方程式赛车的外型上的流动力学 - SUSTC-XLAB/FormulaE GitHub Wiki

### 前翼 前翼是安装在车体最前端的气动附加装置，它不仅负责制造赛车前部的下压力，还影响向后流动的气流的走向。F1赛车的前翼的工作受到多种因素的影响，首先，作用在翼面上的气流并不是理想状态的，风速，风向都时刻变化，且不确定，此外，赛车在弯道中行驶时，作用在翼面上的气流会发生横向的偏转金和移动，形成不稳定的流场，这不仅降低了前翼产生的气动负升力的效率，还影响到了前翼后部的气流环境，不利于气流的正常传输。 人类在流动力学的研究过程中一直在发展，进步，在可以产生气动负升力的翼形的研究中更是如此，先后出现了伯努利，牛顿等不同时期的翼型，这些翼型在气动性能上也不断提升，如今F1赛车所采用的的主襟翼结合的翼型救赎人类经过长期探索换来的智慧结晶，这种翼型不仅成熟，而且有效。

F1赛车在高速行驶时，经过前翼所在区域的气流被前翼分割为两部分，一部分从翼片的上表面流过，另一部分则流过以翼片的下表面，这两股气流依附在翼片上流动，最后在前翼购房的某一区域重新汇聚，两股的气流的区别在于，由于襟翼与主翼呈一个很大的倾角，因此襟翼拥有较大的迎风面积，在气体流动过程中，翼片上表面的气流在流动中受到了阻碍，流速有所降低，而翼片下表面的气流则可以在无阻碍的状态下顺利通过，结合前文提到过的运用在气体领域的伯努利方程 p+1/2pv²=p，上翼面的气流流速低，压强大，下翼面的气流流速高，压强小，两者作差，即产生了我们所需的气动负升力。襟翼的气动攻角越大，对翼片上方的气流的阻碍作用也越明显，上下翼面的流速差就越大，产生的气动负升力就越大。

### 后翼 尾翼位于赛车末端，制造占全车30%的负升力。尾翼可以分为上下两个部分，上层尾翼高耸在干净的气流环境中，下层结构又称作下橫梁，负责提供額外的负升力。 尾翼算得上是最早出现的气动部件，上世纪60年代起，尾翼开始被安装在F1赛车上，此后便不断发展和演化，结构也越发复杂，本世纪初尾翼的上层翼片呈现出多翼片的复合结构，这种叠加翼片可以发挥出非常强大的功效。此后，FIA开始陆续颁布新的规则，简化尾翼设计，以此来降低尾翼提供的气动负升力。2004年，FIA将尾翼的上层结构减至两片，2005年又将上层尾翼的安装位置前移，2009 年更是将上层尾翼收窄加高，限制在22cm高，35cm 长，75cm宽的空间内。 气流在流过上下翼面后，会在翼片的后方区域会合。由于两股气流存在速度差和压力差，因此这两股气流相接触后会形成螺旋形的祸流，涡流在尾翼的后缘交汇拓展，在潮湿的赛道条件下可以看到他们的尾迹。这种涡流会带来阻力，降低赛车的直线速度。-般来说，尾翼的上翼面大部分是高压，而边缘和下翼面是低压，因此F1的设计师们通过在端板的上层尾翼处添加百叶结构来平衡翼尖部分的气压，减小产生的涡流。