F1赛车很快，这是废话。但为什么这么快，人们语焉不详。做个比较，汉密尔顿去年在银石的杆位速度是1分25.892s——单圈比MotoGP快34秒。所谓的超跑，法拉利和迈凯伦那种，大概也要慢上30秒。
F1赛车怎么做到这一点的？确实引擎产生1000匹马力的动力，但主要原因是空气动力学。这也是F1车队花上亿英镑研发的方面。
本文的作者是F1车队的一位资深空气动力学家，尝试回答F1赛车背后的一些秘密。为何匿名？因为其工作的车队不愿他写这种文章。F1就是一个保密的世界，所以笔名就叫秘密空气动力师吧。
这一篇专栏，目的是解释2019赛季为何两辆争夺世界冠军的赛车采用了截然不同的空气动力哲学——为何法拉利在冬季试车时看起来大杀四方，但当研发深入之后，他们可能会发现自己处于死胡同中？
空气动力的主要目的是产生下压力，把轮胎摁在赛道上，所以轮胎能产生更大的抓地力，这样就有更好的弯角速度，更好的加速，更好的刹车——更快的单圈了。举个例子，在100英里/小时的速度下，现代F1赛车产生750公斤下压力，今年F1赛车的最低重量限制是743公斤，这意味着理论上，车可以倒着开，也不会从屋顶上掉下来。
然而，也不是怎么下压力大怎么来，F1赛车必须在复杂的工况下工作，F1赛车在弯角内是倾斜的，刹车时，车头会下沉，加速时则车尾下沉。空气动力学家必须提供一个可持续可预测的最大下压力，而不是突然增大突然减小。这需要使用电脑CFD模拟，以及风洞模型实际测试。
同时，我们还必须考虑赛车的平衡，4条轮胎的受力要相近。如果空气动力学家在赛车前端不努力，赛车就无法入弯。这也就是转向不足。如果你忽略了车尾，那么后轮就会打滑，这就是所谓的转向过度。
为何今年的赛车长得不一样？
你总是听到抱怨说，现在的F1赛车长得都一样。这是因为，在给定的详细规则下，一组最优解是所有设计师的共同选择，同时规则也大大限制了创新的空间。但训练有素的空气动力专家，一眼就能看出赛车的差别，也能解释为何某辆车更快。
车队如何解决这一问题？
看看本赛季的赛车，你会发现分成了2个截然不同的阵营。我们先不说外洗和内洗。引入一个新概念“鼻翼内侧首力”和“鼻翼外侧受力”——我们在这里考虑的是产生下压力的部位，而非甚嚣尘上的气流引导问题。这一点上，法拉利与梅赛德斯不同。
梅赛德斯的鼻翼特点是“鼻翼外侧受力”。他们的赛车鼻翼外侧有最大的攻角度，产生最高的下压力，我们可以看到鼻翼外侧有清晰的5层鼻翼格式。
这样会产生一个低压区，在鼻翼之后的外侧，中央的气流会流向外侧，更多的气流会流向这个低压区。这才是我们称为“外洗”的效应，将气流引导到外侧，原来车体中央的部分，以便控制气流。
法拉利的设计，其鼻翼产生下压力的受力部分在中央部分——你可以看到中央部分高高隆起，这等于是将更多气流“吸”到赛车中央部分，创造“内洗”的气流。
F1 奔驰鼻翼也是外洗？法拉利的麻烦可能还在后面？
为何法拉利的设计哲学可能更好？
减少鼻翼两侧的负载，有一个优势——我们称为翼尖backing-out——其产生的气流结构的压力会小很多。我来解释一下，这是非常复杂的空气动力原理。
当气流流经一块翼面时，我们将翼面称为“边界层”，其有流向低压区的特性，在这一流向低压区的过程中，气流会加速，它不会流向高压区，后者会让气流减速。
气流持续的加速，到某一点压力太强，就会不再附着于翼面智商。一旦这一现象发生，我们就称为“失速”（气流剥离）。那么你就会产生大量脏空气，下压力也会大大减少。
但实际上，通过鼻翼开槽，鼻翼自己不会有太多的剥离问题。
但鼻翼端板的情况就有一些诡异了。因为规则限制，普遍车队们会使用大而平的鼻翼端板，并且弧线很平，所有可以做的也就是设法减小气流在表面的速度——也就是创造翼梢的“backing-out”。
法拉利设计的优势
法拉利的设计有2个潜在优势。其一是减小了“失速”问题，让赛车操控更加可控。更加可控的赛车，让车手有更强的驾驶信心。
因此，一辆表现更连续更有信心驾驶的赛车，理论上要比一辆虽然最大下压力更大，但下压力产生的不连续的赛车，跑得更快。因为太过“敏感”的赛车，车手们是无法推到极限的。
此外，在端板处产生的涡流——可以想象成旋转的空气——可以被吸到车轮之间，帮助控制前轮带起的湍流，这一点，这一点对整车性能也至关重要。
法拉利可能错在哪里？
如果只看测试的圈速，这本身就是傻瓜的评估方式，你可能得出结论，法拉利设计很精妙。法拉利当时是最快的赛车。然而，由于需要在前鼻翼的翼梢减小攻角，他们设计中的鼻翼下压力水平总是无法达到梅赛德斯那么高的水平。
要始终记住，我们需要前后轮的下压力处于平衡中。当车队开始整个赛季的研发竞赛时，后车身的下压力会越来越大，法拉利可能就会挣扎于前部下压力的配平上。如果如此的话，他们的赛车就会越来越倾向于转向不足。
F1 奔驰鼻翼也是外洗？法拉利的麻烦可能还在后面？
在法拉利赛车上，我们已经看到有迹象表面，他们在努力补偿失去的前鼻翼抓地力了。在侧分流板的区域，也就是车手座舱2侧的区域，似乎可以产生下压力的。这一部分突出车体，可以按照设计师要求的样子做设计。
气流通过侧分流板后，下方的气流就喂食底板，最终流向扩散器了。你越能加速气流，则车底的气压就越低，产生的下压力越大，越能把赛车细在赛道上。但过于干预这一区域，可能会让原来的告诉气流失去能量。
梅赛德斯今年减小了侧分流板的体积。这意味着他们的侧分流板产生的下压力会更小，但潜在的为后车身提供了更多气流通向扩散器。
F1 奔驰鼻翼也是外洗？法拉利的麻烦可能还在后面？
相反，法拉利今年的侧分流板变得更大了。这可能就是为了弥补鼻翼产生下压力不足的问题。但这会限制扩散器的能力。
从这一点看，法拉利的设计不但限制了前鼻翼下压力配平的能力，同时也限制了扩散器的最佳效能。
现在的法拉利可能还不会感觉到显著的问题，看起来在光滑赛道上也有一辆快车。但随着赛季的进行，梅赛德斯的研发速度必然超越法拉利，可能到赛季中段，法拉利会发现被对手抛下了。
F1赛车怎么做到这一点的？确实引擎产生1000匹马力的动力，但主要原因是空气动力学。这也是F1车队花上亿英镑研发的方面。
本文的作者是F1车队的一位资深空气动力学家，尝试回答F1赛车背后的一些秘密。为何匿名？因为其工作的车队不愿他写这种文章。F1就是一个保密的世界，所以笔名就叫秘密空气动力师吧。
这一篇专栏，目的是解释2019赛季为何两辆争夺世界冠军的赛车采用了截然不同的空气动力哲学——为何法拉利在冬季试车时看起来大杀四方，但当研发深入之后，他们可能会发现自己处于死胡同中？
空气动力的主要目的是产生下压力，把轮胎摁在赛道上，所以轮胎能产生更大的抓地力，这样就有更好的弯角速度，更好的加速，更好的刹车——更快的单圈了。举个例子，在100英里/小时的速度下，现代F1赛车产生750公斤下压力，今年F1赛车的最低重量限制是743公斤，这意味着理论上，车可以倒着开，也不会从屋顶上掉下来。
然而，也不是怎么下压力大怎么来，F1赛车必须在复杂的工况下工作，F1赛车在弯角内是倾斜的，刹车时，车头会下沉，加速时则车尾下沉。空气动力学家必须提供一个可持续可预测的最大下压力，而不是突然增大突然减小。这需要使用电脑CFD模拟，以及风洞模型实际测试。
同时，我们还必须考虑赛车的平衡，4条轮胎的受力要相近。如果空气动力学家在赛车前端不努力，赛车就无法入弯。这也就是转向不足。如果你忽略了车尾，那么后轮就会打滑，这就是所谓的转向过度。
为何今年的赛车长得不一样？
你总是听到抱怨说，现在的F1赛车长得都一样。这是因为，在给定的详细规则下，一组最优解是所有设计师的共同选择，同时规则也大大限制了创新的空间。但训练有素的空气动力专家，一眼就能看出赛车的差别，也能解释为何某辆车更快。
车队如何解决这一问题？
看看本赛季的赛车，你会发现分成了2个截然不同的阵营。我们先不说外洗和内洗。引入一个新概念“鼻翼内侧首力”和“鼻翼外侧受力”——我们在这里考虑的是产生下压力的部位，而非甚嚣尘上的气流引导问题。这一点上，法拉利与梅赛德斯不同。
梅赛德斯的鼻翼特点是“鼻翼外侧受力”。他们的赛车鼻翼外侧有最大的攻角度，产生最高的下压力，我们可以看到鼻翼外侧有清晰的5层鼻翼格式。
这样会产生一个低压区，在鼻翼之后的外侧，中央的气流会流向外侧，更多的气流会流向这个低压区。这才是我们称为“外洗”的效应，将气流引导到外侧，原来车体中央的部分，以便控制气流。
法拉利的设计，其鼻翼产生下压力的受力部分在中央部分——你可以看到中央部分高高隆起，这等于是将更多气流“吸”到赛车中央部分，创造“内洗”的气流。
F1 奔驰鼻翼也是外洗？法拉利的麻烦可能还在后面？
为何法拉利的设计哲学可能更好？
减少鼻翼两侧的负载，有一个优势——我们称为翼尖backing-out——其产生的气流结构的压力会小很多。我来解释一下，这是非常复杂的空气动力原理。
当气流流经一块翼面时，我们将翼面称为“边界层”，其有流向低压区的特性，在这一流向低压区的过程中，气流会加速，它不会流向高压区，后者会让气流减速。
气流持续的加速，到某一点压力太强，就会不再附着于翼面智商。一旦这一现象发生，我们就称为“失速”（气流剥离）。那么你就会产生大量脏空气，下压力也会大大减少。
但实际上，通过鼻翼开槽，鼻翼自己不会有太多的剥离问题。
但鼻翼端板的情况就有一些诡异了。因为规则限制，普遍车队们会使用大而平的鼻翼端板，并且弧线很平，所有可以做的也就是设法减小气流在表面的速度——也就是创造翼梢的“backing-out”。
法拉利设计的优势
法拉利的设计有2个潜在优势。其一是减小了“失速”问题，让赛车操控更加可控。更加可控的赛车，让车手有更强的驾驶信心。
因此，一辆表现更连续更有信心驾驶的赛车，理论上要比一辆虽然最大下压力更大，但下压力产生的不连续的赛车，跑得更快。因为太过“敏感”的赛车，车手们是无法推到极限的。
此外，在端板处产生的涡流——可以想象成旋转的空气——可以被吸到车轮之间，帮助控制前轮带起的湍流，这一点，这一点对整车性能也至关重要。
法拉利可能错在哪里？
如果只看测试的圈速，这本身就是傻瓜的评估方式，你可能得出结论，法拉利设计很精妙。法拉利当时是最快的赛车。然而，由于需要在前鼻翼的翼梢减小攻角，他们设计中的鼻翼下压力水平总是无法达到梅赛德斯那么高的水平。
要始终记住，我们需要前后轮的下压力处于平衡中。当车队开始整个赛季的研发竞赛时，后车身的下压力会越来越大，法拉利可能就会挣扎于前部下压力的配平上。如果如此的话，他们的赛车就会越来越倾向于转向不足。
F1 奔驰鼻翼也是外洗？法拉利的麻烦可能还在后面？
在法拉利赛车上，我们已经看到有迹象表面，他们在努力补偿失去的前鼻翼抓地力了。在侧分流板的区域，也就是车手座舱2侧的区域，似乎可以产生下压力的。这一部分突出车体，可以按照设计师要求的样子做设计。
气流通过侧分流板后，下方的气流就喂食底板，最终流向扩散器了。你越能加速气流，则车底的气压就越低，产生的下压力越大，越能把赛车细在赛道上。但过于干预这一区域，可能会让原来的告诉气流失去能量。
梅赛德斯今年减小了侧分流板的体积。这意味着他们的侧分流板产生的下压力会更小，但潜在的为后车身提供了更多气流通向扩散器。
F1 奔驰鼻翼也是外洗？法拉利的麻烦可能还在后面？
相反，法拉利今年的侧分流板变得更大了。这可能就是为了弥补鼻翼产生下压力不足的问题。但这会限制扩散器的能力。
从这一点看，法拉利的设计不但限制了前鼻翼下压力配平的能力，同时也限制了扩散器的最佳效能。
现在的法拉利可能还不会感觉到显著的问题，看起来在光滑赛道上也有一辆快车。但随着赛季的进行，梅赛德斯的研发速度必然超越法拉利，可能到赛季中段，法拉利会发现被对手抛下了。
