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[F1專欄]2010年F1賽車設計大趨勢 |
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| 記者/Hunter Hsu |
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時間進入了一月下旬，從本週開始、F1車隊將陸續發表2010年的比賽車輛並立刻進行第二階段的冬季測試。在新賽車發表前，我們整理了今年比賽車輛的設計幾大趨勢，並預測這些改變對比賽車輛甚至比賽本身所造成的影響。
油箱容量因規則改變而加大
本月初《米蘭體育報》特別邀請F1科技評論家Giorgio Piola透露2010年Ferrari賽車的設計改變，其中被列為影響最大的改變就是油箱設計及其連鎖影響。從2010年賽季開始，F1將禁止車輛在比賽中加油。對各隊科技總監與工程團隊來說，這象徵著車輛設計方向上的大幅改變，新規則也將影響各隊比賽戰術擬定、甚至未來的排位賽規則走向。
取消比賽過程中進站加油是2010年F1比賽規則最大的改變，這意味著賽車在出發時必須載滿可跑完全程的油料。2005年賽季曾經一度禁止F1賽車在比賽過程中換胎 (爆胎意外發生時除外)、但允許車輛在比賽過程中進站加油。由於「禁止比賽中途加油」規則已將近20年沒有實施，規則的改變對於新賽車的設計是一大挑戰。
截至2009年賽季為止，一站比賽所需的油料通常分為2至4次添加，因此車內油箱不需太大。21世紀初的F1賽車油箱容量大約是130到140公升上下，隨著長壽引擎與汽缸減少到8缸，F1賽車的耗油量也顯著降低、油箱重量容量也因此縮小至80到100公升左右。從今年開始，由於車內必須裝載能夠跑完整場比賽全程的燃料，預估油箱容量將大幅上升至240至260公升！一般市售車的油箱在50至80公升左右，F1賽車僅600-700公斤，車內油箱容量卻是市售車的3倍以上，可想而知比賽中油料重量的改變對車輛操控將有不小的影響。
加大油箱所導致的問題
為了容納加大兩倍左右的油箱，可說從車手駕駛座之後、賽車中部的油箱、引擎、變速箱、冷排系統及後懸吊系統都需要重新設計。第一個顯著的外觀影響將是車輛軸距不可避免的加長，即使盡可能前移車手駕駛座並更動變速箱的排列方式，Piola仍披露Ferrari工程團隊為了在駕駛座後方塞入容量翻倍的油箱，將2010年Ferrari賽車的軸距增加了足足15公分之多。這將不可避免的降低了車輛在彎道中的操控性能。
第二個被迫改變的設計是潤滑油室的位置。F1引擎為了追求更低的車輛重心和高效的潤滑效果而採用乾式油盤設計 (即曲軸並不是浸泡在機油中，而通過一套進、出油泵加一個專門的潤滑油對引擎進行潤滑)。1998年之前潤滑油室位於引擎和變速箱之間，之後著名F1工程師Alan Jenkins為了減少車室內空間首次將潤滑油室移至引擎前方。隨著油箱容量的加大，潤滑油室今年將再次被移回引擎與變速箱之間。
車重增加的連鎖影響
一般房車大約在1000到2000公斤左右，相較之下F1賽車就輕的多。過去一輛加滿油 (及比賽車手) 的F1賽車大約670公斤上下、FIA的規定是賽車加上車手的重量不得低於600公斤。由於今年F1賽車在出發時必須搭載能駛完全程的油料，加之本賽季F1賽車的重量下限從之前的605公斤增加到620公斤，這使得2010年比賽賽車在起步重量比2009年的賽車重了185公斤之多，增加的重量高達30%。這將給F1車內的碳纖煞車系統帶來更沈重的工作負荷。除了煞車系統外，車輛的調校困難度也將大幅提高。
車手對煞車系統最大的要求是在煞車的過程中仍然可保持車身的穩定，通常對於煞車力量的分佈是前輪煞車負責60％、後輪煞車負責40％，這是因為在煞車的過程中車身重量分佈與重心會因為加速度的影響而從後方移到前方 (這也是為什麼你覺得煞車時車身會前傾的原因)，如果採用50/50的煞車力量分佈、後方輪胎的摩擦力會比較小 (因位車身後方的重量較輕) 這樣會造成後輪煞車鎖死的情況。比賽過程中禁止加油意外賽車重量的高低差距可能多達150公斤之多，賽車在比賽開始與比賽結束時的物理特性與重心轉移程度差距將比本賽季更大，這也會增加車手駕駛及車隊調整最佳車輛設定的難度。
縮小的前輪寬度造成的影響
相對於機械結構的改變，2010年規則在空氣動力學領域的改變幅度較小。除了取消比賽過程中進站加油之外，另一個顯著的重要改變是縮小前輪的寬度並禁用輪圈罩。「如何提升煞車系統的冷卻效能」就成為F1賽車設計的重要課題。「輪圈罩」 (Wheel fairings) 的工作原理是利用外罩形成一個封閉空間，如此在高速旋轉過程可透過壓力差而加速輪圈內的熱氣流向外流出。這帶來了兩個好處：首先是間接提升煞車性能，也可以防止輪圈的熱量向輪胎傳遞造成輪胎性能衰退，甚至能吸收輪胎在工作時生的熱量。相比於重新導入光頭胎，降低輪胎寬度的影響較不顯著，縮小的前輪也有助於空氣流經車輛前方時更為流暢並減小前方可視風面積。
 | | | 由於去年的佳績，RB5賽車的空力設計理念被許多車隊所採用。 |
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空氣動力學造型改變不顯著
由於新賽季關於空力套件規定的更改不若去年那般激進，因此2010年F1賽車外觀上仍以去年的空力設計為藍本進行改進。根據空力設計師的估計，2009年配備雙層Diffuser的賽車下降力其實已經超過了2008年的水準，這意味著FIA苦心移除的車輛附加小翼，減小尾翼面積等措施以讓賽車空氣下降力減少30%的規則設計實際上沒有效果。在更成熟著掌握車身後半部及雙層Diffuser的設計後，預料今年賽車的下降力有望比去年更加提高。
由於空力規則的改變不大，效法去年的成功設計就相對有意義的多。外界透露今年的Ferrari新賽車儘管是基於F60進行改良，但由於去年由於誤判FIA對雙層Diffuser的態度而在賽車設計上有重大失誤，Ferrari新賽車在空氣動力學上也大量借鑒了Red Bull RB5賽車的過人設計。包括類似RB5賽車採用高度更高、頂部呈角狀的車輛鼻椎設計，這可讓更多的氣流從車首下方流入車底。隨著新賽車的逐漸發表，我們可發現更多F1工程師的巧思。
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