作为车迷，对F1赛车的构造似乎很熟，但和人聊起时似乎又说不清楚。

那怎么办呢？这一期就来解决这个问题：花5分钟，搞懂F1赛车每一个部件的原理和用途。

每周一和周四，19:00我们不见不散。

相信看过上一期文章的小伙伴们，已经大致会开一辆F1了，能在赛道上稳定的开下来了。

但是如果我们要开得更好，甚至圈速直追F1选手，我们就需要更深入的了解它，了解F1赛车的每一个部件的原理和作用。

这一些列科普文章会带你深入到F1赛车每一个细节。

在这之前我们先要了解他们的布局，还有大概的样子，这样才能之后提到某个部件时候你知道它的位置和大概作用。

如果把一辆F1车零件全部拆开大约就是上图的样子。

相信如果不是专修F1多年的老技师，谁也不敢说自己能把他再完全装回去，甚至在哪个具体位置都要再查查图纸。

这次我们为了更直观，还是采用3D模型的方式总览一下，这次用到的模型感谢Animagraffs.

我们从前开始说起，最前的是前翼(Front Wing)，前翼和鼻锥连接在一起是个赛场上可以整体更换的零件。

不要以为它就是给前部产生下压力而已，那就枉费它设计的如此复杂和精巧了。

作为最前碰撞空气的部分，前翼决定了流向全部车身的气流布局。

比如离车身轴线Y轴相距需要250mm的前翼组件会产生叫做Y250涡流的气流。它的作用一是推开轮胎产生的醒流，轮胎产生的醒流会降低车身后部的下压力，所以推开会让车身气动更平衡，抓地力更大。但是这也会造成车尾有更多乱流，后车难以跟车，所以2022新规对这个涡流加以限制。

第二个作用就是涡流会冲向底盘两侧封锁住地板中央的气流，底板中央气流是车辆整体下压力的非常大的组成部分，具体细节我会留到讲到各个部件空气动力学时候说。

顺着气流方向，接下来气流会流向侧面破风板（Barge Board）。这个词原本是国外尖屋顶侧面竖直的挡板意思，F1借用过来。

你会发现侧箱板是如此复杂，甚至比前翼还复杂。它的作用是进一步整理乱流将对车身不利的低能空气——也就是我们所谓的脏空气——推开车身。

很多人可能忽略了它的作用，还记得2021年匈牙利大奖赛，维斯塔潘的右侧这里被整体损伤了吗？那场比赛他最后第十冲线，每圈损失超过2秒！

刚才说到底部气流，底部气流流动更顺畅，流速更快，再经过尾部扩散器的作用，会造成底部压力非常低，这产生了车身整体下压力的最大部分。

我发现很多人有一个误解，觉得赛车主要是靠上部高压力区“压住”车身造成的下压力，但是如果你看了研究数据你会发现，底部“吸”的效果是“压”的两倍，这个我们之后会详细说。

之后扩散器的气流会有一个“上洗”的过程，限制车身上部略乱的气流向上走。

2022年新车加强了这个效应，让车身后方脏空气更少，后车更容易跟车进而有可能超越前车。

接下来我们看下维斯塔潘碰一下罚三十万的尾翼。这是后部气动下压力的主要来源。

相信很多人都理解，大概是个飞机机翼倒过来的原理，然后上部有一个可翻转的DRS尾翼部分，直线进入DRS区可以翻转到比较平直的角度，减低行进阻力；翻转回来后，增加下压力。

尾翼侧面端板控制涡流，有时还会产生一个小小的空气耳朵，wingtip vortices，这个很有意思，挖个坑以后专题讲。

说说结构，我们都知道车手坐在碳纤维单体壳内（Carbonfibre Monocoque），这构成了F1赛车的主要结构。

发动机变速箱都承载在这个结构上，其他零件也都连接在这个单体壳上，赛车并没有像我们民用车一样另外的底盘结构。

同时它还有在重大冲击时保护车手的任务，小碰撞则由前后侧面本来吸能结构承担。

还记得2020年格罗斯让巴林站的严重事故吗，实际车尾已经完全分离了，单最核心的单体壳部分完整，保证了车手生命安全，最后他并没有受到严重的伤害，这真的是现代F1在人文关怀上质的进步。

F1赛车用着我们熟知的双A控制臂（wishbone）在前后控制着四个车轮的运动。

前部用推杆连接横在车身上的减震系统，后部则因为布局的关系用拉杆连接扭转柱（torsion bar）进行减震。

后部结构非常复杂，可以控制两侧轮的同向弹跳，比如加速减速时的车身俯仰。也可以调整在过弯时车轮异向的运动，和后防倾杆（roll bar）一起控制过弯的姿态。

车手控制方向盘连接方向柱，再经过一个转向节连接转向拉杆控制机构，拉动转向拉杆实现轮胎的转向。

轮胎为了安全规定还会被钢索拉住，避免因为控制臂断裂造成的轮胎飞出的事故，比如2010年布埃米经历的双轮齐飞。

我大概算了下，轮胎飞出去的能量是你扔一个4kg哑铃能量的50倍，这个砸到任何观众或者马修都是致命的。

刹车系统可能是全车最重要的系统之一，它保证着车手在任何意外下的最终安全。

它由两个油液系统组成，车手踩下刹车后两个系统同时推动，油液推动刹车卡钳里的活塞抱住碳纤维复合材料的刹车盘，进行制动。

前后刹车比例（brake bias）则靠一根电机控制的螺杆改变两个油路的推动位置，你可以看到车手在方向盘上操作刹车平衡旋钮就是控制这个电机。

刹车盘则被包裹在一个刹车罩内，有向前的进气口进风散热，同时热量进出经过严格计算，保证每一圈刹车盘都在合适的温度区间。

那我们现在终于可以说说动力系统了。

它们都在车身的后部，MGU-K负责在车辆制动或者小油门开度的时候给位于油箱下部的电池进行充电，在直线需要时会给车辆提供额外160马力的动力，它驱动变速箱进一步驱动后轮。

还记得2021年阿布扎比站佩雷兹神一样阻挡汉密尔顿的车队语音吗？

“press and hold, press and hold”说的就是这个ERS开关，释放动力进行超车或者防守，不特意按下的时候会按照程序部署的节奏在某些直线初段进行加速。

我们知道混动时代的F1现在都用的是1.6升V6涡轮增压发动机，废气推动后方的涡轮进行一万转以上的旋转，连接了前方的压缩机压缩进气的空气实现小排量的大马力输出。

从车手上方进气口通过Ram effect进来的空气经过气道增大压力增加再经过压缩机增压后因为热力学原因被强制加热了，所以要经过车辆左侧巨大的中冷器（Intercooler）降温后才能去往引擎，中冷器从车的侧进风口吸取冷气降温。经过中冷器的空气进入稳压气箱后分缸体被导入各个气缸进行燃烧。

经过内燃机（ICE，Internal Combustion Engine）的燃烧后，流入刚才提到的涡轮中然后从排气管中排出，排气管两侧有废气旁通管，负责疏导过量通往涡轮本体的废气。

但其实涡轮和压缩机之间并没有那么简单，它们之间还有一个重要的混动零件，MGU-H，从高速旋转的涡轮中吸取能量供给上面提到的同一个电池。

同时它在刚出弯需要涡轮达到需要转速的时候输出让涡轮到达设定的增压值保证车辆及时的动力响应。MGU-K，MGU-H，ICE，电池共同组成了我们知道的ERS系统，Energy Recovery System。

具体能量流可以看下方示意图，至此你是不是已经大致了解了混动系统的全貌了。

我们上面了解了左侧巨大散热器是中冷器，那么对称的右侧还有一个是干嘛的呢？

它负责三项，电池系统冷却，机油系统冷却和内燃机的水路冷却。后方还有一个小型散热器，图中的三角形，负责液压系统，变速箱，和ERS系统的散热。这就是F1赛车散热主要系统的构成。

虽然听起来有些危险，但车手背后其实就是油箱，里面装着115-150升左右专用燃油。

不过不要担心，这个油箱都是特殊材料制成，不会爆不容易刺穿，一场比赛基本消耗完毕。

油耗可能你会好奇，大约百公里40升以上吧。

它后方那个小黑盒子装的是引擎的机油。

再往后看，经过引擎，再后面就是变速箱了。

8个前进速度比，1个倒车比。变速箱连接了电控可调锁止率差速器然后通过车轴连接后轮。

最后介绍下安全系统。

之前说了车手的座舱是碳纤维单体壳，是核心安全部件，但其实前后左右都有专门的碰撞结构，处理冲击动量相对小的碰撞。

比如后部是那个你比赛经常见到闪烁尾灯的地方，侧方如图是作为空力结构一起的两个侧板，前方就是经常看到进站更换的鼻锥，上方就是和进气口做到一起的上防滚架，保证车手头部在结构连接线一下。

当然后来引进的Halo系统，进一步防护了车手从前方和上方的碰撞。比如去年2021年那次震撼人心的蒙扎压车事件。

限于篇幅这里我只列举了F1赛车主要构成部件的位置和功能。

F1实际有这一百倍以上的零件，是现代工程学、物理学、材料学的奇迹，主要部件单独的精彩构成和原理，和其他部件的信息我会接下来一一给你讲述。

通过这次的布局拆解，相信你对F1赛车已经有了一个初步的整体认知，接下来请跟随我的科普文章系列，探寻其中震撼人心的细节。

作者：星冰乐