一級方程式賽車的外形是如何一步步進化成現在這個樣子的?歷史上出現過哪些經典的造型設計?

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賽車造型的發展經歷了從簡單到精密的演化,技術的進步,規則的更改,安全性,環保性的考慮都是這種演化的動力。總體來看,賽車的造型像一條對數函數曲線,前期可謂頻繁改頭換面,而到了90年代之後,基本歸於平緩。


早期的F1是典型的管狀車架結構,這種車架強度大但結構輕,適合小量生產的賽車使用。在駕駛室的前部是賽車的引擎,而在座椅的後部則是賽車的油箱。初期的F1賽車大部分使用1.5升增壓引擎,例如橫掃賽事的阿爾法羅密歐159,此外,也有相應排量的自然吸氣發動機可供選擇。早期的賽車幾乎沒有空氣動力學,但大量採用的水滴狀的車尾依然體現了簡單的減阻的思想。鼓剎是當時賽車的首選,碟式剎車則首次被Cannuaght Engineering車隊採用。最先把後置引擎帶入F1賽車的是來自英國的Cooper車隊,1950年他們的F2後置引擎賽車參加了摩納哥大獎賽,而在50年代中葉,傑克布拉漢姆的T43第一次把2.0升發動機放到了駕駛室後方。1958年的阿根廷大獎賽,斯特林莫斯駕駛的T43賽車為中後置引擎拿下了第一個冠軍,這也標誌著一場顛覆性的革命的開始。

在中後置引擎獲得了優異成績之後,這樣的引擎布置方式的優勢也開始影響整個圍場,甚至法拉利也不得不承認這種設計的優異性。於是從60年代開始,一級方程式賽車開始了後置引擎的年代。1962年,天才的柯林查普曼為F1帶來了鋁製單體殼(monocoque)設計,這降低了賽車的高度和重心,也大大提高了對車手的保護。車手擁有了一個可以平躺著駕駛的駕駛艙和一個小巧的方向盤。

60年代另兩個對現代F1影響深遠的事件都來自蓮花。首先是FIA允許車身廣告的使用。Golden Leaf首次出現在1968年紐西蘭的Lady Wigram Trophy大獎賽的蓮花49T賽車上,並且在賽季第二站西班牙站首次出現在F1賽場。第二是空氣動力學的引入。1968年摩納哥大獎賽上,希爾和奧利弗的蓮花49B賽車上首次出現了前後定風翼,這幫助「摩納哥先生」希爾奪得了他的第四個摩納哥冠軍。隨後的賽季里法拉利等車隊紛紛效仿,在賽季末,大部分賽車都安裝了類似的空氣動力學套件。

儘管有了空力套件的雛形,但這些賽車依然和我們現在看到的F1賽車大相徑庭,其中一個很重要的原因就是,賽車引擎的冷卻進氣口依然開在車頭,而不是我們熟悉的兩側。1970年西班牙站,柯林查普曼把蓮花72的這部分開口移到了我們現在說的側箱的位置,並在車頭形成一個契形。這一設計使得賽車的阻力大幅減小,提高了直道上的尾速。蓮花72也是第一輛把進氣口放到車手頭頂的賽車,這一設計優化了進氣的總壓和氣流較低的湍流度。

1976年,一籌莫展的戈登穆雷終於找到了能為它的布拉漢姆減重的方法,他把目標瞄向了剎車碟。從BT49開始,F1開始具有了成熟的碳-碳剎車系統,這不僅降低了質量,更使得剎車碟和剎車皮具有了更高的摩擦係數和耐熱指標。

1977年,雷諾為F1帶來了第一款渦輪增壓賽車。上一次F1出現增壓引擎還要追溯到50年代初。雷諾渦輪引擎在初期表現得十分羸弱而且不穩定,直到1979年法國大獎賽,雷諾RS10才為渦輪增壓賽車贏得第一場大獎賽勝利。

這一年同樣見證了柯林查普曼領導下的蓮花的又一個神奇構想,這已經不是第一次我們看到這個偉大的名字。76年開始,地面效應被引入F1空氣動力學設計中,從此車底也被開發出來用於增加空氣動力學效益。1977年的蓮花78賽車的底盤開出了兩個類似機翼翼面的通道,當賽車與地面靠近時,形成類似半文丘里管,產生大量下壓力。為了增強這種效應,側箱與地面之間也被橡膠側裙密封起來。這種設計不僅帶來了高速的彎道速度,同時也具有很高的危險性。地面效應對離地間隙和俯仰非常敏感,嚴重時甚至會產生升力。1983年,這一設計終於被禁止。

1980年,經營著F2賽事的羅恩丹尼斯買下了邁凱倫車隊,邁凱倫國際集團隨之成立。從1979年開始,約翰巴納德就開始研究用碳纖維增強車身的可能性。兩年後,邁凱倫打造出了第一輛具有碳纖維單體殼的賽車MP4/1。這種設計增強了扭轉剛度的同時減少了30%的重量,為車手提供了強大的保護。1982年之後,F1隻有四次死亡事故(1986年安吉列斯,1994年拉岑伯格、塞納,2014年比安奇),這裡面的進步,碳纖維單體殼功不可沒。

進入80年代初期,渦輪增壓引擎大行其道。1982,法拉利拿下第一個渦輪增壓的製造商冠軍,驗證了增壓賽車的優越性。83年開始,圍場大部分賽車都使用了渦輪引擎。於是更多的翼片被設計出來以免賽車變得難以駕馭。渦輪引擎的馬力甚至開始超出廠商儀錶的量程。BT55的寶馬M12/13引擎可以爆發出接近1400馬力的排位賽功率。1987年義大利站排位賽,皮奎特的威廉姆斯FW11B做出了第一個渦輪時代的最高時速352.135kph。隨之而來的是安全上的限制。1988年,渦輪增壓值被限制在2.5bar,並且限制150L的場均用油,從1989年開始,渦輪引擎被廢止,取而代之的是3.5L自然吸氣引擎。

1987年,蓮花首創了主動懸掛。這種懸掛對當時的計算能力提出了嚴峻的考驗,通過懸掛上的感測器,受力數據被傳送至計算機,並快速反應給液壓減震,及時調整車身動態平衡,穩定空力平台。1994年,這一技術被禁止。1989年,法拉利車隊為F1引入了半自動變速箱,搭載這種變速箱的641賽車出師告捷。隨後的90年代,半自動變速箱普及了整個F1圍場。

進入90年代,電子設備開始大量湧現。1992年,威廉姆斯擁有了一輛強大的賽車,由紐維設計,同時裝備主動懸掛,半自動變速箱和牽引力控制系統(TCS)的FW14B席捲了整個賽場,幫助曼塞爾得償夙願。TCS幫助車手控制多餘的輪胎空轉,在很長的時間裡成為每位車手必不可少的裝備。此外,由於計算機技術的發展,包括貝納通在內的車隊開始進行計算流體力學的模擬,成為助推賽車設計的一大動力。

1990年F1引來了又一個劃時代的設計,特利爾019賽車首次把鼻錐抬起,以保證通向賽車底盤的空氣。儘管此後很多年裡F1依然被低鼻錐賽車統治,但這種設計的理念卻開始逐步影響包括紐維拜恩在內的大師們。1993年的FW15C成為了最後一款低鼻錐的冠軍賽車。

1994年拉岑伯格和塞納的離世促進了F1對安全性的改進。賽車底盤被加上了一塊木板,以擴大賽車的離地間隙。從1995年開始,安全問題成為改變F1賽車造型的重要因素。收窄的車身尺寸,削減的車身翼片,條紋胎開始取代光頭胎,引擎排量也開始減小到3.0L。1996年,車手的頭部保護被大大提升,駕駛艙側面被抬高。此外,環保問題也開始影響賽車用油的選擇。

此後,F1賽車的造型基本穩定下來。21世紀的賽車開始了一個不斷的完善和改進的過程,雖然沒有顛覆的設計,但於細微處還是能看到設計師們精益求精的精神,車身的曲線也開始變得複雜。邁凱倫車隊採用的散熱煙囪開始被所有車隊使用,車身兩側的破風板尺寸開始減小,並且起到複雜的導流作用,車身上開始出現各種小型翼片,前翼的寬度則有了一定程度的加大。05年開始,賽車的前鼻翼中部勺翼下沉以製造額外的下壓力,使得前翼整體呈現優美的V型,側箱底切,以向車尾輸送更多氣流。2006年,V10時代結束,V8引擎取而代之。07,08年的賽車可謂集大成者,這兩年也達到了F1賽車美學的巔峰。

當然正如我們所知,這一切在2009年戛然而止。為了削減開支,F1賽事進行了大刀闊斧的改革。光頭胎重回賽場,降低引擎使用數,降低引擎轉數,前翼加寬,尾翼抬高,裁掉側箱翼片,當然最重要的,KERS系統被引入以鼓勵超車。這些都使得原來趨向複雜的賽車設計變得簡潔。隨後的2010年,賽中加油被廢止,更大的油箱導致了賽車軸距的加長。2011年,DRS系統引入,這種直道上的減阻系統的確在一定程度上增加了超車。

2014年,規則有了新的改變,內燃機和其他5類混合動力設備合稱動力單元,1.6L渦輪增壓引擎成為標準。當然對賽車造型影響最大的,是因為低鼻錐而產生了有史以來最醜陋的鼻錐。2017年新規則下的賽車已經開始測試,寬矮的尾翼,復古的輪胎尺寸,這或許將把低谷中的F1帶入一個新的時代。


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引擎從前置到中置,單體殼的發明,空氣動力學的引入。


居然沒人提 泰利爾p34 ,雖然成績一塌糊塗,但還是我心中的經典啊

不過最主要的原因還是因為:

Boost on!
圖片都是網上找的


汽車最開始就是輪子外露的狀態,在後來乘用車輪子不外露之後,方程式賽車繼承了這個特點。

1960年代末之前都是前置前驅汽車為主流,當然也有Auto Union的異類,那時候的車就是一條雪茄裝上四個輪子。

隨著馬力越來越大,於是出現了引擎中置或者後置的賽車,駕駛艙到了前面,這是重大變革。

隨著空氣動力學應用的增多,尤其是1970年代中後期科林·查普曼引入地面效應之後,賽車從渾圓變得扁平,側裙平直而貼地。

同時由於抓地力要求越來越大,輪胎變得越來越寬。

1980年代後空氣動力學的更多應用,使得翼片變得更多。

1990年代初賽車外觀基本定型,每年不同的變化更多的是因為規則變化而導致的,並非顛覆性的。當然如果未來在安全考慮下引入封閉座艙那估計會對外觀有更大的影響。


今天的F1賽車有多麼安全
知乎專欄


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