纸来掩盖他们的真实设计（上图），当然，和预想中的一样，当其它车队看到这一设计在空气动力学上带来的好处时，他们纷纷开始选择效仿。
但真正帮红牛在其他竞争对手面前确立更大优势的还是他们的引擎供应商雷诺，这家法国厂商按照红牛的要求调整了引擎的输出mapping以确保在车手松开油门的时候排气管中也会有足够的废气排出，因此早年间的吹气扩散器的问题也得到了解决——现在它们在车手刹车/驶入弯中时也能提供足够的下压力了。
FIA显然也看到了这个设计的巨大优势，但这也和他们的想法相悖，于是他们打算在2011年修改排气管出口位置的相关规则以确保吹气扩散器被禁止……
事实证明这个所谓的“禁止”计划极为失败，因为车队们迅速找到了至少3种方案来应对这个问题，于是在2011年，我们看到了花样更多的通过废气提升气动效率的排气管布置，包括一些非常“狠辣”的设计，例如当时还叫雷诺的莲花车队（黑色那个，不是绿色那个）直接把排气出口扔在了侧箱进气口下面（下图示），这一设计当时被称为FFE（Forward Facing Exhaust），能够产生足够的高能气流封住一些底板下面的乱流以提高赛车性能，莲花车队的测试显示这样的设计对油门开度变化是最不敏感的。
除此以外还有迈凯伦的“扇尾”方案（下图示），这一设计能够让尾气顺着开槽边缘向下流动，形成一个封闭底盘的气流侧裙，和莲花车队的手法相似。这些方案被各车队证明都是极佳的下压力找补方式，而且都是最适于自家赛车的方案。
红牛的方案则是最简单的：他们回到了最早期的设计，把排气管出口扔到了底盘下面，这一新的设计被称为馅饼式排气管（pancake exhaust），尾气会直接吹向后轮内侧和扩散器外沿之间的区域，对这个区域来说引入的这支高速气流能够有效地减轻轮胎产生喷射涡的问题。
由于红牛这一方案的简单易行，所以很快招致了其它车队的抄袭借鉴：
很显然FIA还是不可能放任你们继续这么整下去，随后他们就又找到了新的攻击点——发动机是在没有车手操作的情况下被自行驱动的，这显然也与技术规则相抵触。看上去往这个位置吹冷气流对于FIA来说是能接受的最后边界，这个方案在结合部分闭缸技术，将引擎转化为纯粹的气泵的前提下是可以实现的。
之后车队们还是忍不住技痒尝试了热吹的方案，包括延时点火和干扰扭矩映射一类的手段都被应用到了引擎的电控系统中，从而获得更大的优势。热吹方案其实在相当长的一段时间内是难以投入实际应用的，因为这样的操作不仅会带来额外的燃油消耗，而且容易损坏引擎，但如果使用得当，热吹方案带来的优势将是巨大的。
这下就过分了，FIA发现自己又变成了傻子。
于是这一次他们打算动真格的了，借“在这项技术的应用中，油门踏板已经不再只是扮演着控制功率和扭矩输出部件的角色，而是变成了空气动力学部件的一部分”这一理由直接在季中禁止了吹气扩散器的使用，同时规定当车手在松开油门踏板时，引擎的节气门开度不得大于10%，这样能够有效的防止车队通过特殊的引擎设定，让车手在松开油门踏板的同时，引擎继续向扩散器输入接近100%的废气。这一禁令本来应该在西班牙站就正式生效，但由于时间太紧以及一些车队的反对将其推迟到了7月的英国站生效（然后法拉利就夺冠了……），最后这些规则写进了2012年技术规则的5.5节以及5.6节。
在6月中旬TWG举行的专项会议中，FIA和车队们还达成了共识，即在第二年的赛车上只能使用“上出式”的排气管，从几何尺度上规定了排气管出口的布置位置，并且限定了排气管的外露段直径、倾斜角度等一系列参数（2012年技术规则第5.8节），希望车队们从底板吹气这个方向上收手。
单纯从原始意义上的吹气扩散器上讲，FIA这次的限制是做得非常成功的，但他们肯定想不到技术团队们又找到了其它的代替手段……
吹气扩散器虽然死了，但它的精神永存：车队们显然不会放过这个实惠又好用的东西，他们继续在这个区域耕耘，并且又一次绕开了FIA的限制（真是悲哀），这一次车队们找到的方案是康达效应（Coanda effect，简单讲就是射流会有紧贴壁面流动的倾向）。
之前在2010赛季回顾当中提到过，最早找到这个方案的是当时还在迈凯伦任技术总监的Paddy Lowe，他们从2010年后期就开始探索这条路径并且最终在2012赛季派上了用场。迈队在MP4-27的排气出口外整了一个吊舱一类的东西，挖出一条气流通道（如下图示），这样从排气管高速排出的气流就能拉走附近的气流，同时改变高能量的废气流动状态。
这个设计同样会让气流导向轮胎内壁和扩散器外沿之间的区域——最终达到的效果和2011年的吹气扩散器基本一致。而迈凯伦领先其它车队的一个地方就是他们的设计方案中最关键的一点——新建的这一气流通道是完全在悬挂侧箱上的，排气出口也是集成在侧箱中的，因此侧箱侧面的气流仍然可以顺利流向可乐瓶区域。
但有些车队显然抄作业没抄明白。以索伯为例，他们的新方案中气流通道变成了一个斜面（此方案也因此被称为full ramp方案），从排气出口一路导向了底板（下图红色箭头所示），这会直接影响到侧箱流向可乐瓶的气流——最终的结果就是有些不伦不类，可乐瓶区域的作用和希望用到的Coanda效应效果都减弱了（希望你们都知道可乐瓶设计大概是用来干啥的）。
纽维很快就明白了迈凯伦的思路。这位前迈凯伦设计师认为自己老东家的这个解决方案“不够优雅”，而索伯那套方案更不合适因为红牛非常需要保持住可乐瓶区域的作用。于是伟大的纽维同志开发出了一套略显复杂但优雅，最重要的是非常有效的方案，当然同大多数伟大的设计一样，这个方案经过了无数次修改才最终成型。
第一版的设计比较简单，他们的排气出口就是从侧箱后面开了个洞，气流一样可以紧贴侧箱壁流动，完全不影响可乐瓶区域的功能。这个温和的设计方案贯穿了几乎整个冬测，不过和RB6第一次装吹扩时在常规排气管位置贴的贴纸一样，这也是一个障眼法。
第二版设计（应该也是第一个正式版本的设计）终于在冬测的倒数第二天装车，这次可以看出红牛使用了类似索伯的方案，但红牛还是做了相当的改进。比如开槽直接拉到了侧箱和底板的交界处同时在底板上设置了新的气流通道让侧箱侧面的气流避开排气管排出的废气。这个方案很好地避开了索伯在初期设计中发现的四不像问题，但是在赛道上又出现了新的麻烦——在入弯时这个凹槽会让车辆的表现不太稳定。但红牛的整个设计团队都认为这种方案才是正确的解决之道，这也引起了他们在之后对这个方案的改进浪潮。
于是红牛在后期大力沿着“把两支气流通过物理手段分隔”的方向继续研发。虽然在2012年的规则下大多数车队的设计都被限制成了这样的开槽式（无论是迈凯伦的单独吊舱还是红牛/索伯的整合式开槽），但红牛仍然搞出了好几组不同的设计（下图所示）
而红牛在探索这些不同的解决方案时也遇到了一定的瓶颈，于是在当年中国站时瓦特尔换回了季前测试时使用的第一版排气布置方案，他认为这能够帮助他更好地找到问题出在哪里，也能帮助车队红牛收集到一些在赛道上真刀真枪干起来的时候的数据以作出后续的研发改进
在红牛的下一个版本的解决方案中，他们在底板上开了个洞（开洞被认为比开槽的效果更好），这成为了当时一个相当大的争议，因为这可能违反了当年的技术规则3.8.4，除此之外红牛还把下层气流通道又往内侧移了一些（图中右为初版设计）。
此后，红牛进一步优化了下层气流通道的设计，而这意味着他们需要把整个侧箱外壳包括排气管的位置全部重做一遍。除此之外，排气管出口位置的包裹也被推倒重做，更大的包围意味着红牛可以把营造下层气流通道的隔断放到车身“内部”（大图，小图为第二版设计）（译注：这实际上可以看做纽维还是向迈凯伦的思路靠拢了）
到了这个阶段，红牛终于解决了他们的赛车尾部不稳定的问题，车辆在刹车区和弯中的表现更可控了。同时这也意味着红牛在此区域的继续开发就可以追求额外的性能提升而非查漏补缺，红牛因此进一步改进了排气管出口和下层气流通道的外形，雷诺也带来了一套全新的软件让红牛赛车的尾气气流更加稳定。在下图中可以更清晰地看到红牛的设计是如何将两支分工不同的气流分开的。
后期红牛还发现了新规下的排气管出口布置带来的羽流（plume）产生的有害作用。为了柔化这一羽流带来的涡流，红牛应用了亥姆霍兹共振腔一类的技术（译注：不好意思这东西我实在一点不懂，看上去这个是拿来消除共振的，希望来个大佬科普一下-_-||）
从以上部分的介绍中不难看出红牛为了解决新排气管布局带来的问题做出的巨大努力，当然，这并不代表其它车队就会安于现状睡大觉。
索伯是中小车队中一个极好的例子——他们没有能力像红牛那样拼命研发不同的版本，因此在短暂地探索了类似红牛的full ramp+物理分层通道方案之后他们选择了一个更简单的解决方式：抄来了迈凯伦的吊舱设计……
法拉利……
唉，这段我实在不想写，但人家原文都写了我还是得搬过来。
法拉利在这个赛季走出了一条比较“创新”的道路，即大名鼎鼎的acer管。
当然这东西一开始效果奇差，一段时间之后法拉利才意识到问题——由于设计上的某些问题，最早的acer管是直接对着轮胎吹的，于是排气管摇身一变化身热风枪，轮胎很快就开始热衰竭。之后他们在巴塞罗那的第二轮冬测中带来了改进（下图所示）
在赛季正式开始之后，法拉利还尝试过至少两个不同版本的新排气管设计，不过在加拿大站中他们还是用上了迈凯伦那样的常规方案，这个版本也是效果最好的（译注：在此特别感谢b站up主@ zero灬高佬斌 提供的高清视频资料）：
（译注：但法拉利那个赛季的车辆问题远不是一根acer管带来的……这个在后面我写2012赛季的回顾的时候再说吧……）
除了迈凯伦，“改邪归正”的索伯和法拉利之外，印度力量、小红牛和卡特汉姆都采用了这样的吊舱式设计，MGP、莲花和威队则走了另一条路（本文中没有提及），只有红牛在full ramp设计的这条道路上坚持了下来并且最终开花结果，玛鲁西亚当时也采用了类似红牛的设计但是受限于车队规模也没有办法继续深挖。当赛季唯一一个乖乖按照FIA希望的，一点都没用上尾气提高气动性能的就是一直非常惨淡的HRT……
尾声
但FIA并没有选择在2013年再次对这个方案动刀，一方面是2014年就已经确定要引入规则大改没必要再折腾各支车队，另外一方面是小车队实在是没法再烧钱继续跟进研发了。等到了2014年F1重新引入涡轮之后，排气管的位置就被扔到了赛车的中心线上，有关吹气底板的问题也就此宣告终结了。
帕迪洛维日后回忆起这段日子时称这可能是F1在V8时代最激动人心的时光之一，“我们真正做到了让赛车在一整圈里不松油门跑完，虽然不是在全扭矩的状态下——但全油门已经足够了，老实说我至今都没想明白FIA为什么把这种东西视为害虫”，我相信一些设计师和他也有同感，不过FIA显然不会和这帮技术疯子共情，而且车队能够提供的预算也不见得能进一步支持他们（无论是引擎的电控研发还是物理层面探索不同的排气布置方案）的军备竞赛了，只是FIA自己可能也没想到事情到了后面就越来越不对劲了……
