国外攻读航空工程学位方向介绍
航空工程学位是涉及飞机研究、设计、开发、建造、测试和科学技术的工程学分支。该领域还包括研究飞机的气动特性,包括行为和如翼型,控制面,升力和阻力等在内的相关因素。近年来,航空工程已成为航空航天工程两个主要交叉分支之一,其次是航天工程。
如果你对飞行器背后的历史和生产方法着迷——从列奥纳多·达·芬奇早期的概念草图和莱特兄弟1903年著名的飞行到现代喷气式飞机的复杂和进步——攻读一个航空工程学位可能是最为适合你的选择。和我一同来探索一下航空工程学位吧。
通过航空工程学位能获得:
航空工程相关学位被称为BEng(工学学士)和MEng(工学硕士)。本科阶段的航空工程学位学习通常持续三到四年,但许多机构允许学生在完成航空本科学习后直接进入航空工程硕士课程,只需将课程长度延长一年或两年。
在这种情况下,BEng和MEng的学生将在头两三年学习相同的课程,表现良好的学生再继续学习一年,或者继续学习两年,学习更高级等级的硕士学位。一些机构也可能允许学生在其学士学位项目的第一年或第二年进行这种转换,而另一些机构则允许专上学生直接参加MEng课程。一些机构也提供航空专业的副学位课程,但这些课程通常是为那些已经在相关领域毕业,想要转行进入航空工程的实践工程专业人员准备的。
航空工程学位教学主要以授课为基础,学生不仅要完成课程,还要完成实验练习,并且参加辅导课和实地考察。小组作业和小组设计工作可能是学位元素之一,在所有的学位项目中都要求独立学习,评估分为考试和课程作业项目。根据你选择就读机构的设施,你可以参加航天工业专家的讲座,甚至在飞行模拟器上体验飞行。
航空工程学位的入学要求
申请航空工程学位,申请者需要在数学和物理方面有很强的能力——在这两门课程上的能力要能经得起严格的测试。,作为一名国际学生,如果你就读的课程是由英语授课的,那么你就需要通过如雅思考试这样的英语语言能力考试,或参与英语语言课程来证明自己的能力,然后才能开始学位学习,以获得学生签证或进入该项目。
航空工程专业
从技术上讲,航空工程学位的学习将代表从课程开始第一天就要进行专业学习,因为你将专注于航空工程中的一个特定领域。尽管如此,学习过程中将吧许多常见的工程概念合并到航空工程的学科中去。因此,与任何工程课程一样,该学位学习也将从数学、物理、力学和电子学开始——这些都是设计、制造和测试飞机的基本学科。
涵盖第一和第二学年更具体的航空工程主题:介绍空气动力学,介绍结构分析和课程的动力学和控制,结构和材料,飞机设计,飞机性能,计算,电子,流体力学,静力学,系统工程,电信和热力学。
正如你所期望的那样,你的学位越高,你就有更多的空间来追求你自己的兴趣,扩展你的基础学习和个性化你的学位。当你需要选择航空工程专业的时候,一些选择包括:
1、空气动力学
这一工程领域涉及到物体和大气之间的相互作用,以及研究物体在大气中产生的力和运动。空气动力学包括空气动力设计、可压缩流、流动控制、流量测量、功率控制、结构设计和流体动力学等学科。
你将学习如何使用风洞和计算流体动力学(CFD)的空气动力学建模,建立比例模型和进行飞行测试。还将学习流动控制和评估,发动机和实验空气动力学,跨音速流动,高超音速和高温气体动力学以及发射和再入空气动力学。
随着下一代飞机的空气动力学优化和性能优化的研究可能会继续,对具有流体流动特性专业知识的工程师的需求一直很普遍。此外,环境意识的增强意味着在飞行控制和飞行动力方面更加强调空气动力学的改进。
2、气动力弹性学
气动弹性领域是研究飞机、建筑物和地面车辆上的惯性、结构/弹性和气动力相互作用及其对设计的影响。利用以前的介绍性课程,如动力学,结构,数学和空气动力学,你将被介绍到空气弹性概念,如“柔性飞机”和控制反转,发散,颤振,极限环振荡和旋涡脱落。
你将使用飞机机翼、机身和旋翼系统的模型,以及广泛的工具来建模飞机和直升机的复杂结构动力学,并探索其与空气动力学和稳定性的相互作用。你还将学习如何做风洞测试,地面振动测试和飞行颤振测试,以评估飞机的空气弹性问题。空气弹性的知识也可以应用到广泛的领域,如能源收集,甚至还能理解打鼾的原理。
3、复合材料分析
在先进复合材料(ACMs)的研究中,复合材料分析包括分析这些高性能复合材料在新飞机、航空航天结构件和其他具有挑战性的工程应用中的能力。学生将深入了解复合材料系统(聚合物、金属、陶瓷),并学习分析技术,如断裂学、力学测试、应力分析、有限元分析和层压分析。您还将涵盖设计、连接、缺陷检测、无损评估、疲劳、冲击、环境、纤维/矩阵接口、刚度/强度和制造科学。复合材料分析对于制造更轻更坚固的飞机材料是很重要的。
4、航空电子学
航空电子设备是指飞机、人造卫星和宇宙飞船上使用的电子系统。航空电子设备是“航空”和“电子”的混合词,包括飞行仪表、驾驶舱显示器、计算机、导航设备、自动驾驶系统、雷达系统、数据采集系统、诊断系统、通信和空中交通控制系统、卫星全球定位系统、黑匣子、气象系统、武器瞄准和发射、高度和速度传感器。
从介绍航空电子设备开始,学习将涵盖诸如航空电子系统和设计、电磁兼容性、飞行动力学和控制、运动控制和伺服驱动系统、雷达和导航、可靠性和故障以及先进的仪器仪表等学科。
5、推进力
这个领域包括流动力学、热动力学、气体动力学和材料强度的研究。选择合适的汽车发动机,推进是关于飞机发动机的设计、开发、生产、装配和测试,必须满足一定的功率和性能要求。
学习将集中在基本的推进考虑,涡轮机械,燃烧室,加力燃烧器,火箭喷嘴设计,亚音速和超音速进气设计和燃气轮机配置。学生将学习基于螺旋桨的推进理论,研究各种飞机推进类型的推进效率,考虑飞机推进和高速飞机飞行的环境影响,并了解燃气轮机流动的热力学和空气动力学。你也可以学习不同形式的推进方式,包括电力和离子推进。
6、结构和材料
如果你喜欢结构和材料方面的基础课程,你可以选择在以后的学位中专攻这个领域。这一方向将学习与飞机结构相关的典型术语,以及如何通过结合分析、实验和数值技术(如有限元分析)来评估结构行为。就读学生还将了解如何预测,并通过实验,验证载荷结构成员的行为,如何设计和大小飞机结构配置与不同的荷载组合,了解新型材料(也许发明)、混合材料组合和探索新的结构概念——所有的目标是保持结构和材料尽可能的轻。
虽然上面列出了许多主要的航空工程课题,但其他专门化选项包括但不限于:
· 静力学和动力学(研究机械系统中的运动、力和力矩)
· 软件(包括航空应用计算机软件的规范、设计、开发和测试)
· 固体力学(汽车零部件应力应变分析)
· 空气声学(飞行中产生噪音的研究)
· 航空和动力系统(液压和电气系统的稳定性和空气机控制研究)
你还可以选择如商业运输、军用战斗机、直升机、航天器或导弹和火箭在内专门从事航空产品方向的学习。
汽车上的空气动力学原理是:在低速行驶或者无风的情况下,汽车与空气间的相互作用力通常可以忽略不计。但在高速行驶或遇到大风天时,空气阻力将对车辆的加速性能、操控性能和燃油效能产生巨大影响。
根据空气动力原理设计的汽车能够获得更好的加速性能和燃油效能,因为引擎不需要产生太多能量帮助车辆穿越气墙。工程师们已经设计出数种方法。
汽车空气动力学空气动力学的一个分支,研究汽车与周围空气在相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的学科,它属于流体力学的一个重要部分,主要研究汽车、火车等车辆的空气动力性能、行驶稳定性、操纵性和气动噪声等问题。
前向下压力是指汽车车头加装大包围等附带装置,引导气流从而得到向下的气流压力,后压力一般是指尾翼所带来高速行驶中,引发的气流向下压力。
汽车动力学中的前下压力是指汽车向前运动时空气作用于汽车向下的阻力。当汽车向前运动时空气从汽车顶棚向车尾运动的时候就会形成一股向下的压力,这就是为什么要加扰流板使的这股向下的压力变成向上的升力,从而有效减轻汽车负荷。
在一级方程式赛车界中有这么一句话:“谁控制好空气,谁就能赢得比赛!”。追求最佳的空气动力是现代一级方程式赛车中最重要的部分之一。在时速达300km以上的赛车世界中,空气在很大程度上决定了赛车的速度。空气动力中,要考虑的要素简而言之有两点。1:减少空气阻力(drag);2:增加把赛车下压的下压力(downforce)。空气阻力越小赛车的速度越能越快,下压力越大赛车在弯道时的速度就越快。空气动力学简单说就是如何取决在某些时候这两个完全相反的力的最佳平衡.
实际操作时要与环境因素造成的气流量的压强挂钩!
否则你将区别不出什么是空气动力和空气阻力
空气动力学
,许多流线型赛车,
f1方程式赛车
都运用了空气动力学
空气动力学的发展简史
最早对空气动力学的研究,可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。17世纪后期,荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力;1726年,牛顿应用力学原理和演绎方法得出:在空气中运动的物体所受的力,正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。
1755年,数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程,即欧拉方程。这些微分形式的动力学方程在特定条件下可以积分,得出很有实用价值的结果。19世纪上半叶,法国的纳维和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程,后称为纳维-斯托克斯方程。
到19世纪末,经典流体力学的基础已经形成。20世纪以来,随着航空事业的迅速发展,空气动力学便从流体力学中发展出来并形成力学的一个新的分支。
航空要解决的首要问题是如何获得飞行器所需要的举力、减小飞行器的阻力和提高它的飞行速度。这就要从理论和实践上研究飞行器与空气相对运动时作用力的产生及其规律。1894年,英国的兰彻斯特首先提出无限翼展机翼或翼型产生举力的环量理论,和有限翼展机翼产生举力的涡旋理论等。但兰彻斯特的想法在当时并未得到广泛重视。
约在1901~1910年间,库塔和儒科夫斯基分别独立地提出了翼型的环量和举力理论,并给出举力理论的数学形式,建立了二维机翼理论。1904年,德国的普朗特发表了著名的低速流动的边界层理论。该理论指出在不同的流动区域中控制方程可有不同的简化形式。
边界层理论极大地推进了空气动力学的发展。普朗特还把有限翼展的三维机翼理论系统化,给出它的数学结果,从而创立了有限翼展机翼的举力线理论。但它不能适用于失速、后掠和小展弦比的情况。1946年美国的琼期提出了小展弦比机翼理论,利用这一理论和边界层理论,可以足够精确地求出机翼上的压力分布和表面摩擦阻力。
近代航空和喷气技术的迅速发展使飞行速度迅猛提高。在高速运动的情况下,必须把流体力学和热力学这两门学科结合起来,才能正确认识和解决高速空气动力学中的问题。1887~1896年间,奥地利科学家马赫在研究弹丸运动扰动的传播时指出:在小于或大于声速的不同流动中,弹丸引起的扰动传播特征是根本不同的。
在高速流动中,流动速度与当地声速之比是一个重要的无量纲参数。1929年,德国空气动力学家阿克莱特首先把这个无量纲参数与马赫的名字联系起来,十年后,马赫数这个特征参数在气体动力学中广泛引用。
小扰动在超声速流中传播会叠加起来形成有限量的突跃——激波。在许多实际超声速流动中也存在着激波。气流通过激波流场,参量发生突跃,熵增加而总能量保持不变。
英国科学家兰金在1870年、法国科学家许贡纽在1887年分别独立地建立了气流通过激波所应满足的关系式,为超声速流场的数学处理提供了正确的边界条件。对于薄冀小扰动问题,阿克莱特在1925年提出了二维线化机冀理论,以后又相应地出现了三维机翼的线化理论。这些超声速流的线化理论圆满地解决了流动中小扰动的影响问题。
在飞行速度或流动速度接近声速时,飞行器的气动性能发生急剧变化,阻力突增,升力骤降。飞行器的操纵性和稳定性极度恶化,这就是航空史上著名的声障。大推力发动机的出现冲过了声障,但并没有很好地解决复杂的跨声速流动问题。直至20世纪60年代以后,由于跨声速巡航飞行、机动飞行,以及发展高效率喷气发动机的要求,跨声速流动的研究更加受到重视,并有很大的发展。
远程导弹和人造卫星的研制推动了高超声速空气动力学的发展。在50年代到60年代初,确立了高超声速无粘流理论和气动力的工程计算方法。60年代初,高超声速流动数值计算也有了迅速的发展。通过研究这些现象和规律,发展了高温气体动力学、高速边界层理论和非平衡流动理论等。
由于在高温条件下会引起飞行器表面材料的烧蚀和质量的引射,需要研究高温气体的多相流。空气动力学的发展出现了与多种学科相结合的特点。
空气动力学发展的另一个重要方面是实验研究,包括风洞等各种实验设备的发展和实验理论、实验方法、测试技术的发展。世界上第一个风洞是英国的韦纳姆在1871年建成的。到今天适用于各种模拟条件、目的、用途和各种测量方式的风洞已有数十种之多,风洞实验的内容极为广泛。
20世纪70年代以来,激光技术、电子技术和电子计算机的迅速发展,极大地提高了空气动力学的实验水平和计算水平,促进了对高度非线性问题和复杂结构的流动的研究。
除了上述由航空航天事业的发展推进空气动力学的发展之外,60年代以来,由于交通、运输、建筑、气象、环境保护和能源利用等多方面的发展,出现了工业空气动力学等分支学科。
空气动力学的研究内容
通常所说的空气动力学研究内容是飞机,导弹等飞行器在名种飞行条件下流场中气体的速度、压力和密度等参量的变化规律,飞行器所受的举力和阻力等空气动力及其变化规律,气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。从这个意义上讲,空气动力学可有两种分类法:
首先,根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度,空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。通常大致以400千米/小时这一速度作为划分的界线。在低速空气动力学中,气体介质可视为不可压缩的,对应的流动称为不可压缩流动。大于这个速度的流动,须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。
其次,根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性,空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。
除了上述分类以外,空气动力学中还有一些边缘性的分支学科。例如稀薄气体动力学、高温气体动力学等。
在低速空气动力学中,介质密度变化很小,可视为常数,使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、举力线理论、举力面理论和低速边界层理论等;对于亚声速流动,无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程,研究这类流动的主要理论和近似方法有小扰动线化方法,普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式和速度图法,在粘性流动方面有可压缩边界层理论;对于超声速流动,无粘流动所服从的方程是非线性双曲型偏微分方程。
在超声速流动中,基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动、锥型流,等等。主要的理论处理方法有超声速小扰动理论、特征线法和高速边界层理论等。跨声速无粘流动可分外流和内流两大部分,流动变化复杂,流动的控制方程为非线性混合型偏微分方程,从理论上求解困难较大。
高超声速流动的主要特点是高马赫数和大能量,在高超声速流动中,真实气体效应和激波与边界层相互干扰问题变得比较重要。高超声速流动分无粘流动和高超声速粘性流两大方面。
工业空气动力学主要研究在大气边界层中,风同各种结构物和人类活动间的相互作用,以及大气边界层内风的特性、风对建筑物的作用、风引起的质量迁移、风对运输车辆的作用和风能利用,以及
它的功能,主要是增加后轮的下压力,为赛车提供足够的抓地力
而且,在高速状态下,可以有效地引导尾部气流,减少乱流对车尾平衡的影响
至于那一种效果更好,对于非参与人来说,都是未知数
因为真正的空气动力学并不是计算出来的,而是通过进行不同形状车体的风洞试验,而得到的结果
似乎新的版本的车,其尾翼是碳纤维的,这个可能就是改变的原因吧
目前的空气动力汽车概念主要集中于使用压缩空气(或其它气体)来推动车辆前进,其作用原理也非常简单。首先,气体被以极大的压力压缩进储气罐中;然后,根据车辆行驶所需的速度,将储气罐中的气体通过可控阀门模块放出,推动气动马达转动,进而推动车辆。
简介:
空气动力汽车使用气动发动机,通过将高压气体所具有的压力能转换为机械能驱动汽车行驶。气动发动机与传统内燃机相比,由于在气缸里没有高温高压的气体燃烧过程,只通过单纯的气体膨胀做功来达到功率输出的目的,因此不再需要复杂的冷却系统,机体也可以选用较低强度、轻质的材料和简单的结构,所以结构简单、尺寸小、重量轻,造价低。
优势:
空气动力汽车的优势与太阳能汽车类似,可实现绝对的“零排放”状态,令现今的所有新能源车望尘莫及。此外,空气动力车的运行噪音可以被控制在一个合理的范围,不像燃油车一样发出较大的噪音。它还有个优势不得不提,那就是气动装置的成本不高,运行使用费用比较低,适合作为日常代步用车。空气动力车在使用时也无需像太阳能车一样照顾到天气等影响。
空气动力学设计师最关心的有两个基本问题:一是让赛车产生重要的下压力,以使赛车轮胎紧抓赛道,并且在转弯时产生更大的转弯力,二是将阻碍汽车速度加快的空气阻力减少至最小。
上个世纪60年代末,许多车队开始着手对赛车双翼进行实验,赛车的双翼设计原理实际上与飞行器的机翼是一样的,只不过在应用上正好相反。不同速度的气流在通过侧翼时(经过侧翼时距离也是不同的),会产生不同的压力,这就是众所周知的伯努利定律。当这个压力趋于平衡状态时,侧翼就会产生一个相同方向的压力。飞机使用侧翼产生上升力,而赛车则使用它产生一个下压力。一般汽车由于没有下压力,因此在转弯时甚至无法产生1G(相当于自身重量的力)的转弯力,而一辆F1赛车在转弯时由于空气动力学原因会产生3.5G-4G的下压力。这就意味着在理论上,赛车在转弯时仍会以高速驶过而不致翻车。
在早期实验阶段,可活动的侧翼和偏高的安装位置都直接导致了许多骇人听闻的事故,因此在1970年国际汽联对侧翼的尺寸和位置做了限制并制定了规则。尽管时间已经过去很久,但现在那些规则还有大部分在继续沿用和执行。
70年代中期人们发现了“地面效应”下压力。莲花车队的工程师发现一个巨大侧翼下面产生的力可以使整个赛车牢牢的“贴”在赛道上,这种思想的最终产品就是由格登-穆雷(Gordon Murray)设计的布拉汉姆BT46B赛车,当时设计这款赛车时,穆雷使用了一个巨大的风扇在赛车周围猛吹来制造流动空气,以使赛车产生巨大的下压力,后来其他车队也向这项技术挑战但最后都退缩了。不久国际汽联修改规则,限制赛车更多的利用“地面效应”-首先在赛车周围禁止创建低气压区,稍后又强制赛车必须安装一个“踏板”。
尽管许多车队都在空气动力学部分使用了风洞和巨大且可估算的动力,但F1空气动力学基本原理仍被应用:即创造最大的下压力并使阻力减到最小。最初赛车的前后翼会根据部分赛道所需要的下压力要求而做出不同外形,譬如狭窄且慢速的摩纳哥赛道就需要非常具有进攻性的的车翼形状-因此当你看摩纳哥站比赛时,赛车侧翼就像赛车带了两把分开的刀片。(2004新规则规定赛车后定风翼被限制为两片(注:原来是三片))与之相比,当在像蒙扎那样的高速赛道上比赛时,你就会看到赛车的侧翼会被尽可能的剥离开来,这样的做法就是为了减少阻力,而增加赛车在直道时的速度。
现代F1赛车的每一方面,从悬挂系统的形状到车手的头盔,都已经把空气动力学的效果考虑在内,因为身体将气流分开会产生湍流从而对赛车产生阻力,这样会使赛车速度减慢。看看现在的F1赛车,你就会发现,从适用于垂直底盘的车翼到安装在赛车尾部的扩散盘,无一不是为尽可能减少阻力而增加下压力在做努力,垂直底盘的作用在于阻止气流形成旋涡,而扩散盘的功用则有助于让快速气流通过车底时重新平衡,否则这个气流会在车底产生一个类似“气球”的低压力,而这个低压力所产生的效果与F1赛车的空气动力学基本原理正好相反。尽管做了这些,设计师们仍不能使他们设计的赛车更“光滑”,因为他们还必须要确保寻找到一个驱散F1赛车引擎所产生的巨大热气流的方法,但目前来看效果并不明显。
最近许多车队都已经开始模仿法拉利赛车的“窄腰”设计,即将赛车的尾翼做到尽可能低和狭窄。这样做既会减少阻力,又会使尾翼得到最大数量的空气。目前“船板”已经被证明适用于赛车的侧翼,因为它有助于将气流定形并且将湍流的数量减少至最低。
当普通汽车速度高于100公里/小时,空气动力学因素就会变得非常明显,汽车的各种性能会发生较大变化,车速越高,变化越明显越剧烈。F1赛车具有强大的动力性,有能力以远高于普通汽车的车速行驶,空气动力学自然是设计师们要重点考虑的因素。行进过程中,产生在车身上的空气动力学效应是截然不同的。
1、在汽车前进方向上,有气动阻力。气动阻力与速度和车身形状有密切关系,普通轿车车速超过120公里/小时后,引擎动力主要是克服气动阻力。F1赛车比赛时的平均车速一般在200公里/小时以上,最高车速甚至能达到350公里/小时上下,因此克服气动阻力是设计F1赛车时的关键;
2、在垂直地面的方向,有气动升力。气动升力产生的原因是气流流经汽车上下表面,形成压力差造成的。气动阻力只是影响车速和燃油消耗量,而作用在汽车上的升力将直接影响着汽车和驾乘人员的安全。因为当升力过大时,前后轮都有腾空的趋势,当转向轮腾空时,会使转向失灵;驱动轮腾空时,会使驱动力大大下降,影响汽车的加速特性。同时当在这种状态下遇到侧风时,或在转向时由于侧向力的作用会使汽车偏离原来的行驶路线,容易造成严重事故。F1赛车在过弯时,最大能出现4g的侧向离心力,而普通轿车最多到0.4g车轮就会发生侧滑了,因此在设计F1赛车时,减小气动阻力固然重要,但更重要的是应使汽车具有较大的负升力,即“下压力”,以保证汽车有足够的稳定性和高速通过弯道的能力;
3、在汽车侧向,有侧向气动力。侧向气动力往往会被人忽视,但它却是影响汽车稳定性的重要因素。所谓汽车的稳定性就是当受到某种干扰时,能够沿预定路线行驶的能力。F1赛车在环形赛道上行驶,不可避免地会受到侧向风的干扰,尤其在起动、过弯、制动等轮胎附着状态处于极限的时候,侧向风可能会使赛车失去控制。一般认为,在F1赛车设计时,应使理想侧向风压的中心位于赛车重心的后部,这样的赛车抵抗侧向风的能力会强一些。
F1赛车获胜的主要指标是平均车速,由于场地赛不是在一个直线的赛道上比赛,直线速度不是决定胜负的唯一法宝,过弯速度成为取胜的关键。作为场地赛车,F1不能像拉力赛车那样用“漂移”的技巧过弯,必须依靠下压力使轮胎抵抗巨大的离心力不致发生滑移。获得下压力最理想的办法就是依靠空气动力学的气动升力,其特点是过弯速度越快,产生的下压力就越大,这正好符合汽车动力学特性要求。但气动下压力的产生必须要有车身形状的配合,为此,各种空气动力学装置在F1赛车上应运而生。
上世纪60年代末,F1赛车车身上首次出现扰流翼板,从此,F1步入了空气动力学时代。于是有人开始信奉“谁掌握了空气,谁就掌握了F1”。扰流翼板在F1上的应用来得太猛了一些,一开始,扰流翼板还只是前后车身上的小小凸起。但很快工程师们就开始在车身上装置巨大的、突出车身许多的前翼和尾翼。可惜的是,那个年代科技的发展还无法让工程师计算出翼板究竟给赛车带来多大影响,而且翼板普遍装配得不够结实,高速下极易折断,而这种情况一旦发生将非常危险。
1969年,在西班牙巴塞罗那蒙久奇赛道上发生了一起严重事故,两辆莲花赛车的尾翼先后脱落,险些造成重大人员伤亡。事故发生后,扰流翼板原本要被全面禁止,但经过一系列争执后,赛事主管部门作出让步:扰流翼板得以保留,但对其限制非常严格,限制内容包括尺寸、布置位置、强度以及连接等等。
随着风洞测试能力的增强和计算机仿真手段的出现,近年的F1赛车上采用了大量的空气动力学装置。最明显的就是在赛车的前部和后部安装着一排排的定风翼,这些定风翼起到扰流板的作用,能产生下压力,但同时又会产生气动阻力。
前定风翼大约提供了赛车总下压力的25%,后定风翼可提供总下压力的约1/3。前后定风翼包含了许多元件,风翼的角度都是独立可调的。在最外端,定风翼与纵向端板相接,最大限度导引气流,防止气流从风翼末端溢出而降低效率。
不同赛道有不同空气动力学要求,一般直道短、弯道多的所谓低速赛道需要有较高下压力,如摩纳哥的蒙特卡洛赛道,需要将定风翼的角度调大一些;而一些拥有长直道的高速赛道,如意大利的蒙扎赛道,为了减少在直道上的气动阻力,则需要较小的定风翼角度。但实际上,大量的F1赛道并非能简单归类为低速或高速赛道,新建的赛道往往都是混合型赛道,同时具备慢弯、高速弯和长直道,定风翼的调整需要和试车数据紧密结合起来。
赛车的底板同样也是重要的空气动力学装置,它是将碳纤维板直接安装在底盘下部。底板和赛车后定风翼下方的扩散器之间的关系非常关键,向上翘起的扩散器增加了赛车底板和跑道面的距离,降低了那个部位空气流动的速度,就相当于在一个河流变宽的时候,减低了水流的速度。
降低赛车速度必须降低下压力,国际汽联近几年来对前定风翼高度、后定风翼的位置、底板尺寸等进行了严格限制,尤其是2005赛季的规则使得使F1赛车下压力减少了近20%,果然05赛季初的平均单圈成绩比2004赛季相应增加了2-3秒。
其他F1赛车空气动力学装置还包括装在车身上的各种导流板和翼板等,这些装置的作用主要用于疏导气流,如在前轮后部的导流板是为了梳理车轮后部产生的乱流,使其平顺进入赛车侧箱的散热器口,提高冷却效率。
尽管空气动力学装置在F1赛车上起到了关键作用,但包括法拉利车队技术总监罗斯·布朗在内的相当多业界人士却对空气动力学的滥用很是反感,他们认为提高机械抓地能力才是赛车技术发展的光明大道,过度依赖空气动力学“制造”下压力是没有前途的。毕竟,F1赛车在追求极限速度的同时,也应该对民用车技术的进步作出示范,过多的空气动力学套件很难应用在民用车上。罗斯·布朗说:“我们应该通过规则的约束来制造全新概念的赛车,新赛车应摆脱所有附加空气动力学零件,那些前后翼还有附加小翼都应该消失。”