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揭秘F1赛车的制造过程?(部件车队制造测试零件)

雨夜梧桐 2024-10-23 21:26:04 0

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每辆一级方程式赛车由大约14500个单独的零件组成,每件零件都是定制的,通过计算机辅助设计用于开发设计零件,计算机辅助制造或手工制作来加工零件。

与许多系列赛车不同,每支车队的F1赛车都是独一无二的,它不像F2拥有标准赛车,也不像电动方程式FE那样拥有标准的底盘,但规则的限定意味着F1赛车会有一些部件标准化的趋势。

从2022年开始,F1赛车必须运行某些“标准”部件,如车轮空气动力学、标准轮辋和底板,车队必须按照固定的设计标准制造这些部件。

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(图片来自网络侵删)

技术规则定义了限制车队设计自由度的规则架构。
这包括前翼、尾翼和破风板设置特定尺寸,定义禁止开发的空气动力学区域,并禁止引擎中使用某些昂贵的合金。

F1新车与民用车不同,民用车通常在工厂推出后就保持不变,至少一年内时不变的,而F1赛车会随着赛季的深入,车队会为赛车引入很多升级。

赛车设计过程是从什么时候开始的?

设计F1赛车比你想象的时间要长得多。
顶级车队实际上在新赛季开始一年多前就着手新车的研制了,例如,2021年赛车的研制工作基本上都是从2019年年底就开始了。

这个过程从引擎和底盘团队负责人讨论整体方案开始。
早期工作涉及一个概念团队来评估任何新的设计思路。
随着赛车在发布前一年的进展,设计变得更加复杂和详细,团队的重点从开发当前的赛车慢慢转移到制造环节,外部制造的零件经过测试,设计才最终变成实际部件。

设计和开发

赛车开发始于设计办公室,在那里,一群人坐在计算机后面,制作复杂的新部件3D图纸,在高峰期,每天可以出数百张图纸。

不同的小组负责赛车的不同区域,如变速箱、电子控制、机械设计和空气动力学,以及复合设计,这涉及规划零件的制造方式。

其中空气动力学是最重要的领域之一,团队通常有3-4个独立的小组,每个小组都有不同的重点领域分工。
他们创建了CFD(计算流体力学)测试的设计,以决定哪些用于风洞测试。

在过去,一些车队实际上都会在风洞中运行全尺寸赛车,但现在规则规定模型的最大尺寸必须限制在实物的60%以下,以降低成本,因为全尺寸制造的零件成本远远高于60%比例的模型。
大多数模型部件现在采用快速原型制作方式或3D打印,前翼和尾翼由金属制成。
在隧道中,赛车被螺栓固定在中央脊柱上,风洞的风速与轮胎下面的皮带速度保持一致。
该模型充满了各种用于记录速度和压力的传感器,脊柱连接到敏感的称重仪上用于测量下压力。

车队现在仅限于一条风洞用于测试,而过去,像法拉利这样财大气粗的车队通常会在三个风洞不间断地运行不同的测试内容。
另外目前的规则规定,风洞的速度必须限制在每小时180公里以内,这意味着他们无法充分测试赛车性能的所有方面。

根据车队上赛季的排名,计算机流体力学设计CFD和风洞运行时间也有限制。
规则允许排名最后一位的车队运行风洞的时间可以比冠军多25%。

F1赛车制造

F1车身的大约80%是由复合材料制成的,其中碳纤维材料是主要材料。
这种预先涂有树脂的碳纤维布被卷起成轴上,并储存在冰箱中,以保持新鲜。
使用五轴铣床,将碳纤维部件切割到0.05毫米的精度。

F1工厂的复合材料加工区域对于环境要求极高,气压、湿度和温度都受到严格控制,工人始终穿着干净的防护工作服和防护鞋。
任何进入该区域的杂质都可能导致灾难性的后果。

据发布,迈凯轮车队有130人在洁净室从事组装工作。
较小的车队通常会将此制造流程外包。

碳纤维片被精确切割成特定的形状,形状由复合材料设计部门定义,这些形状以非常精确的方式摆放,因为不同的交叉线方向会有不同的强度。

这些部件由计算机控制的激光导引系统手动完成安装。
更多层主要用于承受更大压力的部件,一些部件,如底盘会根据刚性要求在不同区域有不同的厚度。

事实上,碳纤维制造的复杂性使赛车在某些地区可以弯曲,并通过国际汽联的静态负载测试,但在赛道上高速行驶时,它们则会产生一定程度的形变。
据称,梅赛德斯的尾翼在2021年底就是这样做的。

一旦碳纤维被放入模具中,它就会被放入真空袋中,放入高温灭菌器中,并置于压力下。
然后在可控温度和压力下固化几个小时。
高温高压的条件下将树脂融化在碳链之间,使其扩散然后凝固,形成固体。
真空处理和热固化过程的数量也会影响最终的质量。

许多部件分为两个或更多部分,例如底盘是由顶部和底部两部分组件粘在一起组成的;前翼和尾翼都是空心的,最终粘在一起,形成最终想要的结构。

除了碳纤维工艺外,还有大量的金属制造,其中大部分是贵重金属。
例如,阿尔平车队运行16台机器来加工所有这些部件,并每三年更换一次。

零件测试

还记得开头提到的14500个零部件吗?嗯,在它们装上赛车之前,他们都必须经过检查和标签,而且每个部件通常都会加工若干个。

在赛车发动之前,会进行大量的测试,以确保尽可能高的可靠性,与10年前相比,目前F1赛车的稳定性要比以往高很多。

赛车上的每个部件都将使用X光或超声波技术进行无损检测,以评估关节粘合和层压状况、硬度检查、目视检查和彻底清洁。

基于计算机的三坐标测量仪和手持激光设备也用于检查尺寸,精度达到微米,以确保零件之间的完美契合。

例如,鼻锥将经过复合检查、六边形激光扫描、使用超声波设备进行裂纹检查的复合无损检测、荧光渗透剂检查裂纹和物理应力测试。

然后,所有零件都会装到一起,并在动态测试平台上运行,这些测试设备使部件与它们期望在赛道上看到的实际温度和运动周期相匹配。

每个部件都有里程或时间寿命,之后必须拆卸和更换,特别是关键部件,通常的测试要求会提到其使用寿命的三到四倍。
另外还必须包括越来越多的赛车周围的碰撞结构,并且必须在赛车认证之前通过国际汽联碰撞测试。
这些包括前后冲击和翻转测试。

第一次点火

此时赛车的整体基本已经完成。
在工厂,动力单元、燃油系统、液压、传动和冷却系统都装到底盘上并等待测试。
这时设计过程已经完成了一半,还有很长的路要走。
这辆车还没有安装好所有的车身,所以在视觉上,它被描述为“当他脱掉所有的皮肤时,它看起来像机械战警”。

一旦所有部件都制造完毕并准备组装,第一个实际的赛车组装周期大约需要一周时间,赛车会在赛区进行组装。

彻底检查和测试

这是赛车第一次在赛道上离开车库的时候。
车队必须对赛车进行彻底检查,以确保零件正确地组装在一起,并且可以高速行驶,没有任何问题。

车队通常在指定的“拍摄日”会让车手驾驶赛车驶上赛道,但里程被限制在100公里以內。
主要是为了确保赛车运转良好,以便车队可以在第一场比赛前将有限的季前测试时间集中在赛车设置上。

一级方程式赛车要烧多少钱?

2022年,预算帽上限为1.4亿美元,2023年要降至1.35亿美元。
这涵盖了所有与赛车性能有关的成本,但不包括车手和工资最高的前三名员工的薪资。

实际赛车本身的成本值得商榷,因为很难确定该成本包括什么,不包括什么。
估计约为600万英镑。
引擎是最昂贵的部分,每年花费约1200万英镑,仅制造一套动力单元就要花费约350万英镑。
底盘的价格约为100万英镑,变速箱为75万英镑,前翼为15万英镑,即使是方向盘估计也达到5万英镑。
轮胎相对便宜,每套大约1500英镑,在每场大奖赛上每支车队都会分到20套轮胎,包括13套干轮、4套半雨胎和3套全雨胎,每辆赛车每个比赛周末要消耗3万英镑的轮胎。

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