汽车基础知识：F1赛车是怎样炼成的(图)

　　一级方程式赛车不仅是赛车手们竞争勇气、驾驶技术和智慧的舞台，它背后还进行着各大汽车公司之间科学技术的竞争。福特汽车公司就形象地把F1比作“高科技奥运会”。在汽车大赛中推出的新型赛车，从设计到制造都凝聚着众多研制者的心血，并代表着一家公司乃至一个国家的科技水平。F1还是各国科技人才素质的较量。据悉，德国约有2000多名专业人才直接从事赛车的设计、制造和研究工作；美国约有1万人，而日本则更多，达到近2万人。

　　制造赛车与制造普通汽车在技术上存在着天壤之别，造价超过百万美元的F1赛车是采用大量现代科学技术、凭借电子计算机对每个组成及零部件进行精心设计而制造完成的。具有极好的动力性和可靠性。

　　F1的造价

　　F1是世界上开销最大的体育运动，相信很多人早已听说过。赛车的设计和制作是一件非常复杂的工作，而且保密性极强，赛车上的每个部件不能简单地以价格来衡量。但是，从财务的角度要求，每一个部件必须有一个基本价格。这个价格只能组装出一部可以开动的赛车，如果再加上科研费、设计费、风洞实验费（甚至风洞实验室的造价）、公开和私下试车费等等，一辆F1赛车的造价到底是多少呢？
下面是车辆各组件的价目清单，也许我们可以从中看出一些轮廓：

　　这就是为什么我们说一辆F1赛车的造价就要100万英镑的原因，其中以引擎、变速箱、车身及电子系统的造价最为昂贵。上面的价目并没有包括车队150到500人不等的高额薪资与设计车辆的成本（风洞测试、计算机设备之类），加上之后更是惊人，要称F1赛车是最昂贵的职业运动显然并不为过。

　　F1的车身

　　F1车队的设计小组通常在上一个赛季的夏天就已经开始着手讨论下个年度的赛车设计项目。几支志在争冠的大车队甚至在前一年的赛季初就已经开始着手进行下一个赛季赛车的设计。

　　虽然目前仍有许多车队科技总监还是喜欢带着图纸走来走去，但是这样的景象终究会成为历史的陈迹。F1赛车的零组件已经讲求到公厘甚至更精密的程序，这已经不是手工可以处理的范围。车轮部分复杂的钛合金组件连计算机都需要超过36小时进行切割，很难想像手工处理需费时多久。这就需要借用计算机辅助设计。利用CAD输出的资料，计算机控制的精密切割器具开始打造第一具赛车模型。制作这具模型的材质是人造材质Ureol，不过它的性质接近天然的木材。利用这个模型，车队可以利用碳纤维生产打造车身的模具。

　　模具诞生之后，接下来就是手工打造的时间。熟练的技师将碳纤维一层一层地贴在模具上，车身每一个部位因为承受的压力不同而贴上不同层数的碳纤维与不同的排列方向。每一层碳纤维的排列方向决定了车身承受压力将往哪一个方向分散。所以这个程序需要谨慎地执行，吹风机与手术刀此时都会派上用场。F1赛车的碳纤维层数平均是12层，另外在最中央的部分铺设蜂巢结构的铝合金。

　　费时的碳纤维铺设工作结束后，最后一步就是将车身送进高温与高压的特别烤箱中让每一层碳纤维紧密结合。这样的程序要反复进行三次后一具车身才能算大功告成。烤出第一具车身需费时六周，不过第一具车身制造完成后，后来的车身只需一周即可出厂。

　　说到F1赛车车身，便不得不提及各种应用其上的空气动力学组件。正是由于空气动力学原理在车身和底盘设计上的广泛应用，才使得F1赛车可以达到任何赛车都无法比拟的水平和规模。这也是F1卓尔不群的原因之一。

　　对空气动力学在车身设计上应用的研究工作是近20年才兴起的。上世纪60年代，F1车队认识到在车身不同地方加装翼板等扰流部件能够有效提高赛车在弯道上的速度，但由于当时缺乏理论体系指导，对这些翼板该加装在什么地方，翼板的面积大小、角度如何等车队并没有一个成形的概念，大家都在不断的摸索和尝试中。再加上当时的加工工艺并不成熟，翼板在比赛中脱落造成伤亡的例子比比皆是，于是，在赛车上加装空气动力学部件一度被禁止。然而，随着空气动力学理论体系的发展，加上计算机科技的兴起，使车队深入研究空气动力学对赛车影响的想法变成了可能。

　　一直到了上世纪70年代，终于有人想出了得以实现的办法。这个人便是现任麦凯伦车队的首席设计师纽维。他从南安普顿大学毕业时的毕业论文便是以此为题，当时他尚是一个初出茅庐的小子，但是这一石破天惊的想法让他成为了F1赛车设计和空气动力学结合的开山鼻祖。

　　我们知道，赛车的车身是综合考虑减少车身迎风面积和增加与地面附着力以及赛车运动规则而成型的。赛车在疾驶时，迎面会遇到极大的空气阻力，为了减少空气阻力，赛车外形要尽可能呈流线型，座椅靠背倾角便于使车手处于半卧坐姿，以获得较小的迎风面积。通过减小迎风面积并采用扰流装置，借以减小空气阻力，提高速度。赛车车身设计师们必须将影响空气动力表现的各种因素都分析得清清楚楚。

　　F1车队在每一场比赛都会用上新版的、不同的空气动力学组件，如果车队间的竞争和自然的力量已经不是车队考虑的重点，那么赛车主办单位FIA永远会导入新的规则来限制F1赛车的速度。年复一年，空气动力学的专家们通过不断的改良与创新，让空气动力学效益更上一层楼。所以，今日的F1赛车堪称是地球上最完美的贴地飞行器。

　　F1的发动机

　　自从1950年以来，F1每年都给最优秀的车手授予世界冠军的称号，自1958年开始给最优秀的车队授予冠军称号。发动机是没有正式的冠军的。

　　铝，是当今一级方程式赛车发动机使用最普遍的材料。在80年代，铸铁已经全部被较轻的铝取代。铝还取代了镁，因为镁接触水会腐蚀。然而，必须承受强大作用力的运动件还是要用钛和钢来制造。材料基本分配为：铝 63%（汽缸盖、机油盘、活塞）；钢 29.5%（凸轮轴、曲轴、正时齿轮）；镁 1.5%（油泵壳）；碳素纤维 1%（空气罐、线圈罩）；钛 5%（连杆、紧固件）。

　　制造一台发动机需要150名以上的职工，其中28名工程师、20名制图员、35名发动机机械师、8名电子专家、20名机械工和装配工、4名系统工程师、6名台架实验技术员、15人从事采购、生产和检验，另有15人为管理人员。

　　打造F1引擎的材料大部分仍然是铝合金，外加上少部分的复合材料。FIA规定引擎制造商只能选择10汽缸的设计，主要原因是在现有的规定之下V10引擎最有效率。另一个大家经常注意的地方是引擎夹角，V型汽缸夹角的角度从最早的60度到之后的72度、90度，甚至曾有Renault车厂108度的大夹角V10引擎，F1引擎内的曲轴每分钟旋转超过18000次，10个汽缸内活塞每秒钟的位移超过25公尺。

　　F1车队每年的预算约有50%用在引擎的研发与制作上。高转速、动力输出惊人的F1引擎，所需的零件都需具备高强度与轻量化的特质。因些会用上多种特殊合金材质，让F1引擎的造价惊人。不含研发费用，每具F1引擎的造价就高达15万美元，而Mercedes-Benz每年需要约制作80～100具F1引擎以供Mclaren-Mercedes车队使用。

　　各项性能兼具的F1引擎，仍需考量可靠度的问题，一具无法完成比赛的引擎，会让车队的一切努力变得徒劳无功，因此在研发阶段之后，重要的工作就是不断地测试，提高引擎的耐用度与可靠度。不过，F1无法在守旧的科技中寻找答案，要赢就必须冒险，因此就引擎而言，100%的可靠度是不可能的。而引擎工程师仍须继续不断的在马力、油耗、重量、尺寸、高转速，可靠度的矛盾中寻求奇迹，创造新的F1动力！

　　 F1引擎小百科

　　1、 一具引擎约有5000个零件。
　　2、 包含测试、练习与比赛，每年大约要用掉100具引擎。
　　3、 每一站比赛后，引擎必须完全分解检验后再重新组装。
　　4、 全速时产生的引擎声浪高达160分贝，比波音747飞机起飞时还要响。
　　5、 每100公里需要用掉60公升以上的无铅汽油。
　　6、 在引擎全速运转时每秒钟进气量超过600公升。
　　7、 每秒钟点火150次，活塞往复循环300次。
　　8、 最高转速时，活赛的加速力相当于8500G，因此活塞连杆的强度必须很强。
　　9、 制作一支F1引擎使用的曲轴需要6星期。
　　10、组装一具F1引擎需要2个星期。
　　11、使用的材料包括20种合金。
　　12、重量低于100公斤。

　　F1发动机的技术规则

　　1、 四冲程往复式活塞引擎。
　　2、 排气量不得超过3000cc。
　　3、 必须使用自然进气引擎，不得使用涡轮增压或机械增压。
　　4、 汽缸数必须为10缸，而且汽缸形状必须是圆的。
　　5、 每缸气门数以5汽门为限。
　　6、 禁止使用可变几何长度的排气系统。
　　7、 曲轴、凸轮轴必须以钢或铸铁为基本材质。
　　8、 活塞、汽缸顶、汽缸本体，禁止以碳纤维或强化纤维为材料。