賽車車輪的空氣動力特性

前幾期為大家介紹了賽車車身的空氣動力學方面的知識，這期我們為大家介紹車輪的空氣動力特性。以前我們介紹過，賽車分兩大類，一類是裸露車輪的賽車，一類是非裸露車輪的賽車，這兩種賽車空氣動力特性有非常大的差別。產生這種差別的主要原因，就是它們輪胎安裝方式的不同。

簡單的看來，裸露車輪暴露在氣流之中，肯定對空氣動力特性產生巨大的影響，而非裸露車輪的賽車相對來說影響就會小些。

從空氣動力學來講，輪胎可以看成是圓柱體，它的空氣動力特性就類似與圓柱繞流的空氣動力特性。但是它們之間又有很大的不同：一是圓柱繞流是勻速氣流中的對稱的流場，而輪胎有旋轉，流場不對稱；二是圓柱繞流懸于空氣中，而輪胎與地面接觸，三是輪胎周圍氣流要同輪胎周圍的汽車車體相互干擾作用，裸露車輪的賽車前后車輪之間也會產生相互作用。從圖一中非常直觀地可以看到這種差別，圖中上圖是車輪旋轉的情況，中圖是地面附近的情況，下圖是理想流體的繞流問題。

一些研究表明：滾動車輪的汽車模型所受到的氣動升力比靜止車輪的汽車模型大30％，而對于車輪完全暴露的賽車，其車輪阻力占汽車總阻力的比例可以高達45％。車輪的旋轉速度對車輪氣動力系數影響非常地巨大，氣動力系數甚至可能成倍增長。

對于裸露車輪的賽車來說，能夠改善前后輪的空氣動力特性是非常重要的。即使是F1車隊也是在努力探索改善車輪附近流場的方式。F1賽車的前翼兩邊的小翼、后輪翼等等都是為了疏導賽車車輪附近的氣流而設置的。對于裸露車輪的賽車一般后輪都可以得到更好的處理，在前輪的“保護”下，其氣動阻力一般小于前輪，約為前輪的一半。

對于非裸露車輪的汽車，由于輪腔的包裹，可以大大地減小氣動阻力和升力。輪胎只有接近地面部分才和氣流正面碰撞，減小了迎風面積，車輪周圍的車身也可以改善車輪周圍的氣流，因此氣動阻力降低。在汽車輪腔內有高速的氣流流過，可以對輪腔產生較大的方向向下的負壓，減小氣動升力。同裸露車輪的賽車一樣，非裸露車輪的賽車前輪所受的氣動阻力和升力要比后輪大。

就F1賽車而言，前后翼是關鍵的空氣動力學附加裝置，但是前后翼的位置和前后輪非常的接近，這樣車輪的干擾對前后翼會產生重大的影響。由于前輪的阻擋，前翼附近的氣流速度會降低，由于后輪的干擾，流經賽車尾翼的氣流方向會發生傾斜，可以減小尾翼產生負升力的效能。

無論對于裸露車輪還是非裸露車輪賽車，車輪都是影響空氣動力學性能的重要因素。很多車隊也一直在研究車輪對賽車空氣動力特性的影響，甚至輪胎制造商都要考慮輪胎花紋對賽車氣動性能的影響。因此，輪胎空氣動力學性能對賽車性能的影響不言而喻。