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发表于 2009-5-8 00:14:02 |显示全部楼层
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本帖最后由 得特纳勒 于 2009-5-8 00:26 编辑

一、动力系统
F1的动力系统总是专业迷津津乐道的话题,所有人都想了解为什么同样的排气量,一台F1引擎却可以爆发出如此惊人的马力,而自己的爱车为什么只有不到它的五分之一?

    首先笔者要强调一句话,法拉利的创始人,恩佐法拉利曾经说过:“一台真正的赛车引擎应该是可以让你的赛车第一个冲过终点,然后在第二秒就立刻报废。”虽然这不是真理,但是在某种程度上它说明,F1赛车是牺牲了引擎寿命来达到极高的动力表现。想想你的车也许跑了十万公里都没有大修过,而一台F1引擎跑一千多公里就得报废,这样你就不用感到遗憾了。F1引擎的输出功率几乎从未停止过上升趋势,即使FIA(国际汽联)**了引擎规则,各车队也会马上让引擎的马力在新规则下迅速提高。早在F1刚诞生的上世纪五十年代,F1赛车的升功率就已经有100马力/每升,这几乎是现在世界上高性能跑车的标准。F1的马力巅峰是八十年代1.5L涡轮增压引擎带来的升功率750马力/每升,后来由于只能使用自然吸气引擎,马力增加减缓,但是在2005年最后一站,由于不用考虑寿命问题,法拉利和本田都把引擎调校到了超过1000马力,也就是超过300bhp/litre的升功率。后来由于引擎减小为2.4升V8,马力又下降到约750匹。

1980年雷诺的1.5L V6双涡轮F1引擎

今年雷诺的2.4L V8引擎,功率只有涡轮时代的一半
一台V8的F1引擎在19000转时可以输出它的最大功率,同时它每秒要吸入超过650升空气,油耗超过75升每百公里。而这时汽缸内活塞的运动加速度超过9000个G,这是什么概念?就是说如果用我们民用车发动机的制造材料,比如铝合金,那么这个加速度产生的力足以让活塞自己把自己撕得粉碎。F1发动机的结构与民用车一样有汽缸、活塞、曲轴、气门等等,只是都是用强度极高的类似制造航天飞机的镁钛合金材料制造,然后用碳纤发动机支架固定在底盘上。F1引擎体积小,重量轻(只有约90kg),采用中置设计,这也是为了便于安排车身的重量分配。

F1都是MR(中置后驱)
下面要讲一讲怎么把这750匹马力传递到车轮上。F1的变速箱并不是像许多认为的那样使用双离合器的设计,而是更像摩托车的变速器,而且完全电控,一般是七个前进挡,而换挡时间基本为零。如果你觉得法拉利跑车100毫秒的换挡时间已经非常短的话,那F1比这个还要快。因为法拉利只是使用了F1技术在民用跑车上,但它还不是F1。一场F1比赛车手要换数千次档,所以哪怕一毫秒的换挡时间积累起来都是巨大的差距。F1车手通过方向盘后面的拨片控制换挡,这在很多民用跑车上都可以看见。不过F1为什么不使用自动换挡的设计呢,不是因为我们民用车上出现的自动挡换挡慢,而是因为在F1上,通过技术改进可以让自动档比车手的反应还快,这和FIA(国际汽联)要降低车速的目的显然是背道而驰的,而且也不能体现出车手的驾驶技术。最后,动力通过后轴上的扭矩敏感式差速器传递到两个后轮。不过我们明年将看不到电控部分的TC(民用车上我们叫TCS),也就是牵引力控制系统了。这样车手要保证赛车起步的时候后轮不打滑,又需要很高的技巧。

钛合金的F1变速箱壳体,体积非常小
最后再谈一下动力系统的散热,由于F1不像民用车在散热器前面有电子扇辅助冷却(但它并不是风冷),所以低速行驶对赛车的动力系统的伤害是比较大的。这一点也可以从车手们刚出站时不能马上把速度提上来可以看出,因为停站加油时发动机不能得到很好的冷却,所以刚出站时引擎性能会下降,但是跑上一会儿就会很快恢复的。

台架上的法拉利F1引擎,看看火焰的颜色就知道温度有多高了
国际汽联现在执行的引擎冻结计划据说又要延长,虽然这可以减小车队的开支,并且让比赛变得好看,但是大车队显然是不愿意的,因为这样它们在引擎马力上的优势就又将丧失。
燃油
说到动力系统,不得不谈谈它的“食物”—燃料,而带给我们太多技术惊奇的F1烧的不是别的,正是汽油,这和我们的民用一样,只是添加剂不同。过去F1曾经烧过其它的比如苯、甲醇之类的混合燃料,虽然这些燃料动力很强,但是对发动机的腐蚀很厉害。最后车队共同回到了汽油。

    国际汽联对F1的燃油有严格规定,特别是那些非碳氢化合物的添加剂,而且专门成立了实验室检测比赛时的燃油是否符合规定。一支F1车队在一个赛季包括前期试车要烧掉200,000升燃油,而这中间有超过50种不同的配方专门为不同的赛道设计,这些配方不仅要考虑动力输出还要兼顾引擎的寿命。显然这样的燃油如果加入我们的民用车是非常好的,只是成本是我们普通人无法负担得起的。

    进站加油现在已经是F1比赛策略的一部分,安全快速的加油对赢得比赛是非常重要的。为了公平起见,维修站的加油机都是同一家公司提供的。它每秒可以向油箱注入12升燃油,同时会抽出油箱内的空气和燃油蒸汽。输油管接头和车身上的加油口一共有两个自动活门,加油机也有自动关闭装置。F1赛车的油箱内部是类似海绵的结构,这样赛车在过弯时汽油就不会全跑到一边而让油泵供不上油。


其实各车队的加油机都是一样的

F1加油通常是2个技师来完成
即使在比赛结束以后,燃油的使命还没有结束,车队还要对比赛中燃油的使用情况进行分析,以确定这种配方对发动机的影响,并为以后的比赛积累数据。
二、刹车系统
在知道了如何让F1跑得更快以后,让我们了解一下他们又是如何让赛车几乎是在瞬间减速下来的。刹车系统的工作原理在F1和民用车上都一样:就是通过刹车系统,把车子的动能转化为热能,然后把它们发散出去。很可惜现在F1比赛都是在白天进行,如果在比较暗的光线下,你就可以看见F1赛车在刹车时它的刹车盘因为高温变得像烧红的烙铁,这就是把车子的动能转化成了光和热。

注意箭头,白天你也可以看见通红的刹车盘
就像我们现在的很多民用车技术都是从赛场上走下来一样,现在几乎成为标配的ABS系统也曾经在F1赛车上使用了很长时间,不过在九十年代这项技术被禁止了。虽然高速时轮胎抱死不仅会延长刹车距离,而且也会让转向失灵而十分危险,但是在赛车中这正是考验车手技术的舞台,玩赛车的都知道刹车是最难掌握的技术之一,而一个优秀车手可以让刹车力恰好在抱死的边缘,而这项技术要比最新版本的ABS系统厉害的多。

    现在F1赛车都是使用双回路的液压制动系统,以保证比赛时刹车系统不会彻底失灵,而前后轮的制动力分配可以在方向盘上随时调节,一般大致是60:40的比例,这和民用车是相似的。不过要深入到技术层面,F1的刹车系统要比民用车先进的多,必竟F1赛车160kM/h~0的刹车距离比宝马M5从100~0的刹车距离的一半还要短。F1赛车的刹车盘是碳纤复合材料的通风盘,它的寿命很短,基本只能坚持一场比赛。但是在寿命内它能保持很好的稳定性和持久性,因为几乎是踩刹车的同时刹车片就会立刻上升到超过750度的高温。而且它的重量非常轻,一只刹车盘的重量只有1.5kg。F1刹车系统的散热性能非常好,它从来不知道刹车热衰退是什么。不过如此先进的刹车系统却没用助力,大家都知道自己的车在熄火时刹车几乎是踩不动的,因为没有助力刹车就像踩砖头一样。而F1车手却是一直在踩这样的“砖头”,当然他们的腿部力量是我们不能相比的。

F1刹车的结构
FIA曾经企图降低F1刹车系统的效率来**车速的提高,但是车队们当然是十分反对的(谁也不会愿意把一辆刹不住的F1开到300km/h)。另一个原因是通过晚刹车在入弯时实现超车现在常用的技术之一,这也是靠优秀的煞车系统来保证的。现在又有计划说F1在未来要采用刹车回收系统,把本来转化为热的动能再通过刹车系统回收利用(国产的丰田普锐斯就有类似的设计),虽然技术上来说这没有问题,但是对于向来不在乎烧钱的F1,这个计划似乎有点可笑。
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帖子标签: F1赛车, 动力, 系统
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发表于 2009-5-8 11:46:03 |显示全部楼层
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