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[讨论]小谈F1。

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小学四年级

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    发表于 2005-11-17 15:13:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    声浪比波音747起飞时还大声---奥秘之引擎
      F1车队每年的预算约有50%用在引擎的研发与制作上,Mercedes-Benz每年花1.4亿美金来研发制作供应McLaren-Mercedes车队全年参赛所需的引擎,BMW则投入高达1.85亿美金来供应BMW-Williams车队所需的引擎,应该是当前年度预算最高的引擎供应商。Ferrari车队投入的金额约1.75亿美金,Toyota预估是1.5亿美金,而Renault和Honda的预算都超过1亿美金。
      现在的F1规定使用排气量3000C.C.以下的10汽缸自然进气引擎,当前各车队都采用V型排列的10汽缸引擎,汽缸夹角则从72度到110度不等,90度夹角则是当前主流。当前顶尖车队的F1引擎最大马力超过910匹马力,最高转速超过每分钟19000转,重量介于90-100公斤之间,使用的燃料是符合FIA规定的无铅汽油。
      高转速、动力输出惊人的F1引擎,所需的零件都需具备高烈度与轻量化的特质,因此会用上多种特殊合金材质,让F1引擎的造价惊人。不含研发费用,每具F1引擎的造价就高达新台币500万元,以Mercedes-Benz为例,每年需要约制作80~100具F1引擎以供McLaren-Mercedes车队使用。
      低油耗也是一具优秀F1引擎的重要特性,F1引擎在全速运转时每,行驶100公里约需消耗70公升的无铅汽油,而最省油的Mercedes-Benz引擎,据称只需要60公升汽油。在同样的马力输出下,油耗较低的赛车在正式决赛时起跑的载油量与进维修站的策略可以更具弹性,这在竞争激烈的F1赛场是很关键的。
      F1引擎  
      一具优秀的F1引擎要同时达到,马力大、尺寸小、重心低、重量轻、油耗低、可靠度高的目标,更要与底盘设计充分集成,提高赛车的整体刚性。
      1. 一具引擎约有5000个零件。
      2. 包含测试、练习与比赛,每年大约要用掉100个引擎。
      3. 每一站比赛后,引擎必须完全分解查看后再重新组装。
      4. 全速时产生的引擎声浪高达160分贝,比波音747飞机起飞时还大声。
      5. 每100公里需要用掉60公升以上的无铅汽油。
      6. 在引擎全速运转时每秒钟进气量超过600公升。
      7. 每秒钟点火150次,活塞往复循环300次。
      8. 最高转速时,活塞的加速力相当于8,500G,因此活塞连杆的烈度必须很强。
      9. 制作一支F1引擎使用的曲轴需要6星期。
      10. 组装一具F1引擎需要2星期。
      11. 使用的材料包含20种合金。
      12. 重量低于100公斤。
    最完美的贴地飞行器---F1空气动力学
      F-1赛车风驰电掣的速度,能在5秒之内瞬间加速到200km/h以上,最大过弯侧向加速可达4个G,极速最高超过350km/h,这样高的速度与过弯能力,除了需要优异的悬吊设置来让轮带尽可能的保持与跑道路面接触之外,也需要足够的下压力来产生足够的摩擦力,否则空有强大的马力,在过弯时将无从发挥,因此空气动力学设计的优劣已成为今日F1决胜的关键之一。
      空气动力学的工程师们在风洞中实现他们的空力艺术,由功能强大的设计计算机所产生的3D模拟,并在大型的风洞中不断的测试。F1车队每年都会花上300万美元到1500万美元不等的风洞操作经费来验证空气动力学组件的效率。
      空气动力学效率就是下压力和空气拖放阻力的比例。目标就是要获得最大的抓地力,和最小的拖放阻力。下压力是空气动力学上垂直方向的向下压力总合,这些力量是由前鼻翼和后尾翼所产生,用来把赛车压在地面上,下压力越大,赛车在跑道上的抓地力就越大。
      理论上,由前后翼产生的可怕力量,可以让一部F-1赛车抵抗地心引力,让600公斤重的F1赛车在隧道的天花板上倒吊著跑,因为赛车可以产生超过车身重量数倍的下压力。要让F-1赛车那样高速的过弯,那么必须把车底、车顶以及车身周围的气流引导到完美的境界!
      关键的前后翼
      影响F1赛车空力稳定性的最重要因素是前鼻翼,这是决定通过车身上方、下方和其他如散热器、后尾翼气流的比例和方向的关键性组件。除了分流前方的空气之外,前鼻翼在操控上也扮演重要的角色,那就是产生下压力来将前轮压在地面上。
      尾翼是F-1赛车外观上重要的一部份,尾翼的组合被当前的比赛规则限制在只能有三片。透过调整前后翼的设置,车队可以控制赛车的抓地力来配合不同的赛道特性及底盘本身所产生的定值的下压力。理论上,翼面角度越陡,产生的空气动力学的拖放阻力越大,车速提高时对车辆产生的下压力越大。同时,陡峭的翼面设置会降低赛车的速度表现以及增加油耗。
      F-1赛车空气力学的最高境界就是『平衡』。F-1赛车的抓地力约有1/3是由前轮负担,有超过2/3则是由后轮负担。在前轮采用低下压力的设置可以提高车速,但同时也会提高转向不足的趋势;转向不足就是车头会开始滑向弯外侧。相对的,如果车尾的下压力不足,那么会有转向过度的倾向,车尾就会开始打滑。
      F1赛车循迹控制系统 
      循迹控制系统TCS(Traction Control System)约是在''90年代初期发展出来的电子系统,在''94年之前可合法使用这项系统,然后连同主动式悬吊都遭禁用,后来Senna的死则引发这些高科技设备的争论。直到2001年西班牙GP,循迹控制系统才又再度解禁。
      循迹控制系统的原理是在轮带打滑时,包含了起跑、过弯、下雨天等等的情况,利用各式各样的方法来降低扭力的输出,让轮带重新获得抓地力,进而让车手能够控制赛车,将动力发挥到最极限,并增加赛车速度。而降低扭力的方法有油门的控制、点火延迟、或是关掉数个汽缸的点火或供油系统。
      由于传动轮在加速时会超过50G,所以降低惯性所需的反应要非常快速,但是利用油压电子油门控制需要30毫秒,反应时间不够快;延迟点火又有耐用度的问题;因此现行的循迹系统是利用装置在轮带处的感应器来检测轮带状况,当轮带打滑时计算机就会降低引擎输出功率,通常是数个汽缸不点火,或是在供油程序下功夫,让轮带停止打滑,以降低车辆因为轮带打滑所造成的失控状况,进而增加赛车速度。
      不过现在的循迹控制系统可不只是那样简单,随着电子技术的进步,现在计算机已可以做出较过去更为顺畅的循迹控制,不只是单纯地点火与供油而已,当前的程序技术已可让赛车在即将打滑时,循迹控制系统就开始作动,保持在最大摩擦力的边缘,得到最佳的引擎动力运用。
      循迹控制系统不仅在慢速弯道中有帮助,在高速弯中也有所助益,系统不只会在打滑的时候做出补偿的动作,就当车辆正开始滑动时就会介入,过去要以时速190公里半油门方式通过的弯,在配备循迹控制系统之后,可以时速200公里全油门的速度通过。
      F1赛车起跑控制系统
      起跑控制系统包含在循迹控制系统之内,它可以让车手在起跑时不会因轮带打滑而损失时间。跑控制系统的效率非常地好,如果它正常任务的话,起跑的速度会比车手自己控制到最好还佳,车手在起跑前按下起跑控制系统的开关,系统会在起跑之后车手收油时自动解除。
      根据Jordan车队的报告指出,在比赛中采用起跑控制系统是非常有效果的,他们的数据显示,使用起跑控制系统的Jordan EJ11赛车可在4.3秒内由0加速到100英里,但是没有使用起跑控制系统时却需要4.8秒,这就是为什么许多车手在经历那么多次因系统故障所导致的起跑失误之后仍坚持使用起跑控制系统的原因。


    与地表最紧密的结合--F1轮胎
      在1998年Good Year退出F-1之后,直到2001年之前所有的F-1赛车都使用Bridgestone轮带,但是从2001年开始米其林轮胎添加之后,当前10支F1车队中各有5支车队分别使用这两家品牌的轮胎。
      以往F1轮胎使用无胎纹的光头胎,在1998年,FIA规定以有沟纹的轮胎替换原有的光头胎,以降低比赛的平均车速,1999年开始轮胎的沟纹数目更由原有的三条增加到四条。虽然车手不断地抱怨抓地性能大打折扣、危险性大增,但众车队还是不断地研发出应变之策。
      轮胎是赛车速度的源,强大的动力与地面的媒介,如果没有一套好的轮胎,就算拥有最强劲的引擎,技巧一流的车手,效率超高的空力套件,是无法把力量转换成速度的,所以轮带在F1是相当重要的一个环节。
      F1的干胎规定直径必须是660厘米以内,宽度则是350厘米以内,同时胎面上要有四条对称纵向深2.5厘米的沟纹,从轮胎中心向外排列,每条沟纹之间必须距离50mm,这种和以前惯用的光头胎完全不同的干胎,是FIA为了降低F1越来越快的过弯速度所制订的新规格,以降低意外发生后造成重大伤亡的机会。

      干胎:
      在一场比赛中,每一位车手被限制使用10套轮胎,而其中3应用于星期五自由练习的轮胎则不能再被使用
      胎压:约为1.1bar
      轮带寿命:约为80~200公里视轮胎胎质而定
      理想工作温度:约为80~100℃
      雨胎:
      在一场比赛中,每一位车手被限制使用7套轮带
      胎压:约为1.1bar
      轮胎寿命:情况允许的话可跑完整场比赛
      理想工作温度:约为30~50℃
      半雨胎:
      在一场比赛中,每一位车手被限制使用7套轮带
      胎压:约为1.1bar
      轮胎寿命:根据天气状况而定
      理想工作温度:在湿地约为30℃,在乾地约为100℃

    昂贵F1:一辆F1战车的造价:5万至410万美元
             F1汽车大赛,不仅是赛车手勇气、驾驶技术和智慧的竞争,在其背后还进行着各大汽车公司之间科学技术的竞争。福特汽车公司就形象地把汽车大赛比作“高科技奥运会”。在汽车大赛中推出的新型赛车,从设计到制造都凝聚着众多研制者的心血,并代表着一家公司乃至一个国家的高科技最新水平。汽车大赛还是各国科技人才素质的较量。每辆F1赛车都是世界著名汽车厂家的精心杰作。
      据粗略统计,一部可以参赛的F1赛车价格在989370欧元左右。这个价格只是组装出一部可以开动的赛车,如果去参加比赛,还需要更换大量的配件。如果让一部价值约989370欧元的F1赛车跑一年的赛事,还需要有大量的配件。全年参赛总费用是8848770欧元,相当于885万美元。
      这些数字还是F1赛车的基本费用,如果再加上科研费、设计费、风洞实验费(甚至风洞实验室的造价)、公开和私下试车费,上述数字至少翻一倍。而新的数字统计中还不含车损,比如今年首站澳大利亚大奖赛小舒马赫“飞越巴里切罗”的精彩撞车镜头,每次这样的事故都要大幅度提高上百万欧元的消耗。此外,如果真将F1赛车放在赛道上,还得别忘了先在国际汽联交3680万欧元的押金。

      车体制造费用 (单位:万美元)
      法拉利 410
      迈凯轮 270
      丰田 200
      英美 200
      索伯 190
      威廉姆斯 150
      乔丹 150
      雷诺 140
      美洲虎 140
      米纳尔迪 75
      总计: 0.1925亿美元




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      发表于 2005-11-17 18:05:00 | 显示全部楼层
      不然怎么叫最高級的汽車較量...
      [move] [color="#FF69B4"]Msn ray.enzo@hotmail.com[/color][/move]
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