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【技术历史】浅析2014赛季的丑陋鼻锥设计由来

2020-05-10 21:59 作者:临渊_Aslinger  | 我要投稿

    (写文不易,求关注求三连)

    大家或许都会永远记得2014年大修的那次技术规则,这不仅象征着F1回到小排量涡增时代,向环保主义的低头;更有许许多多值得我们铭记的改革。这次改革不仅促成了梅奔的传奇时代,也让人们成功记住了可能是历史上最丑的一代鼻锥设计:JB鼻

         当然,简单的一句JB鼻就把所有车队设计师们的辛劳成果一棍子打死显然是不太好的,我们在那一年还是能看到一些还算优雅的设计——以梅奔为代表的食蚁兽型鼻锥,和以迈凯伦为代表的鹰钩式鼻锥;当然,我们也不能忘记当年莲花车队的奇思妙想,他们开创了F1历史的又一个先河:采用双鼻锥而且鼻锥的两支还不一样长的Lotus E22。

    我们从结果来看,JB鼻在当年的下场并不是很好,具有代表性的印度力量和小红牛还是在中游集团中挣扎,末流中的卡特汉姆,玛鲁西亚也还是被前车远远甩在身后。

    对比其它设计来看,采用吸尘器设计的法拉利在2014年一蹶不振,不仅由于新的气动设计导致赛车性能严重下降,当年东拼西凑来(甚至要求超小尺寸却还是比别人重)的PU以及车队内部日益严重的ZZ斗争也是巨大隐患,这也是法拉利新世纪以来最差的一个赛季,甚至上世纪有没有比这更差的一年都要让人好生翻找一番史料。

    红牛的RB10虽然在散热上出现了严重的问题,但最后没有大败亏输,这还要感谢纽维在气动上高瞻远瞩的设计,这位英国赛车设计界的传奇操刀的红牛RB9的尾翼设计能够很好地兼容2014年修改后的气动要求,这也让红牛的2014款设计能够以最小的变化带来稳定性的提升。虽然排气系统的进一步简化导致吹气扩散器被彻底砍掉,但红牛赛车在高下压力赛道上的优越表现告诉我们:红牛,还是下压力永远滴神。

     那么JB鼻到底是如何产生的呢?

     我们先来讲一个上世纪90年代的故事:1990年,Tyrrell车队(本田,BGP以及现在的梅奔的前世,和Colin Chapman领导的莲花车队一样,在赛车设计上往往能够创造革命性改进,著名的六轮车,X-wing等设计都是出自这支车队之手,如果说莲花车队推动了底盘和赛车整体的设计进步的话,这支泰瑞尔车队就是在各个小处推动F1的设计理念进步)带来的019赛车创造性地使用了高鼻锥的设计,这一设计旨在让更多的气流流入车身下部,并将更多地气流送到扩散器处,以此获得更高的下压力。虽然当年两位车手,阿莱西和中岛悟(后来的勒芒冠军,前F1车手中岛一贵的父亲)的成绩并不好看,也没有进入领先集团去和当时正处巅峰的迈威甚至法家这三家掰掰腕子,但这辆车的高鼻锥设计却让底盘带来了更高的下压力,这在两条对底盘下压力要求极高的赛道上得到展现:在摩纳哥站,泰瑞尔拿到了当年的最佳完赛名次:P2,最终阿莱西仅输给塞纳一秒;在亨格罗宁,如果不是两车双双遭遇事故,泰瑞尔车队本也有极大希望竞争领奖台;赛季尾段的美国凤凰城站(也是街道赛,而且也以赛道难度高著称),阿莱西再次夺得第二,仍然只以微弱的劣势负于塞纳。但在其他赛道上,这辆019在完赛时被头车套圈是很常见的事。好了,现在各位应该明白高鼻锥在实战中对底盘产生下压力有多大作用了。

    (对那辆车感兴趣的朋友可以去看看下面这个视频,然后再去找找相关资料)



    现在,让时间倒回到再上一次的规则大改,也就是2009年。2009年F1迎来史上几乎是最丑陋的改革,托德当年旨在“提高超车率”的想法付诸于规则修改中时就演变成了“光头胎回归,增加底盘能够提供的下压力,削减车身翼片以减轻后车对前车带起的气流的敏感性”,其中被大大抬高的鼻锥就是其中的重要举措之一,而在之后的三年中,情况愈演愈烈,到了红牛称霸的2011年时,F1赛车的鼻锥高度已经到达了自F1进入当前气动外形时代的最高峰,而在制定2012年的规则时,FIA出于对车手正面碰撞的安全考虑最后一次要求加高驾驶舱单体壳的高度,但转变也随之出现。

    “抬高鼻锥以换取底部下压力”这个良好的设计初衷最终被证明有安全性的问题。2012年的规则在2011年的基础上出于安全考虑,降低了鼻锥部分的高度,从之前的整体要求625mm降低到了550mm,但单体壳高度不变,而这中间存在一长度150mm的过渡段。在这样的规则背景之下,车队们自然还是会最大限度地将车鼻抬高以换取底盘带来的高下压力,在不违背规则的情况下,阶梯鼻应运而生(而且说实话和现在这种为了低趴而低趴的鼻锥来说我觉得其实还挺好看)。但实际上车手们的安全问题还是没有得到质的改善:有车手反映高耸的鼻锥会影响到驾驶时的视野,FIA的测试也表明,这个高度的鼻锥在赛车之间进行T字碰撞时会对被撞车辆(打横的那个)造成极大的危害:由于侧箱以及驾驶舱的侧面防护挡高度较低,鼻锥很可能会直接干向车手的头部;不仅如此,以罗斯布朗为首的技术人员纷纷发声表示这样的外形实在是“丑陋”,有损F1的高科技形象。

    综合以上种种原因,这才促成了FIA对修改这部分规则的诉求,但由于早在2011年时F1就已经宣布2014年将会进行一次大的规则改革,因此为了求稳,FIA并不打算在2013年再对这方面动手动脚,2013年的规则修订案仅仅是加了一条:允许各车队在这一过渡处加设一盖板抹平“阶梯”部分,算是先解决了“丑陋”这个问题,但FIA对其他方面的不管不顾还是造成了更恶劣的影响:倍耐力不左即右的轮胎设计搞得一些车队无所适从而另一些车队大大从中获利,红牛最后的吹气扩散器带来的优势在下半年换上石头胎时更是被无限放大,奔驰也有罗斯布朗再次钻了规则的空子设计出双DRS系统,在DRS开启的情况下进一步获取尾速优势,上半年表现尚可,甚至装备了被动减阻系统(效果类似双DRS,但在2014年并没有被封禁)的莲花和前期势头强劲但后期完全被轮胎干趴下的法拉利彻底沦为陪太子读书的角色,红牛再次以巨大优势拿下双冠。


双DRS示意图(图源:Giorgio Piola先生)


    时间进入到2014年,彼时大家都已经获悉了新的规则中赛车前部的高度再次要求降低的规定:虽然座舱单体壳的高限还是维持离参考面625mm的标准,但鼻锥尖端离参考面的高度直接限死在135-185mm之间,端面的截面积要求也大大缩小,这也让车队们犯了难,到底是维持原来的自然设计并略做修改还是另辟蹊径?当时的各大媒体纷纷给出了自己的猜测,而最主流的还是下面这种猜想:

(图源:Autosport杂志官网)
图源:f1technical.net

    最终,奔驰交出的答卷是几乎维持原设计不改,在维持整车较好的流线外形的情况下尽量将鼻锥抬到最高;而法拉利反其道而行之,将车鼻部分的高度压到了规则允许范围内的最低值(被称为吸尘器设计)。另一边,以印度力量为首的几支车队则交出了另一份答卷:JB鼻;而迈队,威队和红牛当时采用了食蚁兽设计;至于莲花……emmm……


梅奔W05


    当然从气动效果上看,莲花的设计思路其实是最好的:右支比左支大约长50毫米,这一不对称的结构既满足了鼻尖后方只能有一个表面的规定,又足够通过FIA碰撞测试。如果采用JB鼻或类JB鼻设计(例如食蚁兽设计)的话,在气动方面或多或少会有副作用,而这“一对”鼻锥则能把气流有效地控制在鼻锥的两支之间,不过实际效果其实并不如人意,而且FIA在赛季中就彻底对这一设计喊cut,莲花最终还是回归了正常的设计。


莲花E22


    而类似卡特汉姆那辆酸黄瓜车的设计则是试图让气流在车鼻处分流向两边,具体是不是想像后来利用Y250封住侧箱附近的气流通道,之后在车底封出一个真空区以获得更强的地面效应我就不好说了,毕竟我也不是专门学这块的……

    这样的设计也被几乎所有中小车队采用,最后催生的著名产物之一就是印度力量的那根印度大黑dio……


卡特汉姆的酸黄瓜


    迈,威,牛三队的设计则能够促进气流在鼻锥上下表面的分离,同样能够造出更强的下压力,这实际上也是在没有办法的情况下搞出的原始的“外科”s-duct。

迈凯伦MP4-29
威队FW38
红牛RB10


(ps1:希望各位还记得s-duct的作用也是促进气流分离以获取下压力)

(ps2:说是原始其实也并不原始,早在2008年就已经有技术网站解析过F2008上用到的s-duct了)

    而威队动的一个小心思也在后来成为了发展的主流方向:拉长的鼻锥支架能部分封住鼻锥下方的气流通道,达成与去年法拉利在新加坡拿出的“格栅”套件类似的效果,成绩也说明这个思路确实是对的——2014年威队几乎已经飞进了火星组,虽然梅奔引擎功不可没,但我们仍要承认这些气动优化设计带来的提升。

    法拉利的低趴设计的目的是让流经鼻锥上表面的空气向赛车底盘下方排溢,更低的高度换取气流流速的加快,好像做出了一个把气流从鼻锥上方往下抽的效果,但这样就从一定程度上减少了下压力,但偏偏法拉利当年最好的成绩还是在匈牙利拿的,这就有些让人费解了。当年新上任的领队开掉的引擎主管Luca Mamorini也很懵逼地表示:“他(指当年的总设计师Nicholas Tombazis)让我们把PU搞小再搞小,说是动力输出的损失有气动效果上的补偿,可我看也没有一点点补偿啊……”看来晕乎了的人不止我一个……



    最终,看上去最舒服的设计还是获得了胜利:在冬测期间,梅奔就展现出无与伦比的恐怖优势,而在上个时代连霸的红牛则受困于技术问题,不仅积攒的里程数少而且速度很慢。当然,FIA仍然对“遮丑”这一项试图做出过调整:他们曾经提出过要求,在规则中增加“鼻锥尖端到前单体壳的外部线条必须线性”这一条款,但遭到JB鼻使用集团的强烈反对,无奈之下,此事只得作罢。不过,在随后一年FIA就学聪明了并提前将这一规则写入新年的技术规则中(而2015年的F1,外形酷似后来的F2和雷诺3.5),不过这些小打小闹还是没有影响到奔驰在新时代的统治,F1在那之后也就此进入了火星与地球两个组别跑比赛的时代,直至今日……

(本文后续也许会发到公众号里……)


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