2021/04/05

【F1】2021 賽季雜談︰ 低傾角戰車未落?

在第一場比賽之中,相信大家都看到一眾使用低傾角(Low Rake)戰車的車隊表現較差,Mercedes 的優勢完全被抹去,Aston Martin 更是跌出中游前列。雖然最後還是由 Hamilton 取得勝利,但這主要是歸功於 Hamilton 的能力多於W12的速度。那麼,今季的新規則如何影響低傾角戰車?影響有多大?一眾受影響車隊又能否補救?

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在第一場比賽之中,相信大家都看到一眾使用低傾角(Low Rake)戰車的車隊表現較差,Mercedes 的優勢完全被抹去,Aston Martin 更是跌出中游前列。雖然最後還是由 Hamilton 取得勝利,但這主要是歸功於 Hamilton 的能力多於W12的速度。那麼,今季的新規則如何影響低傾角戰車?影響有多大?一眾受影響車隊又能否補救?

新規的影響

FIA為了減少今年戰車的下壓力,以減低新戰車對沿用了3年的 Pirelli 輪胎配方做成的壓力,今年針對底板推出了新規則。在去年,車隊被允許在底板上開槽,這些槽除了有利梳理氣流走向,還可以改善底板氣流的流動效率,並增加底板下空氣渦流的渦量(Vorticity),從而製造更多下壓力(Downforce)。而這些氣流被梳理之後,會減少車身附近亂流的影響,也可以提高車尾擴散器(Diffuser)的效率和氣流密封能力。不過,隨著今年限制開槽,剎車管(Brake Duct Winglets)和擴散器各被縮小了40mm 和 50mm,以上提及的好處都會消失。再加上規則再把底板向入縮短了100mm,這將進一步削減底板製造下壓力的能力。按FIA估計,戰車對比起去年將損失大約5~10%下壓力,圈速損失則是1~2秒左右。觀乎巴林站的圈速數據,基本上影響與FIA的估計一致。(圖片來自F1官方)

那為什麼這規則似乎影響一眾 Low Rake 戰車更多?原因是這種概念的賽車,底板的設計需要盡可能的大和靠近後胎,以彌補低傾角所造成的地面效應(Ground Effect)不足。地面效應可以增加下壓力,但由於 Low Rake 造成車底空間過小,車隊只能夠以更大的底板(面積)補足空間不足的問題。另外,車隊也會用上開槽來阻止後輪產生的亂流侵入底板和擴散器之間的氣流走向,以及加強擴散器的氣流密封能力,否則在亂流和強風影響之下,賽車製造的下壓力就會出現難以預測的波動。因此,Mercedes 和 Aston Martin 被發現在底板上投入了比對手更大的工作並非偶然。W12採用了波形底板,AMR21 則擁有兩到三層的底板結構,目的都是為了增加底板下空氣渦流的渦量,然後盡力阻止亂流侵入,但是明顯還沒有達到希望的設計效果,套用 Mercedes 內部的工程師所言,新規是「直接破壞W12的設計概念」。

而 High Rake 戰車方面,高傾角增加了賽車底板的空間,加強了底板和擴散器之間的空氣流速,因此地面效應作用非常足夠,所以新規對他們的影響會較小。當然,高傾角戰車的阻力會較大,在賽道高低不平的地方也較易令車底的氣流受破壞,不過這又是另一個故事了。


從數據看影響力度

那麼,新規對兩個概念的戰車的影響分別有多大?最簡單直接就是用單圈速度作比較,以下是3個月前巴林站的排位數據與上星期排位賽的對比︰

1. Ferrari︰+0.541s
2. Alfa Romeo︰+1.218s
3. Red Bull︰+1.319s
4. AlphaTauri︰+1.361s
5. Mclaren︰+1.385s
6. Alpine︰+1.832s
7. Williams︰+2.022s
8. Mercedes︰+2.121s
9. Aston Martin︰+2.279s
10. Haas︰+2.338s

撇除數據太過極端的 Ferrari 和 Haas(Ferrari 去季自己作死,Haas 今季沒有進行研發,因此兩者不納入分析) ,從數據之中可見一眾低傾角戰車是最受今季下壓力丟失的問題影響,特別是使用 Mercedes 引擎的那三家,三支都比去年慢上2秒。唯獨 Mclaren 今季換上了比上季更低傾角的底板,但神奇地只比去年慢1.3秒(MCL35M的底板傾角約為1.9,比去季低了一點點,W12約為1.7,RB16B約為2.3)。而受影響最少明顯就是一眾高傾角戰車了,2支紅牛系戰車皆只比去季慢上1.3秒,這也就是為什麼 Red Bull 今季有力挑戰 Mercedes,AlphaTauri 有力在中游攪局的原因。

如何補救?

正如 Aston Martin 領隊 Otmar Szafnauer 所言,補救難度相當的高。原因有二︰

1. 不只是傾角問題︰高低傾角涉及一整輛戰車的空氣動力概念,如果要修改定必牽一髮而動全身,底板,側箱(Sidepod),破風板(Bargeboard)甚至懸掛系統(Suspension)等全部都要重新設計,在下季規則大改之下根本不值得如此做,而 Mercedes 也沒有做高傾角戰車的經驗,風險極大。

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