F1赛车的构造

F1赛车的构造

1、车身：F1赛车的车身采用碳素纤维增强塑料。

2、发动机：F1赛车可以使用排气量3000CC以内的10缸发动机，其最高转速可以达到每分钟19000转，最高输出功率达到900马力。

3、轮胎：轮胎采用高抓地力的软质橡胶。

4、方向盘：F1赛车的方向盘比起一般汽车的方向盘要来得小，整个体积相当于一个A4大小的笔记本电脑。

5、刹车系统：由刹车碟和刹车缓冲器两个部分组成。

6、车翼：车翼分前翼和后翼。

F1的车身是用什么材料做的？

看起来很脆弱，是石墨化的效果，其实是为了更好的保护车手。F1赛车材料主要是碳纤维材料。碳纤维的最大缺点就是昂贵。所以除了航空航天用的到，剩下的基本就是F1赛车了。您可以注意一下F1赛车出现事故后，比如前鼻翼撞到护墙了，我们找不到鼻锥在哪里，因为鼻锥是完全由碳纤维制成的，在撞击的一霎那产生巨大的impulse（不好意思，真不知道怎么翻译），极短的时间，巨大的撞击力，碳纤维立即成为粉末，尽可能地吸收这些力，从而保护赛车手。碳纤维的构造和原理：/200601/10/1516.htmF1赛车的制造：利用CAD输出的资料，计算机控制的精密切割器具开始打造第一具赛车模型。制作这具模型的材质是人造材质Ureol，不过它的性质接近天然的木材。利用这个模型，车队可以利用碳纤维生产打造车身的模具。模具诞生之后，接下来就是手工打造的时间。熟练的技师将碳纤维一层一层地贴在模具上，车身每一个部位因为承受的压力不同而贴上不同层数的碳纤维与不同的排列方向。每一层碳纤维的排列方向决定了车身承受压力将往哪一个方向分散。所以这个程序需要谨慎地执行，吹风机与手术刀此时都会派上用场。F1赛车的碳纤维层数平均是12层，另外在最中央的部分铺设蜂巢结构的铝合金。费时的碳纤维铺设工作结束后，最后一步就是将车身送进高温与高压的特别烤箱中让每一层碳纤维紧密结合。这样的程序要反复进行三次后一具车身才能算大功告成。烤出第一具车身需费时六周，不过第一具车身制造完成后，后来的车身只需一周即可出厂。

F1赛车的底盘有什么作用？

F1赛车底盘仅重35公斤（80磅）左右，是现代工程的杰作。它是赛车的重要组成部分，许多负载元件直接装配在上面，所以要求赛车底盘有足够的强度，可以承受各个方向的冲击力，同时不发生各种变形。在底盘前部，前悬架和转向系统传递赛道表面状况以及侧向反力和制动力。前风翼也通过翼板上的车鼻传递大量的气动载荷。底盘的后部是发动机支座，由于是赛车底盘前半部
和后半部（发动机，变速箱，后悬架和后风翼）的连接点，所以要承受巨大的弯矩和扭矩。赛车底盘的侧面，也必须十分坚固，因为那是边舱的连接点，会有强大的气流通过。负荷甚至传递到底盘的底部，底部的底板是空气动力学装置，能配合产生强大的下压力。车手受到的制动惯性力以及转向离心力也会通过座位和安全带传到底盘的底部。
F1底盘基本上都采用碳纤维材料，相对于它的重量，其强度是很高的。底盘要有足够的防止变形的能力，这对赛车的总体性能很关键，因此扭转刚度和弯曲刚度是非常重要的。另一个基本的设计要求就是要有足够的抗碰撞能力，否则的话，在重大的事故中赛车就不能保护车手。一方面要有足够的刚度，另一方面又要有足够的抗碰撞能力，这是一对矛盾的事物——因为越坚硬，所需碳素材料越多，碳素材料越多，结构就越脆。所以，规定一些材料是不允许使用的，这些材料没有足够的弹性，不适合F1运动环境，这就是所谓的“高模量”碳纤维。
通过流线型设计将冲击载荷分散，避免尖角形状产生的应力集中，底盘设计者能够解决硬度和弹性之间的部分矛盾。底盘设计中运用了先进的计算机技术。给定底盘复杂的结构及作用在上面的力，运用有限元分析计算出一个坚固、轻重量的底盘结构是一件很容易的事。有限元分析是一种计算方法，在设计阶段可以准确度的进行设计初级阶段的预测和关键部位的分析。尽管底盘的结构特点比较复杂，通过计算机将其简化成一定数量的单元，就可以分析其特性以及在大量载荷下所发生的变化，并且计算最有效的制造途径。
FEA（有限元分析）软件能够用彩色的符号显示结构载荷分布情况，显示哪些地方应力集中，哪些地方是可能发生脆弱断裂的点，设计者可以根据这些修正他的设计方案，做动态和静态仿真。通过这些方式夸张显示底盘的细微变形，便于设计人员找到发生变形的部位。没有FEA，底盘的结构就会可能有更多的不完善之处，底盘会比实际需要的更重，使赛车缺乏竞争力。像碳纤维材料一样，FEA最早运用于航天工业，然后被F1设计者所采用。运用于F1中最著名的FEA软件是PTC公司的Pro/MECHANICA，法拉利车队就用此软件。
F1赛车底盘为“三明治”结构：中间是蜂窝状铝板，两外层为碳纤维。两外层由许多层碳纤维组成，被紧紧地压在一起（经过高温高压处理将柔韧的结构变很坚硬）。碳纤维在成型之前注入了环氧树脂，并确保树脂均匀分布，保证固化后成份的一致性和材料性能。这三层结构以极高的密度紧紧地贴在一起而形成了一个整体。
直到现在，F1底盘分块制造，然后再粘接在一起。但在这个过程中，强度，刚度和重量都已进行了优化，所以实际上可视为一个完整的整体。对驾驶舱的两个部位进行了加固— 一个是车手的后靠背，一个是车手膝盖的周围。
相对赛车的其他部件，底盘的制造需要花费更多的时间，因此必须首先设计底盘。在底盘制造之前，必须先生产一个与之大小相同的模型，再根据它制造模具，在模具中粘贴碳素纤维，最终制成底盘。这是一个从CAD到CAM的过程，同样采用了计算机辅助制造技术，从CAD设计系统出来的数据，转换成CNC代码进行模型加工。这种底盘模型一般是由厚板加工而成的，将这些板铆接在一起，即制成底盘模型，
底盘模型
底盘模具都采用碳素纤维制造。为了制造底盘模具，先将底盘模型涂上一层环氧涂料，防止树脂的侵蚀，再通过烘烤使涂层变硬，然后用非常细的干纱或湿纱及锉来打磨，使表面变的光滑，之后涂上褐色的、暗蓝灰色的粉状速凝剂，制造模具的过程中需要粘贴多层碳素纤维，最后，把模型从模具里取出，形成底盘模具的内表面.
底盘模具
再看一下底盘的制造，将数百个独立的碳素纤维一块一块贴到底盘模具上是一个细致且耗时的过程，见图3。高速层合机按照底盘设计者给定的明确的指令和图表进行操作，底盘每个特定的区域碳素纤维的数量反映了当赛车高速行使时该区域的承载能力。同样，碳素纤维层的贴放角度反映了承受载荷的方向。例如，如果碳素纤维按某一特定方向排列，就可以将载荷转移到底盘的指定部位。相反，如果碳素纤维无序排列，则可以将载荷分散。碳素纤维的排列方式取决于该部位所受的是扭力、压力还是拉力。F1赛车的底盘由多向碳素纤维和单向碳素纤维构成。
制造底盘
在底盘制造成型阶段，需将碳素纤维层在模具上紧压成型。将成型好的底盘模具罩上特制的塑料套，在高压高温舱中进行处理。高温使碳素纤维中的树脂变软，通过管子把树脂吸出，这增加了纤维对树脂的比率，大大提高了碳素纤维的结构性能。高压有利于这个过程的实现，但更重要的是，高压使碳素纤维层更紧凑，同时使之更粘紧模具内表面。这个过程被称为“固化和成型”。
当加工完成第一层的碳纤维层，接下来是蜂窝状铝板材料层，它们之间通过一层粘合剂牢牢粘合在一起。根据FIA规定，针对赛车设计者对底盘特殊区域结构的不同要求，蜂窝状铝板的厚度是可变的。
利用填充物实现底盘结构的局部加强。填充物置于蜂窝的空洞里，在这些部位，螺钉和其它紧固件将底盘与悬挂连接在一起，车手安全带等也是通过这种办法实现固定的。这些填充物一般是铝或是一种密度非常高的注入树脂的纤维材料特弗龙。从总体上讲，这种碳纤维/蜂窝状铝板的“三明治”结构十分坚固，但是这种结构不能承受内部载荷，如果没有填充物，底盘将在螺钉和其它有集中载荷的地方发生断裂。这些填充物的形状与尺寸，要根据与之相连的装置的性质而定。
当蜂窝状铝板层和填充物加工完成，就在上面再加一层碳纤维，并像第一层碳纤维那样进行高压处理。尽管碳纤维由许多层组成，但一经组合，它们变得非常薄。
从模具中取出底盘，接下来就是在底盘上钻孔，为了保证精度，这项工作是由CAD驱动的五轴全自动钻孔完成的——钻头可以在五个方向操作，即上下、内外、左右、倾斜上下和倾斜左右。底盘上需要钻孔的部位是：底盘的前端，用来安装前鼻箱；底盘的侧面，用来安装边舱；底盘的顶端，驾驶舱开口的前部，安装前悬架的内部组件支架。

F1赛车结构

法拉利F2007技术参数：
车型代号 F2007 车身总长 4545毫米
车身总宽 1796毫米 车身总高 959毫米
轴距 3135毫米 轮毂尺寸 13英寸
后轮轮距 1405毫米 前轮轮距 1470毫米
车身总重 600公斤(含水、润滑油和车手) 底盘结构 碳纤维蜂窝状符合结构
引擎代号 056 气缸数量 8
气缸夹角 90度 气阀数量 32
阀门驱动 气动 引擎排量 2398毫升
活塞直径 98毫米 引擎质量 95公斤
燃油 壳牌V-PowerULG62 润滑油 壳牌SL-0977
变速箱布置方式 纵置变速箱(带防滑差速锁) 变速箱结构 7挡连续式半自动变速箱(1倒挡)
制动系统 碳纤维通风刹车碟 悬挂系统 前后双叉臂(主动推杆、旋转减震器)
法拉利F2007深度分析:转用零龙骨 长轴距另有学问
法拉利的新车F2007从亮相到现在，已经有接近一个月的时间，公众在这段时间里对它的了解也越来越多。但是对于其设计的出发点、核心的技术变化却知之甚少，尤其是对加长轴距感到不解。为此，我们撰写了这篇深入的技术分析。文章不仅揭露了F2007发生的核心变化，更重要的是讲述了背后原因，希望对于热衷F1技术的车迷了解赛车，能够起到真正的帮助！
一，以空气动力学为设计出发点，延长车身轴距
法拉利的新车，通过查看技术参数就可以发现的变化是，轴距大幅增加了，而这背后，隐藏着巨大的学问。法拉利老车型248F1的轴距为3050毫米，新车F2007达到了3135毫米，增加了85毫米之多。这在大多数车队都在为新规格的普利司通轮胎而缩短赛车轴距、前移重量的情况下，似乎让人费解。
对此，法拉利的底盘总监科斯塔(Aldo Costa)这样说道：“这纯粹是因为空气动力学。我们不相信在本质上会对车辆的动力学造成巨大的冲击。相反，这为我们以更好的方式发展空气动力学创造了更多的可能。”
但科斯塔的话，或多或少在弱化加长轴距带来的负面效应。关于这点，我们需要先了解一下新轮胎发生的变化。冬季测试期间，普利司通方面已公开承认，与上赛季相比，新轮胎结构明显更弱了；不论是前胎还是后胎，都比两家轮胎供应商提供轮胎的时期要弱。但是后轮扮演着更大的因素，这正是大多数车队缩短赛车轴距、前移重量的原因。
回到法拉利的新车，车队在新车发布会上表示，F2007增加的85毫米全部用于驾驶舱和前轮之间。以这种方式增加轴距，将对赛车的重量分配带来主要冲击，必然造成赛车的重量后移，显然这与普利司通的新胎特性是背道而驰的。那么法拉利为什么要这么做呢？这又牵涉到另一个因素，新的撞击测试规则。
FIA在本赛季，引入了更加严格的车尾撞击测试，造成车尾的气流效率受到影响。法拉利的空气动力学小组认为，夺回由于新尾锥造成车尾损失的下压力，比名义上的重量分配要求更重要。而且模拟工具告诉他们，即便是后轴的负荷增加，但只要能制造更强的后部空气动力学抓地力，以防止后轮出现滑动，同样能缓解后胎的负荷。换言之，加长轴距带来的负面效应，是可以通过空气动力学来克服的。
至此我们可以发现，法拉利在设计赛车的首要出发点是空气动力学，而不是如何去适应轮胎。当然，这也是很自然的，因为法拉利凭借与普利司通多年的合作，早已知道日本轮胎的秉性，即便是新胎发生了巨大的变化，法拉利也不会落在他人之后。
从本质上讲，F2007与248F1每一处空气动力学外貌的区别，都源自于设法提高通向尾部的气流，以克服更加严格的车尾撞击结构带来的负面效应。按照新规则规定，新尾锥不仅要求具有更高的吸能能力，其形状也进行了严格规定，而正是因为强制规定的外形，阻挡了中央扩散器的气流通道。因此扩散器的气流流量受到了限制，唯一弥补损失的下压力的办法是提高气流的流速。
而加长的轴距，将起到推动作用，同时还有新的零龙骨前悬挂结构和新的散热器设计。F2007的散热器接近呈水平放置，这样允许赛车侧箱的下沿内切的更加厉害。因此创造了更加有效的低压区，加速了气流沿着侧箱流向车尾。另外，更紧凑的车尾包装也促进了车腰收的更细。综合这两个新特征，大大的提高流向车尾横梁翼气流的速度，引导更多的气流从两轮之间流过，而不是让其从轮胎两侧散失，成生更多的阻力。
关于车尾横梁翼需要特别说明的是， 老车型248F1劈开的设计方案被保留了下来，这样主要是能够让中央的扩散器设计的更大。但是由于新赛季引入新的车尾撞击结构，因此大多数其他车队的设计师都认为，这样的设计将不再具备优势。不过很显然，法拉利的空气动力学部门主管埃里(Johe Iley)可不这么认为。
在空气动力学方面，F2007的变化还有散热器的入口和出口都进行了重新设计，这反映了散热器的不同的放置方式和尺寸的增加(关于F2007的尺寸加大，本文后面还将进行更加详细的分析)。从刚刚发布的新车，到本文截稿为止，F2007都没有安装散热烟囱(但预留了安装位置)，只在侧箱机盖上开凿了大面积的散热窗，另外，值得关注的是，新车还在变速箱的正上方开了一个气流出口。这在法拉利车上还是第一次。
法拉利在新车发布期间已明确表示，当前的车身套间是临时的，前翼和尾翼都是直接沿用248F1。前往墨尔本，会被换上新的。另外，实战版本的车型可能会重新装上位于鼻锥上的气流调节片，以将更多的气流向车尾输导。
二，零龙骨前悬挂 强化的单体壳
为了提高空气动力学效率，法拉利最终还是抛弃了一贯坚持的单龙骨设计，改用零龙骨布局。但是需要特别提到的是，F2007的下叉臂并不是直接连接到底盘上，而是像退化的双龙骨一样，通过两根微微凸出的加强筋与底盘(单体壳主体)间接相连。
这使得该区域的单体壳得到了加强，至于是否增加重量法拉利并未透露，但有一点可以肯定的是，会对悬挂几何结构的调节，带来了一定的限制。前文中提到，新车的轴距增加了，因此为了保证赛车拥有同样的扭转刚度，对单体壳进行强化成为必须，赛车的质量因此增加。
关于赛车的重量增加还包括散热器。F2007为了让侧箱下沿收的更窄，被迫改变了散热器的放置角度。新车的散热器类似于F2004的方案，接近水平放置。根据空气动力学设计的要求，侧箱的气流入口越小越好，当然，这与将侧箱下沿收的更窄的思想刚好吻合，但它同时又带来了另一个问题，如何维持其散热能力？在技术水平未取得突破性进展的情况下，既要缩小进气口尺寸，又要保持热交换能力不变，唯一的办法是增加散热器自身的尺寸，因此，F2007的散热器更大更重了。
提到质量，还有一点。法拉利在新车发布会上公开承认，单独为满足更加严厉的车头、车尾以及侧面撞击测试，新车的重量就增加接近十公斤，如今再加上上面提到的强化底盘和加大散热器带来的额外质量。因此，F2007配重自由度必然会受到进一步的影响。
当然，新规则带来的大约10公斤的质量，对于所有车队都是平等的，同时引发的外观变化也基本一样。“在鼻锥的溃缩变形形式上，必须取得进一步的发展。而车尾，FIA不仅规定了尾锥撞击结构能够吸收的最大的G值，还规定了空间要求，所以每一支车队尾锥的尺寸和形状都是一样的。”法拉利底盘总监科斯塔解释到。而这也正是MP4-22的尾锥改为传统设计的原因。
在底盘方面，要谈到的最后一点是后悬挂。新车的后悬挂保持了原来的结构，即扭杆与中央的萨切斯旋转减震器相连。在这里需要提到的一点是：旋转减震器是目前减震器中最紧凑的结构。它由萨切斯在2003年率先开发出来，法拉利F2003-GA是第一辆配备这种减震器技术的赛车。
言归正传，虽然F2007的后悬挂目前是使用的老结构，但改进工作会接踵而至。目前，一个旨在降低后胎工作负荷的发展项目正在进行。去年在赫雷斯对07款的轮胎进行首次测试时发现，软配方的轮胎在所有车上降级的速度都非常快，这使得改进后胎工作负荷的发展项目变得更加急迫。
除了应急方案，法拉利一种新的悬挂结构正在酝酿中，计划在季中推出，具体时间未定。
三， 引入无缝变速箱 优化引擎性能
从F2007开始，法拉利加入了由迈凯轮和本田率先开创的无缝变速箱俱乐部，只是法拉利更喜欢将这套系统称为快速换挡变速箱(quick shift gearbox)。“他几乎是同时换挡，节约了从一个挡位切换到另一个挡位的时间，科斯塔(Aldo Costa)在谈到新变速箱时说道。
2006年4月17日，法拉利首次对外公开正在开发自己的无缝变速箱系统。只是他们的路走的有些曲折。“现在我们正在测试这套系统，但是它不会在本赛季的比赛中使用。在我们最初的计划中有一个非常复杂的系统；它同时拥有极高的可靠性，但是系统太复杂了，不利于维护保养，又重又昂贵。”前技术总监罗斯-布朗(Ross Brawn)在当时说道。“所以我们打算造一个比较简单的，但这同时会伴随着一些风险，因此我们仍需要进行大量的测试，将风险降至最低。”
根据布朗在公众场合的口吻，他自始至终都在弱化无缝变速箱的优势。“使用无缝变速箱是有一定优势，但是它并不像人们想象的那么大。”
和旧变速箱一样，新变速箱也采用了碳纤维的外壳。但是进行了重新塑形，以满足尾部的空气动力学设计和新的尾锥规则要求。
引擎方面，法拉利的056在上赛季末被认为是最强的心脏。本赛季的版本是其基础上优化的产物，但是代号没有变。056 V8的活塞直径设计达到了FIA允许的上限：98毫米。新的引擎总监西蒙(Gilles Simon)表示，从提交引擎开始，改进工作便一直在进行，尽管是非常小的改动，但是效果很显著。当然，法拉利也需要对电子系统进行重新调整，以满足19000转/分的转速限制。
“FIA允许我们对燃烧室、凸轮轴和阀门进行改进，加上我们还减轻了一些部件的质量，使得引擎的扭矩输出曲线增强，并提高了可靠性。当然，我们还会与壳牌携手发展燃油和润滑油，同时会改进气箱，并着眼于减少引擎的内耗。”西蒙在谈到新引擎时说道。

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