2022年F1技术规则最新版于2月18日在FIA官网更新,有兴趣的朋友们可以自行获取:https://www.fia.com/sites/default/files/formula_1_-_technical_regulations_-_2022_-_iss_9_-_2022-02-18.pdf
本文的原文来自F1 Technical,截选进行整理:https://www.f1technical.net/features/23219?sid=5cd667592c84a72d5470ede18824431b
在2022年F1技术规则中,关于车身和空气动力学的规则位于第三章(总计有22个章节,分为动力单元、车轮、碰撞测试……等)。第三章的内容主要是定义了什么样的车身形状是被允许的,而在2022年F1技术规则中更是详细到某些区域要用特定的设计。伴随着时间的推移,F1技术规则中对于车身的限制越来越详细,在1988年时第三章只有514个词,而到了2021年时这部分已经有了超过10000词。为什么说2022年F1技术规则是有史以来最详细规范的规则?因为第三章的内容已经接近16000词。

1988年
在1983-1992年间,技术规则创造的框架按照现代标准是相对一致且简单的。赛车的最大宽度为2150mm,在前轴之前的车身宽度为1500mm,前后轴之间的车身宽度为1400mm,后轴之后的车身宽度为1000mm。前轴之前的长度最大为1200mm,后轴之后的车身长度最大为600mm,车身顶部距离地面的最大距离为1000mm。宽于1000mm的车身部分不能比后轮高,宽于1100mm且位于前轴之前的车身部分不能高于前轮轮辋的高度。同时按照平底规则,前轮与后轮之间的车底必须保持水平面。

由于自然吸气引擎和涡轮引擎的不同需求,这个时期的赛车外观非常多样化。当时许多空气动力学方案都是很新颖的,所有有更大的实验和创新在其中。
1994年
1994年,赛车宽度限制从2150mm减少到了2000mm,后轮宽度从406mm减少到356mm,以减少抓地力。当时FIA更是严格地在3.7条中禁止了主动悬挂系统去调节行车高度,并将其定义为可动的空气动力学装置。在前轮之前的车身部分宽度从1500mm减少到1400mm,以匹配整体车身。

1993年,后轴之后的车身顶部与地面之间的最大距离从1000mm减少到950mm,后轴之后的车身最大长度从600mm减少到500mm。因为有些车队想要找回尾部下压力,于是出现了如下图这种的设计方案……

1994年伊莫拉之后
为了应对1994年伊莫拉的悲剧事故,FIA对于技术规则进行了一系列紧急但必要的修改,以此去降低赛车的速度。这其中就包括延用至今的赛车底板下方的木板,现在底板下方的木板是由一种叫做Jabroc的复合材料制成,与天然木材相比,它在磨损和重量分布上更加一致。
这块厚度为10mm的长条木板的引入是为了监管赛车的最小离地间隙是否违规。1994年比利时大奖赛,舒马赫就因为底板木板比规定的范围多磨损了1mm而被取消了成绩。木板宽度为300mm,其长度等于1988年平底规则区域的长度。为了进一步降低下压力,扩散器还被切除了一大块,后轴之后的车身在离地高度300mm以下的部分都被去掉了。

1997年
在1994年经历了赛季中的匆忙修改之后,1995年F1技术规则又经历了一系列深思熟虑的改变,以进一步降低赛车的下压力,规则允许的车身范围也更加接近于近些年的F1车身形状。

赛车的高度不再是基于地面进行测量,而是基于赛车的车身底部,也就是所谓的“基准面”。在底板下方的木板平面两侧,增加了高度为50mm、宽度为500mm的“台阶”区域。木板也被加长了,其末尾延伸到了后轴线,所有这一切都是为了弱化地面效应产生的下压力。
前翼下表面的离地高度从40mm增加至50mm,而前翼的最大高度从前轮轮辋上沿下降至参考面以上200mm。最后,在前轮附近增加了很大的“禁区”,防止该区域内出现除了悬挂等部件之外的其他车身部件。
在赛车尾部,也增加了一些列“禁区”,以限制侧箱的高度、引擎罩的长度、让尾翼变得更小。当然车队们从中找到了一些技术规则漏洞,例如下图中1997年泰利尔设计的X翼……

1998年
尽管车身宽度从2000mm缩窄至1800mm,但1998年对于车身允许设计空间的实际规则没有太大变化,X-Wing漏洞依然存在,包括法拉利在内的许多车队都利用了这点。后来FIA才以该结构可能存在危险为由禁止了X-Wing。1999年,侧箱部分的高度限制向前延长,以避免类似的漏洞再次出现。

2001年
时间进入到21世纪,规则上对于赛车的体积形状只做了一系列美学上的微小改变。2001年,前翼区域整体向上移动50mm,最小离地高度为100mm,车尾区域再次受到限制。同时伴随着技术规则字数的增加,规则中描述规定空间内可允许的车身细节越来越详细。例如2001年规则中增加了车身部件的柔韧性测试,时至今日相关规则也愈发全面和严格。

当时由于在单体壳和鼻锥以上的车身部分最高可以达到最高限制的950mm,最大宽度可以达到500mm,于是飞箭车队和乔丹车队都在鼻锥上装上了“奇葩”的翼板(下图)。不过很快这些设计都被FIA以该结构可能存在危险为由而禁止。


2004年
在2004年的车身允许研发空间中,引擎罩后部有了一块新的漏洞,这里就会诞生日后的鲨鱼鳍设计。正式在这个时期,人们开始说如果将所有的赛车都刷成黑色,即使是车队老板也很难辨认出自家的赛车,可见当时大范围自由设计的空间正在逐渐变小。

2005年
2004年,一些赛车创造了许多赛道的最快圈速纪录,有些纪录一支保持到了2019和2020年。因此,在2005年FIA决定再次削减下压力。
具体做法是进一步抬高前翼的最小离地高度达到150mm,并且将前鼻锥下方的中央区域抬高50mm。于是出现了越来越多勺型前翼的设计,因为车队们想要尽可能降低鼻翼中间部分的离地高度,从而最大化下压力。

尾翼向前移动150mm,组成尾翼的元素数量从三个降至两个,其中主翼板被限制为一个元素。同时,尾翼的端板面积进一步增大。在后轮的前面增加了新的设计禁区,从而进一步限制车身底部,并且要求扩散器中的“栅栏”在纵轴上保持笔直。
2009年
2009年,F1迎来了一次重大的空气动力学规则大改,这次大改的目的是为了让赛车更容易去跟车。事实上,这一目标在2009-2016年的规则一直保留着:“下文第3章规则的目的之一是将赛车尾流可能对跟车产生的有害影响降至最低。”
规则划定车身可研发空间的方法与之前的类似,定义了一个长方体,然后移除禁区。尤其是前翼和前轮附近,新的技术规则设立了一系列设计禁区,著名的当然就是中轴线左右的Y250区域。

2009年最具有争议的设计便是双层双层扩散器,布朗GP充分利用双层扩散器积攒的优势获得了当年的双料总冠军。
下图橙色区域中引入新规,禁止了散热“烟囱”、散热百叶窗、翼片等,其结果就是我们看到2009年的F1赛车整体变得很简洁,去掉了车身上的很多翼片。

2009年,FIA还试验了可由车手调节的前翼装置,前翼翼片可在其初始设定的位置基础上调节±3°。但可调节前翼对于超车并没有什么实际作用,因此在2011年引入了DRS。

2012年
在2009-2011年间,车队们认为赛车前部的最佳解决方案是将鼻锥尽可能抬高,以及增加侧箱的下切。于是我们在那几年中看到F1赛车的前部越来越高,但这产生了一些潜在危险,比如2010年瓦伦西亚大奖赛中韦伯追尾前车之后赛车腾空等。

于是2012年技术规则中就将鼻锥可允许的设计空间切掉了一块,将鼻锥最大高度限制在550mm,但这产生了一系列的“阶梯鼻”设计。其原因是规则只砍了鼻锥高度限制,但车队们依然在规则允许范围中保留了更高单体壳设计,因为他们想保留前些年的设计理念。2013年规则允许在“阶梯鼻”的位置安装一块非结构性的盖板,让整个“阶梯鼻”可以变得更加平顺。

尾翼前部的可允许设计空间增加了一个切口,以防止车队们将鲨鱼鳍与尾翼设计成连在一起,这在2010年成为了许多车队设置S-Duct的位置。
2011年,FIA还在技术规则中增加了新条款去封堵2009年出现的双层扩散器。
2014年
2014年F1再次迎来技术规则大改,标志着F1从自然吸气时代进入了涡轮增压混合动力时代,这次技术规则大改的核心是引擎。与2013年相比,2014年F1技术规则第三章的内容字数甚至还有一些缩减。

2014年F1技术规则继续拉低赛车鼻锥,而定义正面碰撞吸能结构的条款与大部分车队的解读相结合之后,创造了F1史上最丑的设计(下图)。因为大部分车队还是试图尽量减小鼻锥的横截面积,以减少其对于正面气流的影响。

虽然2015年规则进一步修改,避免了“细长鼻”的设计,但“拇指鼻”的设计在接下来的许多年中依然是不少车队的选择。
2017年
2017年,在多方的抱怨中,F1决定让赛车变得快起来,并且让赛车的外观看起来更具有侵略性。于是就有了2017年整体“拉宽”的赛车外观,同时前翼后掠、尾翼端板向后倾斜、增大破风板。

2017年鲨鱼鳍的可允许设计空间又回来了,并且在鲨鱼鳍后端还留下了一个500mm宽、50mm长的区域,车队们在此处设计出了T-Wing。
FIA在2018年将引擎罩可设计空间削减为三角形,于是我们看到的鲨鱼鳍就是被砍了一刀的样子,但即便如此,仍然有空间可以用于较低的T-Wing。

2019年
2017年的空气动力学规则变化产生了可预见的影响,前车乱流对于后车的影响变大了,跟车和超车变得更加困难了。FIA不得不再次减少乱流的负面影响,于是2019年新规则大幅简化了前翼设计,前翼的组成元素被限制在五个。
2021年
2021年的技术规则相较于2020年并没有太大的改变,因为在全球疫情的局面下,FIA希望车队们尽可能可以延用前一年的设计与部件,以节省开支。
从前轴向后1800mm开始的底板区域减少宽度,俯视看就是底板被切掉了一个三角区域,同时该部分底板区域常见的开槽也被移除。不过由于该变化,许多车队不得不投入资源去设计和优化新的底板,但令人意外的是创造了2021年红牛与梅赛德斯紧咬的竞争局面。

2022年
2022年F1技术规则第三章对于车身可允许研发空间的文字数飙升至16000,此次技术规则大改是F1官方团队进行了长时间研究并与各支车队讨论诞生的结果,终极目标当然还是减少前车对于后车的乱流影响,让跟车变得更容易,从而创造出紧密的比赛场面。
2022年F1技术规则将赛车分成了若干个小区域,每个区域都有一系列的规则说明。但是除了技术规则第三章框架规则之外,在技术规则附录中还有针对车身的详细规则,其字数达到了23089字。

关于2022年F1技术规则对于赛车各部分的研发空间,Racecar Engineering出了一篇文章进行介绍:https://www.racecar-engineering.com/articles/tech-explained-2022-f1-technical-regulations/

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