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标题: 什么是一级方程式赛车 (摘自维基) [打印本页]

作者: 德国的牛 时间: 2010-6-24 21:01 标题: 什么是一级方程式赛车 (摘自维基)

一级方程式赛车（Formula One，简称F1）是由国际汽车联盟（FIA）举办的最高等级的年度系列场地赛车比赛，全名是“一级方程式锦标赛”。
F1被很多人认为是赛车界最重要的赛事，同时也是最昂贵的体育运动，其赛车往往采用汽车界最先进的技术。F1每年会举办一系列的比赛（例如2005年有19站比赛），比赛场地是全封闭的专门赛道，或者是临时封闭的普通公路赛道。每年约有10支车队参赛，经过16~20站的比赛，来竞争年度总冠军的宝座。F1赛车发源于欧洲，但今天它也风靡全球。

命名為了公平性與安全性，賽車運動的主辦者會制訂賽車的统一「規格」（formula，或也可解釋為車輛設定的「公式」），只有依照規格制造的赛车才能參賽，這種賽車便称为“方程式赛车”。F1是FIA制定的方程式赛车规范等级最高的，因此以1命名。其他還有各種等級較低，也比較不受注目的賽車規格。值得注意的是比賽名稱中的「Formula」代表的是「規則」（rule）的意思，與數學的方程式並沒有實際關係，但由於中文環境中最早接觸此名詞時翻譯為方程式，在多年的使用後已成為約定成俗且廣為接受的譯名。由於這比賽在全世界的高知名度，縱使簡稱作「F1」也通常不會造成误解，而在許多其他領域的競賽中，也常見到將最高等級賽事命名為「F1」的例子，例如世界一級方程式競艇錦標賽（F1 Powerboat Racing）。

历史F1锦标赛是有着漫长歷史的世界级赛车运动。F1的前身是1920年代和1930年代举行的欧洲大奖赛。二战结束后随着机动车赛的重新建立，F1锦标赛最终在1950年正式开赛。
1950年，第一场F1由FIA于英国银石赛道上举行。1970年代是F1的瞬间加速期，空气动力学套件加涡轮增压引擎，使得赛车速度激增；1980年末开始引进的电脑科技使得赛车的油门、离合器全部由电脑自动调控；1990年代是F1的“自动化”期。然而賽車運動的樂趣在於選手的技藝，而非賽車的機械。某些批評家認為賽車的機械運作過度仰賴電腦，會便宜了技術欠佳的選手。因此比賽的主辦單位也經常修改規則，藉以降低新技術所帶來的影響。

賽車技術與規則變化
比赛采用的赛车为单座四轮，敞开式座舱。這種沒有車頂與車窗玻璃的車身有助於減少車身上半部重量，降低重心增加操控穩定，將車身大小減至最小，連輪胎周圍的葉子板（擋泥板）也不裝設有助於減少車身正前方迎風面積與車重，是完全不考慮街道實用性的前提下之賽車設計，有別於有車頂及較實用車身的GT（可開上街道去Grand touring）車或（車輛發展）原型賽車。車手頭頂上方為引擎進氣口，兩側為水箱散熱進氣口。
雖然F1賽車車身使用許多大型擾流翼和小型擾流板來增加下壓力而造成風阻係數（coefficient of drag）增加，但因為車身正前方迎風面積已儘量減至最小，所以風阻係數乘以車身正前方迎風面積的阻力面積仍能降低，同時又保有下壓力強的操控穩定性。一般流線型的轎車雖然風阻係數比F1賽車低，但因為迎風面積大上許多阻力面積不見得較低（轎車的左右車外後視鏡形狀在左右上角顯示天空的不必要部份也常被切掉以減少迎風面積），而且也缺乏F1賽車的大量擾流板提供大量下壓力，車身重心也較高，所以無法做出F1賽車高達5G（該車輛靜止時總重量的五倍）的過彎抗離心力（Lateral acceleration），一般市售跑車過彎抗離心力有1G即算優秀，一般轎車過彎抗離心力有超過0.8G就算不錯的表現。如果有足夠的天花板空間，當超過某個時速時，F1賽車的下壓力之大可以讓F1賽車頭下腳上的在天花板上駕駛。
1980年代中期渦輪增壓引擎的F1賽車就有1200匹馬力，馬力比今日自然進氣引擎的F1賽車高，在直線跑道加速更快，但現今F1賽車的優秀之處在於極高的過彎速度、強力煞車與摩擦阻力超過1的高抓地力輪胎。以1990年Tyrrell車隊的Tyrrell 019這部對F1極具影響力的賽車而言，設計師Postlethwaite 博士採用創新的高車頭設計，讓更多氣流進入車底產生文氏管效應（Venturi）增加下壓力（賽車界稱地面效應，Ground effect，讓車底氣流高速流過，使車底氣壓大幅低於車身上方氣壓而增加下壓力，另一種產生地面效應的方法為Lotus蓮花車隊曾使用的側裙擾流板，減少車身側面氣流進入車底低氣壓區擾亂氣流，讓車底產生接近真空的低氣壓增加下壓力，但此方法被FIA禁用），也減少車頭與前擾流板連接處的亂流，在1990年創下時速300公里過彎的記錄，達到4G的過彎抗離心力（70年代末期F1賽車的最佳過彎表現約為時速240公里，2G；2009年在新規則限制下F1英國站比賽仍有車手過彎時達到5G），成為後來各車隊的設計範例與F1賽車首創的特色。
美國類似F1的Indycar賽車因為主要跑圓形傾斜跑道，利用路面朝圓心的傾斜角度抵銷許多過彎離心力，形成彷彿連續不斷的直線跑道，大多數時間可以開到最高速，也沒有左右彎道，需要的下壓力較小，只在少數沒有傾斜路面有左右彎道的比賽場地才採用高車鼻設計車頭來增加下壓力。F1後來為了因應 FIA新規則對性能造成的損失，F1賽車車身兩側水箱散熱進氣口下半部設計成圓弧內凹的形狀讓該部位氣流流動比側箱上半部快，讓側箱下半部氣壓變小也產生下壓力，前懸吊與水箱散熱口之間並增加破風板（barge board，2009年禁用）來使剛流過前擾流翼與前輪懸吊系統有些紊亂的氣流變整齊順暢，過彎抗離心力進一步達到5G。F1車手在過彎與煞車時身體都承受數倍體重的重力，卻無法穿戰機飛行員的抗重力服來讓足夠數量的血液留在腦部或離開腦部，所以F1車手平時就需要高度的體能訓練，才不會比賽到一半就過度疲倦而撞車。
F1的引擎與傳動機械為了減輕重量提升加速性能常常得犧牲耐用度冒著引擎縮缸損壞的風險，甚至變速箱也曾嘗試使用碳纖維製造來減輕重量，完美的F1引擎設計是使用一兩場比賽後正好可報廢，若太耐用就代表這引擎設計還有減重的空間。
車隊與主辦單位之間長年進行貓捉老鼠的遊戲。随着汽车工业的不断发展和为了提高赛车的安全性、比赛的观赏性，比赛规则與賽車的規格也不断地进行改变。例如在空气动力学套件和涡轮增压引擎問世後，比賽規則就加入了對以上兩種技術的限制。此外對於電腦的使用，限制也是日益嚴格。因此就算某車隊靠著科技進步取得優勢，第二年主辦單位就可能制訂新規則以降低其影響力。同時其他車隊也會透過抄襲或自行研發，取得類似的技術以抗衡。
雖然限制日益嚴苛，F1並不因此而失去观赏性。因為觀眾想看的並不是某輛賽車一馬當先，而是要看到賽車選手之間的龍爭虎鬥。只有在每一輛車性能差異不大的前提下，才能比較出選手技術的優劣。因此賽車的速度受到嚴格限制。不但是為了增加競技的趣味，也是為了降低車禍時的死亡率，藉以避免例如1994年巴西F1賽車選手塞纳車禍致死的意外再度發生。
雖然賽車主辦單位不斷限制新科技的運用，但是比賽用的賽車仍然比任何商品化的汽車更為先進。汽車工業利用賽車實驗各種技術，這些發明與發現也經常用於改良量產的汽車。涡轮增压引擎的普及便是一個很好的例子。賽車運動對於汽車的安全也有正面影響。
2005年赛季F1规则有不少的变化，其中较大的变化包括一站比赛只准使用一套轮胎，與一台引擎必须使用两站比赛（在爆胎、爆缸或影响赛车安全行驶的情况下允许更换轮胎或引擎），與後定风翼向前移了20cm以減少後擾流板透過與車尾的距離產生槓桿原理放大下壓力(如2004年Chrysler概念車MEFour-Twelve的尾翼在時速300公里時可電動向後移動10公分，產生421公斤的下壓力)等等。2006年賽季F1将再次进行规则大改动，包括引擎由已經使用多年的V10設計改為V8設計，以求降低各車隊在引擎開發上的成本需求與馬力，拉近強弱隊之間的差異。2008年废除了电子牵引控制系统，F1运动在經過一陣子高度電子化的時代後，又回歸不依賴赛车功能而更依靠车手驾驶技术的本質。國際汽聯對2009年的比賽規則進行了進一步的修改，主要核心為進一步降低賽車下壓力（高下壓力可幫助賽車獲得高速過彎速度)、增加後擾流翼離地高度以減少對後面賽車產生亂流增加後面賽車超車的機會、禁用輪胎加溫裝置（此裝置可幫助賽車在比賽中更快進入工作溫度以獲得高速度）、禁用前懸吊系統後方整理亂流的破風板和引入光頭胎和加寬前擾流翼補償一些新規則損失的下壓力（無花紋的光頭胎可增加輪胎抓地面積有效提升賽車速度，但比現行有縱向排水紋的輪胎更易磨損）。國際汽聯希望通過以上措施將比賽更進一步地轉變為車手技術之間的較量和限制賽車速度，但是有不少車手對其提出了異議，主要體現在賽車將更加難以駕駛，比賽中事故將會增加，車手往往會因為謹慎駕駛而降低比賽的觀賞性等等。

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