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【F1隨手寫】地面效應與它的衍生物 - 海豚跳效應

Bryant。 | 2023-07-12 00:19:09 | 巴幣 122 | 人氣 378


從2022年賽季開始,全新的技術規則上線

地面效應賽車也「回歸」到一級方程式賽場與車迷的視野當中。

為什麼我說回歸呢?

最近幾年才加入的車迷或許會對地面效應很陌生

但實際上,F1早在1977年到1982年就使用過地面效應賽車了。

那為什麼在40年後才又重新回歸呢?

就讓我來分成幾個段落簡單說一下吧~~~

*代表引用網路上資料



地面效應是什麼?

地面效應(Ground effect)也稱翼地效應(Wing-In-Ground effect, WIG)
或翼面效應(Wing-In-Surface-Effect, WISE)。

*是一種使飛行器誘導阻力減小,同時能獲得比空中飛行更高升阻比的流體力學效應:當運動的飛行器距離地面(或水面)很近時,整個飛行器體的上下壓力差增大,升力會陡然增加。

*這種現象在飛機或是賽車產生的氣流被地面或水面影響時,就會發生。

這種現象主要使用在飛行器或賽車這兩個地方。
不過雖然都是利用地面效應,但兩者在效果上是完全相反的。
飛行器貼近地面利用地面效應產生更多的上升力飛上天。
而賽車利用地面效應則是產生更多下壓力讓車輛有更高的過彎速度與抓地力。

簡單來說,作用的方向不一樣,同一種效應達到了兩種截然不同的效果

這架飛機叫KM,是前蘇聯製造的,又稱裡海怪物,應用地面效應的飛機大概就是他最出名了
機身長106.1公尺,翼展40米,然後居然用八台發動機來提供動力
查資料的時候發現,覺得很有趣,而且真的很大一台,難怪被叫裡海怪物
(但利用地面效應的飛機幾乎是這種大型水上運輸機,才需要靠地面效應來起飛,而且飛的高度都很低)



地面效應在F1的發展與被封印

開頭提到,1977年F1就有地面效應賽車出現了。
但為什麼在1982年就全面禁止呢?

當時的賽車,幾乎是依靠車身來提供下壓力,對於空力並沒有現在那麼重視
恩佐‧法拉利當時還說過,空氣動力學是給無法製造引擎的人準備的。(但後來恩佐的臉應該被打蠻腫的)
從這句話就能了解,當時的車還是引擎>空力,力大磚飛的情況是顯學。
同時對於車底的空力還處在一個摸索的階段。

直到一個人的出現,證明了空力應用得當一樣能跑得很快
同時我會說他奠定了現代F1的雛型。

他是誰呢?
就是他,科林‧查普曼,蓮花汽車跟蓮花車隊(Team Lotus)的創始人。


他對於車輛的設計理念主要是致力於輕量化與增加車輛操控性。
他曾說過:「大馬力讓你在直線跑得很快,但輕量化讓你在任何地方都更快」。
蓮花後來所推出的民用車,也承襲了這個理念。
通常不是馬力最大的,但絕對是原廠車裡車重最輕的那台。
也讓蓮花所推出的車,都跟操控、輕量化這兩個形容詞緊密連結。

說回F1,他在1977年研發出Lotus 78,這台車是F1歷史上第一輛利用地面效應的賽車。


這台車是科林查普曼在研究蚊式轟炸機後,從安裝在機翼的散熱器與提供升力的熱風出口得到了靈感。
簡單來說,跟我前面講的一樣,科林查普曼就反其道而行,應該能算是逆向工程(?
這台車為蓮花車隊帶來了現象級的成就,拿下7勝與11個頒獎台,同時囊括當年的車手跟車隊世冠。

(Lotus 79,蓮花靠著強勢表現與這個黑金塗裝讓車迷都印象深刻。)
(Lotus 79底部右側的文丘里通道後方視角)
(Lotus 79底盤透視圖)

隔年的Lotus 79也是表現優異,不意外也是拿下雙料世冠(6勝15個頒獎台)。
同時各家車隊都開始重視地面效應帶來的優勢,這兩台車可說掀起了地面效應時代的濫觴。

那為什麼後來1982年地面效應就被禁止了呢?
原因其實出在當年的底盤跟側裙設計思路是全封閉式的,側裙甚至會跟路面摩擦。
這樣做的好處是,下壓力可以發揮到最大,賽車會被牢牢吸在路面上。
但壞處在於只要地面效應一被破壞(賽道起伏過大或輪胎壓到任何異物、側裙受損等)
下壓力就會幾乎全部喪失,使得車輛有可能在幾秒內從貼地飛行到真的飛上天

*當然FIA(當時稱為FISA)也是有對策的,像是1981年就以安全因素禁止車隊在底板兩側設置活動式、且容易在比賽時脫落的導流圍板,而且也設下最低離地高度,一系列的調整讓底板所能承受的下壓力比例越來越低。

下壓力喪失+極快的車速+非現今的一體式碳纖維座艙(當時所謂座艙不過就是一層薄薄的鋁板)
=不就是隨時會飛天的棺材嗎...

這樣逼近極限隨時失控的情況,對車手可謂是一把雙面刃,想當然爾就被禁止了。
這把雙面刃也帶走法拉利當時的王牌車手Gilles Villeneuve
直到現今造車工藝和材料品質與安全性的提升,地面效應封印40年後才再次重回人們視野。

(Gilles Villeneuve就是因為這次車子起飛當場喪命,本人甚至被拋出車外...)



海豚跳效應帶來的影響

時間拉回到2022年,當新一代地面效應賽車現身時。
大部分車迷大概的第一印象是下面這樣



沒錯,極為明顯的海豚跳效應困擾著車手,在去年可謂是讓FIA頭很大的一個大問題。
也讓車隊領隊為了海豚跳,而在會議上有言語交換

(領隊們的勾心鬥角,紅軍比老師最老實了這時候還講要怎麼解決,果然是工程師出身)

那海豚跳為什麼產生?
標題也說了,海豚跳就是地面效應會衍生出的問題。
它們兩者可謂密不可分,從一開始就有的,除非底板不用文丘里通道(?
那文丘里通道是什麼呢?
來源於文丘里效應,我簡單解釋一下

當氣流高速流動時,空氣附近的壓力會減少,降低後就會產生吸附作用。
吸附作用就是地面效應提供下壓力的主要來源(透過底板把車子吸住)
車底的氣壓降低,透過外界與車底板的壓力差,對輪胎施加正向力,成為更多抓地力的來源。


當賽車高速行進時氣流通過底盤
導致底盤持續被往下吸,直到氣流受阻無法通過時
這時下壓力就會消失,車身就會同時彈起
然而彈起後氣流再次通過底盤。
周而復始,就形成了幾乎在比賽時不間斷的海豚跳效應。


*不僅只在高速狀態,側箱上的壓力中心會隨著車輛的速度、姿態以及離地間隙而移動,並與懸吊系統相互作用,在低速時車輛也有可能前後搖擺,猛烈程度甚至會造成車手不適。而這種擺動有如海豚在高速行進時跳出海面,因而得名。


那該怎麼解決海豚跳呢?

很簡單啊,把車輛最低的離地高度抬高就行了
那為什麼到了2023才強制全部人抬高?
一方面是22是新規則元年,本來就會有這種不可預見的規則漏洞產生。
二來主要就是因為抬高就跟地面效應的效果背道而馳啊
上面有提到地面效應吸的越低下壓力越高,車速就能越快
但抬高就意味著下壓力的減少,下壓力減少,車子自然就慢了
車子慢是車隊最不願意看到的,車手也是,不會有車手想開慢車嘛。
這就是為什麼上面影片賓士的Toto跟紅牛的Horner兩個人吵得不可開交的原因了

結局就是上面所說的,今年大家都把車子抬高,同時更改了檢測底盤木板磨損的方式(TD039)
但這樣做是好是壞,對車手的健康跟安全或許是好的吧。
但改進一些所謂「灰色地帶」我就不是全盤同意了,很公平沒錯,但也扼殺其他隊伍讓車變快的方式。
等於大家都要照著抄作業,這到最後只會顯得千篇一律,大家都一樣的設計思路,那要車隊設計師幹嘛?

大家有看我前面的文章的話,可以知道我對法拉利去年底板被砍導致喪失競爭力確實頗有微詞。
原因就是我上面所說的,設計到最後都一個樣子(看看今年就知道了)
法拉利的設計思路確實不一樣,要說遊走在灰色地帶我也同意。
可能有人會說,不就他媽在找漏洞鑽,被砍在那叫什麼
但我只想說,哪一隊不找漏洞鑽?,要說鑽漏洞,賓士跟紅牛我覺得比法拉利還要行


好啦,以上就是我對地面效應與海豚跳的介紹(還有一些我的碎碎念)
最後謝謝好友御藤村(felton6500)提供我寫作的題材

創作回應

『。』
骯,安全跟速度只能擇一呢
2023-07-12 01:44:27
Bryant。
以前來說,確實是如此
但現代科技發達,已經可以在保證安全性的前提下增加速度了
雖說每隔幾年基本會重新洗牌一次(規則改變)
但絲毫不影響F1仍是封閉賽道內最快的賽車
畢竟賽車的重點還是要快嘛~~~ 大家才會想看啊[e6]
2023-07-12 11:15:00
御藤村
Aston Martin 跟紅牛車隊合作研發這台車Valkyrie也是有利用到地面效應的技術
2023-07-12 20:22:47
Bryant。
原來女武神也應用了地面效應,長知識了[e23]
2023-07-12 22:41:06

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