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F1 2026动力新规技术详解【方程式漫谈】

2022-08-20 14:45 作者:Chester117  | 我要投稿

F1 2026动力新规总算是定了下来,宣传上都是啊绿色环保减少碳排放,增加混动比例。但仔细看看这套新版的技术规则,让我感觉着实很别扭,最先进的技术如MGU-H被砍掉,内燃机的功率被限制到只剩下500匹!这还不如当年真正的GP2 engine呢。所以这很明显为了照顾现有车队和潜在新厂商,各向妥协的结果,强扭的瓜到底甜不甜呢?


这里的单位可能稍微有点乱,主要还是考虑到大家一般讨论动力组功率的时候,用马力(hp)更多更直观一些,但是规则其实都是以千瓦(kW)来规定的,而且一旦涉及到能量的计算,那必然是用kW更加方便(1 kWs = 0.001MJ),这里需要转换一下单位(1kW=1.35hp)

当然还有涉及到英制马力公制马力... 这里就不深挖了


2026规则几个大的变化:绿色燃料,减少燃油量,大幅度减弱内燃机,增强MGU-K,砍掉MGU-H。

大家最关心的肯定就是:总体算下来会不会动力更弱?不幸的消息简单说就是:动力会大幅度减少。现在F1的动力规则中,内燃机占850匹左右,MGU-K电机占160匹,新版规则中变成了500多匹的内燃机,470匹电机,保持了和现在差不多的1000匹峰值输出。

电机的输出功率都有规定的上限所以可以有准确值,而内燃机的功率都要取决于热效率以及燃油LHV,所以仅为估算

但是干掉了MGU-H,这是让我感觉非常可惜的。这个部件不太起眼,但它既能够避免涡轮迟滞,给混动系统提供大量的能量,还能够允许短暂地打开泄压阀,进行最高功率输出,更是把F1的动力单元的热效率,提升到史无前例的52%,相比于百分之三十多的民用汽油机,这简直高效的可怕。 

那MGU-H既然这么牛,为啥把它给砍了呢?答案是为了降低成本,降低技术难度,和提升道路相关性,让更多的厂商愿意进入F1。MGU-H这项尖端技术,又贵,又难做,在最高性能的赛车上才能发挥价值的它,城市里走走停停的民用车,可以说是毫无用处。8年过去了,除了未来几辆梅奔之外,还没有任何进入常规民用车的迹象


为了能够有更激烈的竞争,只能去放弃一部分技术的先进性,MGU-H的去除会让本来已经完全解决的涡轮迟滞问题再次回归,不过这应该更加考验车手们对车辆的控制,在非抓地力限制的情况下,涡轮介入时的动力激增,也许不是光靠电机补偿低转速扭矩就能搞定的,甚至我们有可能看到塞纳的油门脚法回归?

塞纳的神奇油门脚法

MGU-H的去除,给更多厂商进入F1铺平了道路。但如果慢成GP2 engine,有保时捷和奥迪又能怎么样呢?那我们就来看看,新规下到底少了多少动力?

最大的变化是燃油流量的降低,并且控制方法变成了限制能量速率,这意味着内燃机可用的能量上限大幅度下降,同时也意味着增高燃油能量密度,会是26年后这些石油厂商卷起来的地方。内燃机由现在的850匹马力左右,下降到只有500匹左右。但是电动机方面,有不少的提升,由现在的160匹马力限制,提升到了470匹马力,所以加起来总数是差不多。但这只是峰值动力输出,我们要是看能量的话,能够发现,新规下一圈里可以用的能量,只有现在的75%不到,可以说是少的可怜,具体的计算我放在了另一个视频,但这是不是意味着,F1就要变成龟速爬行了呢?

现在动力单元MGU-K的输出因为MGU-H没有能量限额,所以其实比较难以估算,我没有找到可靠的数据给出一圈内MGU-H能够回收多少能量或者瞬时功率是多少,所以就假设所有油门全开的阶段,MGU-H以及电池能够支持MGU-K为满功率输出,这样计算出来一个理论上限。同时2026新规的热效率也没有一个准确的估算,这里暂且用40%的热效率来代替,算是一个保守估计

也并不是这样

新规下一圈回收限制提升到了9MJ,比之前翻了一倍多,但是电池容量还是限制在4MJ,而且不像之前能够利用MGU-H,在中途直接无限量给MGU-K供电,新规下也没法反过来,利用MGU-H把多余回收的动能绕过限制,存回电池中。

意味着从电池来的9MJ是唯一的能量途径,加上电池里还有的存货,MGU-K自己能回收多少,就能输出多少

没有了单圈输出能量总额限制,只有功率卡在350kW,所以排位中飞驰圈加上电池里的4MJ,一共能有13MJ的电能,37秒左右的满功率输出。

(当然不会一直全功率输出,MGU-K的输出并不是一定要非零即一,车队会根据不同的赛道,去计算最佳的输出时机。)

但绝大部分情况肯定到不了这么多,以阿塞拜疆赛道为例,

(后轮不装刹车纯回收,刹车平衡50%,今年的车辆性能,车重800kg来算的话)

一圈下来所有刹车区动能变化量,才只是刚刚好到9MJ,绝大部分的赛道只有5-7MJ可以用,这还没算回收损耗。


我们从本田RA617H的数据里,能够看到车队够利用内燃机的输出,来找回一点能量,但总之新规对车队的混动算法,肯定会是一个很大的考验,如果没有能量的话,像今年巴林站勒克莱尔充不上电,直线上差着200多匹马力那绝对就是坐以待毙,

等会儿为什么是200匹?

这是因为新规虽然提高了最高功率,但反手又加了一条随速限制:在300kph以上,MGU-K功率限额就开始线性下降,340kph以上后只允许恒定的150kW,这基本上就是摆明了,在说2026年的车辆技术规则,将会允许主动气动,会在直线上大幅度降低风阻。意味着就算一圈 只有43MJ的能量限制,不需花太多能量在vmax克服大量风阻的话,圈速也就不会下降太多。

因为毕竟现在的F1赛车,只从阻力系数上来看的话,气动特性跟一块砖头差不多。这到不是说工程师们想这样,只是因为规则的限定,和现在相对过剩的动力,牺牲一些气动效率,去追求极限的下压力是很划得来的。

F1的气动,特别是车辆表面的这部件产生下压力,都必然会伴有有大量的阻力。但这些只在弯道中有意义,直线上全是累赘。现在既然已经有DRS了,在下一代技术规则中,允许更多的主动气动部件,就能在保证弯道性能的同时,直线上更大幅度减少,气动部件产生的诱导阻力


所以,这就是2026动力新规,总结就是虽然单圈能量少了很多,但考虑到其它技术规则可能的改变,圈速也许不会慢多少。

一方面我非常期待更多的厂商进入F1,但另一方面,我是觉得砍掉MGU-H,禁掉可变长度进气歧管,最大压缩比限制进一步降低,仍然保持预燃烧室只有一个喷油嘴的限制,禁止缸内压力传感器,都是F1动力进一步开拓技术前沿,提升内燃机效率的绊脚石,但没有办法,先进的高性能硬件,和降低成本让车队们能激烈竞争,往往是不能两得的,所以这最终的结果,也算是各方面妥协中后的一个折衷吧。

倒是这动力单元规则中的各种暗示明示,让我是对崭新的气动规则,有着无比的期待,等不及这些世界上最牛的工程师们,能搞出来什么样的名堂了.



REFERENCE:


F1威廉姆斯泄露模型CFD数据

https://www.linkedin.com/pulse/simulating-williams-fw43bar-part-1-all-simulations-wrong-david-penner


Cowell:

"To make up the power difference we're going to have to increase the fuel flow rate, which is a backwards step. It's not progress. It feels like a backwards step when the development work has been done."

https://www.motorsport.com/f1/news/mercedes-use-f1-mgu-h-tech-road-cars/4808159/


可变长度进气歧管:

https://twitter.com/scarbstech/status/1530130145754894336


Brawn interview

“can we have a lighter car? Certainly can we have a smaller car, we believe we can."

https://www.thedrive.com/accelerator/42985/formula-one-cars-could-get-smaller-but-not-lighter-in-2026


3d infograph 

https://www.youtube.com/watch?v=32V9U-zKgNA


mercedes engine infograph:

https://www.youtube.com/watch?v=anLDCVD6v1s

real PU

https://www.formula1.com/en/latest/article.watch-f1-tech-expert-albert-fabrega-and-rosanna-tennant-explain-all-on-the.2UXX5bnRpX7NDVxXnWGGLD.html


MGU-H民用

https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/nleng-2016-0069/html


HPP infograph

https://www.mercedes-amg-hpp.com/formula-1-engine-facts/#


没有MGU-H的话无法达到50%热效率

https://www.youtube.com/watch?v=rGDJqTDXgtg&t=29s


MGU-K 输出模式

https://us.motorsport.com/f1/news/technique-the-mgu-k-and-mgu-h-explained-791187/2986353/


本田混动单元详解:

https://www.f1technical.net/forum/viewtopic.php?t=28141&start=30


本田RA621H,以及四家动力单元马力估算

https://f1-motorsports-gp.com/honda/honda-ra621h-1014hp/


F1混动电力输出控制算法研究:

https://www.research-collection.ethz.ch/handle/20.500.11850/318437


Sommers解析F1混动输出模式:

http://www.somersf1.co.uk/2018/08/energy-recovery-system-fundamentals-and_13.html


Symonds: 主动气动:

https://www.motorsportmagazine.com/articles/single-seaters/f1/f1s-radical-new-2026-car-active-aero-smaller-cars-and-auto-crash-prevention


2026绿色燃料的热值不会低于42MJ/kg:

https://www.ft.com/content/aecac667-7de5-4e9b-a071-22773ff83e52


民用车汽油机热效率:

https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-88186f10-c3e2-456e-8e47-dfc3f9a53606/c/mizuno_nissan_ce_2_2017.pdf



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