博客文章

F1 风洞与 CFD 详解

Formula 1 车队如何使用风洞和计算流体动力学设计赛车、为什么两种工具都必不可少、规则限制了什么,以及模拟与现实之间的关联如何决定冠军。

博客

两个工具,一个目标

F1 赛车上的每个空气动力表面都使用两种互补工具设计:风洞和计算流体动力学(CFD)。风洞是一个物理设施,在其中测试赛车缩比模型的真实气流。CFD 是使用超级计算机对赛车周围气流进行数字模拟。

单独来看,两种工具都不完美。风洞提供真实数据,但受到规则对车队使用时间的限制。CFD 在理论上是无限的,但可能错过只有在空气遇到物理表面时才会出现的微妙现实效应。

风洞如何运作

F1 车队使用赛车 60% 比例的模型,由能产生超过 150 英里/小时风速的风扇吹动。模型配备了数百个传感器,测量下压力、阻力和气流模式。工程师测试数百种配置——不同的翼片角度、底板几何形状和车身形状——以找到最优设置。

但国际汽联限制了风洞使用。车队每周被允许一定数量的运行次数,时间与他们的冠军排名挂钩。在制造商积分榜上排名最后的车队比排名第一的车队获得更多的风洞时间。这是为了帮助落后的车队追赶。

CFD 如何运作

CFD 使用超级计算机求解赛车周围流体动力学方程。它可以在风洞测试几十种配置的时间内测试数千种配置。它也更便宜——不需要制造物理模型,也不需要运营设施。

但 CFD 的好坏只取决于它使用的数学模型。模拟现实气流的湍流模型是近似值,它们可能错过微妙的效应,比如轮胎尾流和底板气流之间的相互作用。这就是为什么车队在将新部件装上赛车之前总是在风洞中验证 CFD 预测。

为什么关联决定冠军

在 CFD、风洞和现实之间获得最佳关联的车队就是产出最快赛车的车队。如果车队的 CFD 预测了特定量的下压力,但风洞显示更少,就存在必须关闭的关联差距。如果风洞显示一件事,但赛道上的赛车显示另一件事,差距就更大了。

梅赛德斯在混动时代的统治建立在卓越的关联之上。红牛在地面效应时代的成功来自于比任何人都更好地理解底板空气动力学。在 2026 年,随着新赛车和新空力规则,关联竞赛从零重新开始。

相关阅读