The Science of Formula 1 Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Haynes Publishing

作者:David Tremayne

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:2010-02-15

价格:USD 34.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781844257188

丛书系列:

图书标签:

• Formula 1
• 赛车设计
• 空气动力学
• 车辆工程
• 汽车工程
• 机械工程
• 性能优化
• 材料科学
• 赛车技术
• 工程设计

赛道上的智慧：深入剖析现代赛车工程的基石 《赛道上的智慧：深入剖析现代赛车工程的基石》 旨在为赛车工程领域的专业人士、资深爱好者以及工程学学生提供一本全面且深入的参考手册。本书超越了对单一赛事或特定车队历史的叙述，而是聚焦于支撑现代高性能赛车，尤其是方程式赛车背后那些复杂、精密的科学原理、工程实践和设计哲学。 本书的结构设计旨在引导读者从基础物理学原理出发，逐步深入到尖端技术应用的层面。我们坚信，真正的速度源于对物理定律的深刻理解和对工程极限的精准把控。 第一部分：空气动力学——驾驭不可见的力量 本部分是全书的核心，系统地探讨了空气动力学在赛车性能中无可替代的作用。空气不再是简单的阻力，而是被视为一种可以被塑形、引导和利用的“流体资源”。 第1章：空气动力学基础与边界层理论的重述 本章首先回顾了流体力学的基础，重点强调了理解雷诺数、马赫数在不同赛道环境下的变化对空气动力学设计的影响。随后，我们深入探讨了边界层理论，分析了湍流与层流的转换对阻力（Drag）和升力（Lift）的影响。我们将详细介绍如何通过表面纹理、微小扰流器（Vortex Generators）的布局来维持气流的附着性，尤其是在高攻角（Angle of Attack）条件下，以避免灾难性的失速。 第2章：下压力设计的几何学与流场控制 下压力（Downforce）是现代赛车性能的关键。本章将详尽分析文丘里效应在扩散器（Diffuser）设计中的应用。我们不仅会展示伯努利方程在扩散器出口速度与压力梯度计算中的应用，更会深入探讨如何通过多层板结构、导流片（Strakes）和尾流管理系统，优化扩散器的扩散率（Expansion Rate），以最大化地面效应，同时抑制寄生阻力。 此外，本章还将专门分析前翼与尾翼的相互作用。前翼不仅产生下压力，更重要的是作为气流的“预处理系统”，引导气流绕过车身上部和侧箱。我们将用计算流体力学（CFD）的视角，展示如何通过调整翼片角度、侧板设计和端板（Endplate）的优化，精确控制气流到达车身后部时的状态，实现效率最大化。 第3章：冷却系统的空气动力学集成 高性能发动机、制动系统和电池包都需要高效散热，但冷却进气口是气动效率的“出血点”。本章探讨了如何在最小化阻力增加的前提下，设计高效的进气道。我们将分析进气道内的流道设计，包括喉部收缩、扩张段的长度与截面变化，以确保气流在进入散热器（Radiator）时仍能保持足够的动压。同时，我们也会讨论如何利用热气流排出系统（Hot Air Extraction），通过车身开口或引擎盖排气口，将热空气有效地引导出车身，减少其对后部下压力的负面干扰。 第二部分：结构与材料科学——轻量化与强度的平衡艺术 本部分聚焦于赛车底盘和关键部件的材料选择、结构设计以及制造工艺，探讨如何在极端载荷下实现极致的轻量化。 第4章：碳纤维复合材料的结构分析与失效模式 现代赛车底盘几乎完全依赖于碳纤维增强聚合物（CFRP）。本章将详细介绍层合板理论（Laminate Theory），分析不同铺层角度（如0°, ±45°, 90°）对特定载荷（如侧向弯曲、扭转、冲击吸收）的响应。我们将深入讨论冲击吸收结构（Impact Absorption Structures）的设计，包括蜂窝夹层结构（Honeycomb Core）和碎裂区（Crumple Zones）的能量吸收机制，以及如何通过非破坏性检测（NDT）技术，如超声波扫描，来评估复合材料内部的损伤累积。 第5章：悬挂系统的动力学建模与调校 悬挂系统是连接轮胎与车身的桥梁，是实现抓地力和操控性的核心。本章将建立一个多自由度（Multi-DOF）悬挂运动学模型，分析几何参数如主销后倾角（Kingpin Inclination）、车轮外倾角（Camber）、束角（Toe）在动态工况下的变化规律。 我们将详细分析推杆（Pushrod）与拉杆（Pullrod）系统的设计选择，以及如何通过连杆机构的布置来控制翻滚中心（Roll Center）和防俯仰/防抬头（Anti-Dive/Anti-Squat）几何特性。本章还将探讨阻尼器（Damper）的特性曲线，分析低速、中速和高速工况下压缩与回弹阻尼设置对轮胎负载转移的影响。 第6章：动力总成与车架的集成设计 现代赛车动力总成已成为底盘结构的一部分。本章分析了如何将发动机和变速箱作为结构件来承受巨大的扭矩和载荷。我们将讨论扭矩加载路径的设计，确保动力单元的刚性不会对底盘的扭转刚度造成负面影响。此外，本章还将涉及混合动力单元（ERS）的集成，包括高压电池组的结构保护、热管理以及在车身底盘中的最佳重量分配策略。 第三部分：轮胎与车辆动态——从接触面到极限操控 轮胎是赛车性能的唯一输出点。本部分关注轮胎与路面的相互作用，以及如何将空气动力学和机械抓地力转化为可控的圈速。 第7章：轮胎热力学与摩擦椭圆模型 轮胎性能的核心在于其工作温度和压力。本章探讨了轮胎的粘弹性行为，分析了胎面温度、内压与负荷敏感性（Load Sensitivity）的关系。我们将详细剖析“魔术圈”（Magic Carpet）或摩擦椭圆模型，解释在纵向（加速/制动）和侧向（转弯）力叠加时，轮胎抓地力是如何分配的，以及如何通过调校来优化这个椭圆的使用效率。 第8章：车辆动态的稳态与瞬态分析 本章从车辆动力学角度审视赛车行为。我们将建立转向不足（Understeer）和转向过度（Oversteer）的数学模型，分析俯仰力矩（Pitch Moment）和横摆力矩（Yaw Moment）的平衡。瞬态分析部分，我们将关注换道和紧急避障等操作中，车辆的响应时间与相位差，这对于驾驶员的信心和极限操控至关重要。 第9章：制动系统的热管理与效率 制动系统需要承受巨大的能量转换。本章分析了碳陶瓷制动盘的热传递特性，探讨了如何通过通风盘设计和制动片材料的选择，维持在连续高温下的摩擦系数稳定性。同时，我们将研究制动平衡（Brake Bias）的动态调整，及其对车辆入弯时负载转移的影响，确保制动效率最大化而不引发失控。 通过对这九个核心领域的深入挖掘，《赛道上的智慧》旨在为读者提供一个坚实的理论框架和先进的工程视野，以理解和推动现代高性能赛车工程的未来发展。

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