为何扩散器能增加F1赛车的抓地力？

F1是一项科技含量非常高的运动。为了提高汽车的速度，每个家庭都在空气动力学方面投入了大量资金。汽车前部的扩散器和后部的扩散器可视为汽车的空气动力基础。然而，F1的多层扩散器已经被禁止，空气扩散器已经结束。所有扩散器上的把戏都被光荣的国际汽联切断了。现在，是时候回归基础，谈谈扩散器本身了，它是赛车的空气动力学基础。这也让我们对工程师投入的汗水和金钱有了更深的理解。

迈凯轮后部的扩散器

对于F1赛车来说，道路是用轮胎行驶的，所以如何确保轮胎和地面的紧密结合是最重要的，这就是“抓地力”。抓地力主要来自于由车辆悬架控制的机械抓地力和由空气动力学效应产生的抓地力。利用空气动力学效应产生下压力的扩散器位于整个车身的后部。虽然从技术角度来说称它为扩散器并不十分正确，但人们仍然用扩散器来称呼汽车的这一部分。扩散器有两个功能。一方面，它像机翼一样弯曲，从而在汽车后部产生反向压力，增加下压力。第二个与第一个密切相关。它从车下吸入空气，形成一个低压区。然而，F1赛车会遇到一个问题，赛车下方的空间比车身上方的空间小得多。然而，当空气流入小空间时，会产生湍流，这将影响空气流动速度。结果，底部的气压将明显上升。这时，扩散器开始发挥作用。扩散器的主要功能是将混乱的气流恢复到正常流动，并利用排列的轨道加速气体的流出。此时，由于空气从车底后部快速流出，将在该区域形成一个相对较低的压力区域。因此，这个低压区就像一个排气扇，不断地将空气从汽车后部的前部吸入汽车底部。这样，汽车底部相对于汽车顶部具有相对低的压力区。结果，汽车在高速行驶中被牢牢地压在了地上。

现在，让我们来看一个关于扩散器的简单理论:

为了理解扩散器的操作，我们必须首先理解升力和压力的基本原理。下图给出了用于产生下压力的翼型的简单轮廓。

流过翼型的空气流的下表面上的空气流比上表面上的空气流流动更长的距离，这意味着下表面上的空气需要更努力地工作并且跑得更快，以便同时与上表面上的空气流及时合并。根据伯努利方程，速度越快，压力越低。这降低了下表面上的空气压力，并在翼型的上表面和下表面之间产生压力差。鳍实际上被上面的高压空气压下，导致向下的压力。

汽车扩散器的设计原理是加速汽车底部的空气，形成一个低压区，在汽车上下表面之间形成较大的气压差，从而获得较大的下压力或较快的弯道速度。

我们已经知道产生下压力的基本方法。接下来，我们将看看扩散器设计的更多细节，以及它们不同的原因。

扩散器的体积从前到后逐渐扩大，形成一个巨大的空间，需要通过空气流动来填充。这就像文丘里管，空气在扩散器的喉部加速。以产生工程师期望的向下压力。随后，扩散器中的空气逐渐减速，直至与后部车身上部的空气汇合(见下图)。扩散器内部的膨胀曲线非常重要。应仔细研究和测试曲线的曲率，以确保内部气流平稳地流过扩散器的顶部和侧面，而不会产生气流剥离。

扩散器出口上方的翅片(F1中的梁翅片)对扩散器的效率也有重要影响。在这一点上的散热片可以确保在扩散器出口处吸入的气流来自赛车的底部，而不是赛车的上表面。

上图显示了典型扩散器的压力分布，蓝色代表最低压力区域，红色代表最高压力区域。从图中，我们可以看到扩散器的后部是压力最低和气流速度最快的区域。然后，压力和气流速度逐渐恢复到“正常”，因此扩散器将整辆车吸到轨道上。

一般来说，扩压器产生下压力的效率(升阻比)非常高。因此，现代F1赛车的扩散器产生了大约40%的总下压力。因此，可以说赛车最重要的区别是在我们看不到的底部。整个赛车应该围绕提高扩散器效率的目标进行设计。然而，我们通常看到的照片中的扩散器只是冰山一角。