4月21日，世界一級方程式賽車錦標賽（F1）中國大獎賽在上海國際賽車場收官。
本屆F1中國大獎賽盛況空前，對于賽車迷來說堪稱一場難得的“嘉年華”，久違的發動機轟鳴熱浪、賽車的風馳電掣，引發了全場山呼海嘯的掌聲與呼喊，令賽車迷久久回味。
在航空迷眼中，在這場關于地表速度的競賽中，每一個轉彎和直道都見證著空氣動力學的無形“大手”如何將賽車穩穩地按在賽道上，讓它貼地飛行，高速過彎。也是這雙空氣動力學的“大手”托舉著飛機沖上藍天，賦予人類一雙翅膀。
本期，我們就從空氣動力學的視角來聊一聊F1賽車“貼地飛行”背後的奧秘。
F1賽車之所以能貼地飛行、飛機之所以能飛上藍天，都有賴于空氣動力學。圖爲意大利“三色箭”飛行表演隊（使用MB-339教練機）以9機編隊的招牌動作，爲F1意大利大獎賽表演助興。
從升力到“負”升力，賽車貼地飛行
飛機之所以能飛起來，一種簡單的解釋是：空氣流過機翼（通常是上表面向外彎曲的程度較大、下表面相對較平）的上下表面，上表面空氣流速加快、壓力變小（根據伯努利定律）；下表面的空氣流速減慢、壓力變大。上下翼面的壓力差形成了托舉飛機飛上藍天的升力。
20世紀60年代末，後翼（也有稱之“尾翼”）被引入F1賽車的設計中。自此，前翼和後翼就成了F1賽車上的標配。
而F1賽車上的前後翼，在翼型（翼的剖面形狀）上就類似倒置過來的飛機“機翼”。
F1賽車上的前後翼，在翼型上可以視作倒置過來的飛機“機翼”。
對比于，機翼（上圖）升力的産生，將其倒置作爲F1賽車的前後翼，就將産生“負”升力，對賽車的下壓力。
當空氣流經F1賽車前後翼，下翼面氣流流速高、壓力小，上翼面的空氣速度低、壓力大，從而産生了“負”升力，即空氣對賽車的“下壓力”。
這雙無形的大手“下壓力”讓F1賽車得以牢牢地抓住地面。這樣一來，在直道少、彎道多的F1賽道上，F1賽車就能夠以盡可能高的過彎車速、更好的操控性、更穩定地通過彎道（尤其是高速彎道），幫助賽車手創造更好的圍場戰績。
當F1賽車的“機械抓地力”（全賴于汽車自身質量、輪胎和懸架系統等）接近極限時，工程師們就要依靠空氣動力學來創造“下壓力”。
倒置機翼令賽車設計方向劇變
20世紀60年代，美國德克薩斯賽車手兼汽車設計師吉姆·霍爾（Jim Hall）率先在他的Chaparral 2E和2F跑車上安裝了後翼。
F1蓮花（Lotus）車隊的創始人、賽車設計師柯林·查普曼（Colin Chapman）很快將後翼引入他的車隊F1賽車上。效果是立竿見影的：高速行駛中後翼産生了更大的下壓力，大幅提高了賽車過彎的速度和穩定性，比賽成績由此不斷刷新。
1970年，一代經典F-14“雄貓”戰鬥機首飛，此時“變後掠翼技術”正熱門。
20世紀70年代的航空技術早已進入了噴氣時代，跨入了超聲速時代。所以，賽車工程師從航空領域借鑒一下，給賽車裝上機翼，這算不上是什麽異想天開。
不過，最初前翼和後翼在賽車上的布置還是比較簡陋的。比如，全寬後翼通過螺栓固定安裝在後懸架上，或者由細長的支柱（長度4英尺，約1.2米）來更高地支撐起來。
也因此，有時空氣動力那雙無形的大手會將前後翼直接壓塌，乃至威脅賽車手的安全。這也讓F1規則做出修改，對前後翼的高度、寬度、位置等做出越來越嚴格的規定，它們被要求布置在賽車較低的位置，也開始與車身作爲一個整體來通盤設計。
半個多世紀以來，在嚴格、繁瑣的F1規則限制下，在各家車隊對性能的取舍，以及技術路線的差異影響下，F1賽車外觀經曆了一次次叠代乃至巨變，這也恰似航空領域的戰鬥機在氣動外形上的變化——天地之中的它們，外形之變無不是來自空氣動力學那雙手的塑造。
由空氣動力學主宰的性能和設計
“將機翼倒置裝上賽車”後，F1賽車的設計方向發生了重大轉變，標志著空氣動力學開始在F1賽車上扮演越來越重要的角色。
空氣動力學不僅在一年又一年的新賽季中“再造”著各家車隊新車的外觀，也幾乎主宰著一輛賽車的全部性能。特別是隨著發動機研發、輪胎特性等變量趨于穩定，空氣動力學開發所帶來的性能優勢將直接決定新賽車是“火星車”還是“地球車”。
也因此，F1賽車的懸架設計、動力總成、構造和布局等都要服從于空氣動力學的要求。
一型飛機的設計離不開風洞測試、計算流體力學（CFD）軟件模擬等，一款F1賽車的設計也同樣如此。
在爲F1賽車裝上“倒置的機翼”後，那些圍繞機翼的一系列空氣動力學領域的理論定律、效應，發生在機翼上的種種空氣動力學相關的現象，也都在貼地飛行的F1賽車前後翼、擾流片（整流片）等賽車上表面的空氣動力裝置上處處應驗和發生著，包括但不限于伯努利定律、文丘裏效應、邊界層理論、流過F1賽車的湍流、失速現象、地面效應、康達效應等。
在航空領域常見的，如通過翼刀、翼尖小翼來梳理、引導氣流的氣動設計等“小手段”，在F1賽車的空氣動力設計上也有著類似應用。
位于前翼後的車輪産生的渦流會直接影響到整車的氣流流場。2022年F1新規則下的新賽車，在輪胎上方增加了擾流翼片，它的出現將控制前輪渦流，防止它破壞汽車其他部分的流場。
關于目前F1賽車身上的設計“小心思”以及那些可能會影響F1賽車的因素，明天的文章中我們繼續聊。
