用CFD进一步分析2022年F1，重点在红牛&法拉利

太和月

在我之前分析文章的基础上 (F1 2022年新规赛车空气动力学分析), 我继续进一步用CFD分析了整车流场结构，进行了大量设计迭代，重点分析了红牛法拉利的侧箱&车底，分析结果在此。
1. 合规性

下图显示我的模型与规则要求之间的合规性，包括规则里的control volume/surface，车底fence的角度限制，规则还限制了截面形状，曲率半径等。规则要求轴距不超3600mm，我取的3500mm。


2. CFD 方法:

计算方法采用RANS+ SST湍流模式
计算定常流场，因为非定常的计算时间过长。定常会带来误差。
网格：非结构网格，半模网格量6000万，我没算全模因为电脑内存不够。流体区域分为5部分：鼻翼附近，前悬附近，尾翼附近，其余车身附近，远场。分成5部分可以利于每部分单独进行形状迭代。



区域划分



表面网格&对称面网格



表面网格&对称面网格

3. 结果总结

我的迭代设计目标是尽量大的下压力，没有针对减阻进行优化，升力阻力没有算上内流的动量变化，只算外表面受力。结果如下（参考面积按1平米计算）：
侧箱和车底板有红牛和法拉利两种，整车倾角从0到1度，倾角旋转轴为前轮接地点。


我的迭代版本有70+，包括整车各个部分，下图是一些迭代过程中的部分流场分析对比过程


整车压力分布&表面流线，侧箱+车底板分为红牛和法拉利版本


下图为倾角rake 1度


4. 关键流动结构：3个涡，我命名为 “edge up vortex” “edge down vortex” “fence vortex”





5. 对比红牛法拉利的侧箱，引擎罩，车底板相关部件的理念:





6. 车底边缘柔韧度

车在高速时，可以利用车底板靠后的边缘柔韧性来使其弯曲，降低其与地面的距离，减少外侧气流被吸进车底低压区的程度，显著增加下压力。红牛车身中间的开口可能就是为了让其后部可以向下形变（见上图）。不过在2023年的规则里，车底板被要求做的更硬，形变程度更小。
下图显示迈凯伦刚出pit和在高速时的底板边缘形变程度，还有我计算的一定量的形变可以带来的下压力提升（车底的压力分布图，从蓝到紫，压力系数值降低，越紫越好）。各车队基本都利用了这个形变，


7. 前倾角 Rake angle



8. 鼻翼端板外的导流条，规则中称为diveplane，对比其采用强外洗与否的差异，更少外洗会更好，可以在车底Fence外侧有更强的高压，从而fence能产生更强的edge up vortex



9. 一些其他细节











各种Edge, sidepod, rake的组合






10. 2023规则要求车底板边缘部分更高，抬高范围从9到14厘米不等。floor edge的抬高对于高rake的车影响比较小，因为高rake已经比较允许floor和地面之间的距离了，因此明年可能更有利于目前采用高rake的车例如红牛。预测明年红牛能卫冕。

美奈提

首赞[爱]干货和工作量一如既往的可观

天上掉下个林妹妹

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山青云淡

抄作业吗[惊喜]

空虚

借鉴！工程师的事，能算抄吗？[开心]

玄明堂

ummm图片上的水印让我看起来有点难受，挡住了很多文字

月光下的暗

知乎网页版咋传图片时不加水印？

痴情废物

得看有没有时间了

永通万国

应该有对应的选项吧，不加水印

陈桥居士

或者app试试[捂脸]