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民用與賽車用風洞對比分析 |
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| 記者/Hunter Hsu |
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德國汽車大廠BMW於6月22日為其最新的工程測試中心揭幕。這個位於德國慕尼黑研發總部旁的Aerodynamic Test Centre空氣力學測試中心，是BMW投資超過1.7億歐元，耗時3年所興建的最新研發中心，內部設有2組風洞，這不但是BMW前任執行長Helmut Panke博士在2006年9月1日卸任前通過的大型投資計畫，亦再一次掀起了外界對風洞的好奇心。
 | | | 風洞過去波音或是達梭之類飛機製造商才會擁有的設備，現在卻成為每支F1車隊與車廠的必備設備。 |
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關心汽車工業、甚至賽車運動的讀者絕對不會對「風洞」這個名詞感到陌生。風洞過去波音或是達梭之類飛機製造商才會擁有的設備，現在卻成為每支F1車隊與車廠的必備設備？1980年代之後，空力效率對F1賽車性能及民用車耗油表現的影響比重越來越大、甚至已經成為最重要的部分。在1960年代以前的F1比賽中，車輛科技水準的高低對比賽結果的影響並不大：只要擁有 (買到) 一顆馬力不算小而且性能穩定的引擎，搭配上通常是車手親自設計的車身、一台F1的參賽車輛就這麼誕生了！
在那個年代比賽勝利與否的關鍵在車手本身、各名次之間的差距也很小！以1969年Jackie Stewart拿下世界冠軍的Monza站GP大賽為例：第一到第四名的差距分別為0.08、0.09、0.02秒 (總和只有0.19秒) 。但從80年代末期開始，風洞性能成為F1車隊總體實力的重要關鍵。過去Jaguar車隊 (Red Bull車隊前身) 成軍之初決定借用北美Ford車廠的風洞、後來還是決定建造自己專屬風洞、一度還先買了Arrows車隊的風洞暫時使用。結果卻發生了「測試資料在輸出時發生錯誤」這樣的烏龍事件，這也是2002年的Jaguar R3賽車在比賽中總是敬陪末座的原因。
Sauber車隊2003年的參賽車輛C22毫無競爭力的表現據傳也跟風洞有關。該隊過去的風洞 (位於瑞士Emmen) 被F1車壇人士評估為「科技水準至少落後其他對手5年」，2003年Sauber工程團隊經常往來英國與瑞士、因為他們必須租用Lola賽車廠的風洞來與自己的風洞資料比對。詳細比對的結果顯示瑞士Emmen的舊風洞有「資料可信度」的問題，這使得Sauber痛下決心興建價值7000萬瑞士法郎的新風洞 (於2004年落成) 。此座風洞被認為是BMW車廠決定收購Sauber車隊的重要原因之一。
時至今日，大型F1車隊光是在車輛設計期間就進行超過12000小時的風洞測試車身各項套件，Ferrari車隊的風洞更是一年365天無休 (風洞測試耗時瑣碎) 。這麼長的測試需求讓車隊不得不出資興建自己專屬的風洞，中級水準的風洞 (如Force India車隊) 造價大約是5000萬英鎊上下、一級勁旅如Ferrari或是McLaren車隊的風洞單價則超過1億英鎊以上。
不同造價的風洞最大差別是尺寸不同，尺寸小的風洞只能放入小尺寸的賽車模型、如此一來風洞測試的結果就會與真實尺寸的賽車有相當大的差距。中小型車隊的風洞大約都只能放入40％大小的模型，唯有Ferrari及McLaren車隊等隊伍才擁有能夠放入80-100％尺寸的風洞。這樣的規模相當嚇人、已經可以與全球大型汽車製造廠如同Audi-Volkswagen或Ford平起平坐。
 | | | 不同造價的風洞最大差別是尺寸不同，尺寸小的風洞只能放入小尺寸的模型、如此一來風洞測試的結果就會與真實尺寸的車輛有相當大的差距。 |
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事實上Ferrari車隊現役風洞就是1997年該隊「Ferrari Uomo總部翻新工程」計畫的第一個項目，此風洞為Renzo Piano操刀設計的新風洞建構計畫 (於1997年完工) ，當時即以風洞尺寸的巨大而震驚F1賽壇。只是時隔10年後的今天，這座風洞在其他隊伍的新風洞陸續落成後看來平凡無奇，或許Luca di Montezemolo已在考慮風洞翻修升級計畫。
2007年Ferrari總部義大利Maranello的風洞試驗室中一個滾動軌 (用來模擬真實行駛狀況) 發生故障，因此至少停轉了一個月 (Ferrari自己的說法是兩週) 。滾動軌的最高工作時速高達340公里，事故發生時也會讓金屬零件以340公里時速四處亂飛，這可能對試驗設備造成很大損壞。由於Ferrari只有這一個風洞 (過去幾乎是24小時不停止地運轉) ，因此新賽車空力套件的測試工作只能等到故障排除後才能進行。車隊也因此損失了寶貴的賽車研發時間。意外事故發生後Ferrari賽車的狀態開始下滑，但是車隊當時選擇不透露真相以免讓外界知道自己的弱點，一直到後半季才重新找回競爭力。
 | | | 通過使用氣候風洞，車輛可在嚴寒或炙熱環境下以風速高達300公里/小時的高度擬真條件下進行測試。 |
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相比於F1車隊使用的風洞實驗設備，民用車製造商的風洞有著不同的著眼點！汽車巨頭們紛紛花費鉅資興建自己的風洞設備。為了模擬在路面上的真實狀況，賽車使用的風洞與飛機使用的風洞最大差別在於「Moving Ground」，這是在風洞地面裝置類似「輸送帶」的器材、可以模擬賽車在高速行駛時表面狀況。
不要小看這樣的設計，有沒有Moving Ground對於最後測試數據的真實與否有絕對的影響。但即便如此，風洞內的模擬環境與真實行駛狀況仍有著不小的差別。如何更好的模擬各類天候狀況？Audi工程師們率先研發出獨一無二的「氣候模擬器」提供各種可能的氣候條件。如今在Ingolstadt總部內的新型氣候風洞 (climatic wind tunne) 再次延續了該廠「科技領導創新」的造車哲學。
通過使用氣候風洞，車輛可在嚴寒或炙熱環境下以風速高達300公里/小時的高度擬真條件下進行測試。Audi宏關研發中心的負責人Peter Fromm表示這項發明的多樣用途獨一無二。Audi已在新型氣候風洞上投資了超過2000萬歐元，使其成為Ingolstadt的Audi現代風洞中心的最新成員。「新型氣候風洞是Audi科技研發成果的又一里程碑。它的技術創新使我們未來有能力就更多變數進行測試。與現存的熱力學風洞相比，氣候風洞能將氣溫冷卻至零度下，溫度範圍可從攝氏-25到55度。除了低溫或者極端溫度下的除冰測試等氣候測試以外，車輛冷卻系統模擬測試也可以在高速以及高溫下進行。對於油冷和水冷系統線路、引擎或者車室內冷卻能力的測試因此也可以在酷熱和嚴寒環境下進行」Audi車廠專案經理Stefan Dietz博士說。
Audi氣候風洞的能力恐怕連好萊塢人士都讚嘆不已，它是第一個能產生高達300公里/小時風速的此類設備。除了模擬冷熱和下雨的氣候，還能模擬高達1200瓦特/每平方公尺的豔陽天氣、甚至可以根據需要製造出降雪。「利用氣候風洞，我們已研發出另一種能夠有效降低二氧化碳排放量的方式。根據測試時得到的資料可為新車研發出高效又經濟的冷卻系統」Dietz說。
 | | | 風洞其實也可替頂級運動員提供很好的研究條件。近年來Audi風洞中心接待了許多訪客，包括德國、瑞士和瑞典的優秀滑雪運動員。 |
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Ingolstad總部內的風洞為最頂級的「全尺寸型風洞」，就算測試大型SUV、R8超級跑車或Quattro版本的車型都輕鬆自如。6平方公尺的高速空氣噴射裝置將空氣以300公里以上的時速 (是王建民投球速度的兩倍) 噴入測試區域，使其不用改裝就可研發進而增強最新一代車型的高速狀況操控性能。在風洞的建設過程中，也為模型汽車安裝了250千瓦 (約340馬力) 的四輪雙驅動軸，可以在真實條件下測試所有Quattro車型的行駛狀況。
氣候風洞是位於Ingolstadt總部內Audi風洞中心的一部分，該中心總共有三個風洞，占地10000平米並有40名員工負責運作。除了推進研發Audi新車型的主要任務，該中心還為頂級運動員提供很好的研究條件。近年來Audi風洞中心接待了許多訪客，包括德國、瑞士和瑞典的優秀滑雪運動員，還有澳大利亞的泳壇明星Ian Thorpe，並從空氣動力學的角度協助這些選手提高其比賽成績。
諷刺的是，目前F1風洞設備的最大威脅並不來自更新的技術，而是最高主管單位FIA。面對F1歷史上前所未見的經濟寒冬，FOTA (F1車隊協會) 達成了大幅縮減比賽開支的一致共識，這些措施已於12月12日由世界汽車運動理事會 (World Motor Sport Council) 認可之後生效。按照此規定，2009年1月1日之後不再允許進行模型比例超過60%和風速超過50米/秒 (時速180公里) 的測試；取而代之的是引入一套規則平衡風洞測試和CFD電腦模擬運算，每年工廠將關閉6週 (歐洲法律允許的停工上限) 。倘若FIA繼續限制風洞使用範圍，廠隊擁有的昂貴風洞可能轉為民用、以避免過去大量投資付諸東流。
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