2022年大家都爱谈的地面效应，到底是什么？

每次提到2022赛季新车，我们总能看到一个词“地面效应”。对这个概念，好像每个人都能讲出两句，又好像没人把它说清楚。

在各个车队扎堆儿发布新车前，我们来彻底搞懂“地面效应”到底是什么意思。

每周一和周四，19:00我们不见不散。

可能是被误会最多的赛车空气动力学名词：地面效应（Ground Effect）。

莲花78 F1赛车利用地面效应创造了巨大的下压力，因此获得了无比强大的优势，但这一应用在80年代初又受到了规则的限制。

说到地面效应，稍微有点赛车知识的人可能都会说上几句。比如“就是把机翼倒过来”，或者“尾部扩散器就是干这个的，我自己的车也改装了这个”。还有很多人说2022年是地面效应“重新回归”的一年，这些说法可能都不够全面，地面效应其实从来没有离开过F1赛车，现在让我们一起来了解一下。

首先，我们都知道飞机机翼可以产生升力，但很多人认为这完全是因为上方气体被加速，因而流动得更快。其原理是伯努利方程，即流速越快压强越小。赛车地面效应就是把机翼反过来而已。

但其实如果仔细想这件事，这种说法就意味着上面气体分子遇上凸起的表面就必然加速，如果两个气体分子在同一时间出现在机翼前端，经过流动就能重新在尾端相遇。其实根本不会，是否有升力其实很大程度在于机翼改变了气流后，气流是向上还是向下流动(downwash)，可以简单理解为反作用力。 

为什么这么说呢？有很反直觉吗？不知道大家见没见过特技飞机倒着飞，并且不是转个弯就回来，是能一直保持飞行。如果按之前的说法，机翼倒过来不就是呈下压力状态了吗？应该是飞机被按着压向地面才对呀。

其实，这时候飞机只要继续让机翼整体上扬，气流向下就可以了。虽然效率没有正过来高，但依旧是升力。所以这里我们知道了，机翼倒过来仍然可以是升力。那么，这里我们破除了一种理解，即赛车地面效应全是靠反翼形状造成的下压力。赛车上部曲线更复杂，如果气流会因为路程更长而加速更快，这样岂不是减小了下压力？

这时，可能了解多一点的朋友会说文氏管效应（Venturi Effect）,会认为上凸的形状挤压了空气，让空气更快地流过了。但是想想飞机飞行中，上方是整个大气层甚至宇宙。赛车上这几厘米的突起能算个啥？

文氏管效应是建立在流量守恒的基础上，即流入流出的流体不可以在中间某一处堆积，必须会在收窄之处加速流动，快速流动处就会是低压力区。机翼上下都不符合流量守恒的条件，所以文氏管效应并不是升力或者下压力产生的原理。

但也没错，文氏管效应是我们地面效应的一部分。请注意，地面效应最重要的是“地面”二字。

赛车行进时，和地面造成平行移动。假设离地间隙是50mm，气流会被导向底板区域，再经过文氏管效应的加速和尾部的扩散，造成了下方的低压产生，把车“吸”在了地面上。

可以看看下方的实验结果，h是物体的离地高度。在L（长度）一定的情况下，基本上高度是越小下压力就越大。所以离地间隙很大程度影响了地面效应产生的下压力大小。这也就是为什么F1规则上严格限制底板高度，赛车底板中央有一块木板用于高度限制。赛后检查磨损情况时，如果木板厚度小于9mm就要受罚，木板旁边的阶梯状平面也要同时被限制高度。

所以到这里大家应该理解了，地面效应其实是对下方低压现象的放大。离地越低效应越明显。当然这个效应依赖着前方进气和尾部扩散的同时作用，大家可以看到在2022新年车底板进气处，有竖直格栅一样的尖端东西导流，其实那叫涡流发生器，造成的涡流可以更好地贴合底板流动，减小地面效应损失。

而尾部扩散器并不是角度越大越好，扩散器角度增大可以增加相对下压力，但是增大到一定角度后，阻力又会极大增加。这涉及到侧涡效应，我们以后会解释。

2022年之前的车基本是让底部气流平直流动，只在尾部有限扩散，气流也只能靠Y250涡流这样气动封闭，所以整车下压力更依赖于上面产生的气动下压力，但地面效应一直存在，也一直在被尽可能地利用，只是被限制得很死。

底盘下方的吸力依然是下压力的重要来源，只是因为按照规定，这种吸的效应不需要放大太多，所以下压力占比不大而已。我的感觉是，之前的地面效应对平直底板没什么放大作用，2022 F1新规并不是把地面效应拉了回来，而是终于让这个“放大器”有了舞台。所以今年可能不是地面效应回归了，而是男配被导演抓去当主演了。

当然，影响地面效应大小还有一个很大因素就是侧裙，侧裙能更好的封锁住底部气流，大家可以在下图中看到，纵轴是下压力系数，负值越大下压力越高。很低的侧裙对下压力很有帮助。但是破损的侧裙对原有下压力的破坏也很明显。这也是为什么FIA之前没有迎来地面效应时代的原因，一旦侧裙破损，真的很容易出事故。2022新规中，侧裙依然是不能机械封闭的。

那为什么2022年又会让地面效应部分增强呢？

首先，地面效应的好处显而易见。这是在阻力最小情况下，获得下压力的好方式。相比车身上部各个复杂的翼片，增大下压力同时增大了行进阻力，工程师还会权衡它们之间的关系，地面效应性价比就太高了。

其次，它制造的尾部乱流更小，使得后车更容易跟车，这符合F1新的精神，即让斗车增加。另外，扩散器的尾流也可以跟随尾翼下层的装置一起被强制抬升躲过后车。

第三，没有机械侧裙的地面效应并不是完全体，而是可以得到控制且安全的升级版。

第四，这样可以让车身上面的空气动力学套件简化，大家也能看到，尾部乱流也会更少了。

第五，地面效应区域和车身上方比，它对脏空气更不敏感。所以如果底盘吸收的下压力占比更大，车手在跟车超车时其实是会更稳定的。

最后，现代F1赛车被动安全装置有了很大的提升，对车手生命安全有了更好的保证，所以赛会有底气可以在边缘伸个脚试探试探了。

目前来看，规则这样一改，带来的正面影响还是比负面影响多。

抛开理论做个小实验，我们可以模拟一个地面效应底板，把它加装到遥控车底部对比下。如果先用吹草机对着它吹一下，吹草机一开动就会被瞬间吸在地面上，立竿见影。何况这只是50km/h风口速度的小风洞啊，竟然这么有效！

请大家仔细看看下面两张图的对比。然后再把仪表安装到遥控车上跑一跑，没有加装地面效应底板的遥控车实测侧向G值0.84G，加装地面效应底板后，1.03G！！增加了22%，要知道这个遥控车也就跑到了80km/h左右，变化真的太明显了。

总之，更频繁和激烈的斗车是我们车迷更愿意看到的，地面效应的增加只是手段，在保证安全的前提下，这种规则的修改完全没有问题。

作者：赛车星冰乐