解除封印的地面效应！浅谈F1赛车2022年规则！

在大幅更改F1赛车设计思维的2022年技术规则里，最受到重视的就是大幅简化的赛车空力套件设计，以及“地面效应”的解封，但“地面效应”到底是什么？

其实就某种意义来说，正式名称为“文丘里效应”（Venturi effect）的地面效应一直都存在，但仅是被FIA限制使用方式而已，依据牛顿第三运动定律，赛车以高速在地面行驶时一定会产生作用力与反作用力，将地面效应的使用效率最大化一直是工程师的目标之一。

为了让赛车活用地面效应，最好的方式就是在赛车底盘制造出让气流有效通过的管道，让赛车底部形成近似真空的状态，比通过使用自由流（free-stream flow）、外观极为精细繁密的各种空力套件更有效率。如同车迷们近年来所见，虽然一路演变的2017年规则赛车在这段期间里不断写下各赛道的单圈纪录，不过制造的乱尾流也让后车难以贴近，进而让缠斗率大幅降低。

要正式说明地面效应的解封，我们就得回顾F1在1977-1982年间的地面效应时代，以及在封印地面效应后的赛车演进。

虽然F1在1983年规则中以赛车底盘必须全面平面化的规定将地面效应封印，不过如果各位车迷有机会观赏1980年代中后期的大赛，甚或是1994年的圣马利诺黑暗周，大家还是能发现赛车可通过设置在车尾的各式分流器（diffuser）取得足够的下压力。

不过圣马利诺黑暗周后，F1的两位大佬莫斯利与埃克莱斯顿公布一系列立即实施的空力限制方案，方案里除了宣布禁用排气扩散器（hot blown diffuser）外，也限缩了分流器的使用方式，虽然这些政策都是赶鸭子上架，但两位大佬至少对相关事件做出回应。

根据时任乔丹车队技术监督、本文作者Gary Anderson所言，当FIA公布一系列的空力限速政策时，乔丹车队正在赫雷斯赛道进行私人测试，一系列的调整虽然确实达到FIA想要的降低过弯速度的要求，但效果其实相当有限（按：FIA因此于1995年又增加了降低引擎排气量、底盘改用阶梯式设计等等技术规则作为对应）。

之后FIA与各车队持续在细节上周旋，直到2009年规则才又引发了一次大规模的争论——那就是奠定布朗车队在赛季前半横扫全场的基础，威廉姆斯与丰田两队在同一时间也有采用的双重分流器（double diffuser）。

双重分流器很快的在2010年禁用，直到FIA少见以增加速度作为核心的2017年规则为止，这套规则提供赛车更高的下压力与抓地力（因为轮胎加宽了），成为F1史上最快的赛车，虽然这套规则在2019、2021两年曾进行一部分的调整，但效果也如同以往相当有限。

我们知道历史是一直在回顾过去，但F1必须向前看，每次的规则修改与新技术都充满未知数，所以我们必须通过一些简单数字说明2022年赛车想达到的目标。

如果2021年赛车能产生1800公斤的下压力，那么大约有1/3的下压力将来自前鼻翼、1/3来自尾翼、1/3来自底盘，但空力载荷分布的比例是前2后3，代表前鼻翼将负责承受近81%的前部下压力，19%由底盘负责，后方则是尾翼55%、底盘45%，这完整说明了2017年规则赛车在试图贴近前车时会严重受到前车产生的乱尾流影响，让后车大幅丧失前部下压力而转向不足，即使车手可利用DRS，但效果仍相当有限。

接着我们回到地面效应赛车，如同下方照片所见，这些地面效应赛车有相当长的侧箱，其前缘已经与前轮后缘相当近，而且被称为“咽喉”的底盘最低点也比现代赛车更前面，位置应是在现代赛车的方向盘一带。

如果套用上面的公式，赛车的下压力将有10%来自前鼻翼、25%来自尾翼、65%来自底盘与扩散器，在空力载荷分布相同下，前鼻翼将负责承受24%的前下压力，底盘为76%，后方则是尾翼55%、底盘45%，这因此能说明当时为何有车队会在特定赛场中不为赛车装上前鼻翼。

当然FIA（当时称为FISA）也是有对策的，像是1981年就以安全因素禁止车队在底盘两侧设置活动式、且容易在比赛时脱落的导流围板，而且也设下最低离地高度，一系列的调整让底盘所能承受的下压力比例越来越低。

虽然FIA在2022年决定解除地面效应的封印，但在赛车设计思维已经与40年前截然不同下，2022年赛车的空力载荷分布比例恐怕不会有太大改变。

整体来说，2022年赛车的设计思维是大幅减少过度细致化的空力套件，进而减少赛车产生的乱流以增加缠斗率，但问题也来了，虽然乱流是变少了，但后车所能获得的下压力并不会因此变多，因而造成进退两难的情况。

如同上图所见，虽然2022年规则让赛车能通过分流器做出文氏管，但整体效率其实仅比2021年赛车来的好一点，底盘前缘的设计则是变得与美国印地赛车相似，以突出的前缘和内部的转向叶片调整气流走向，以对应不同赛道所需的下压力。

虽然Anderson不想太过悲观，不过他认为2022年规则走的仍不够彻底，赛车仍将相当依赖前鼻翼承受前部下压力，也许倍耐力的新型18寸轮胎能带来一些变化，但效果恐怕也相当有限。