F1中空气动力学的最基本原理和公式是什么？（物理学公式）
F1中空气动力学的最基本原理和公式
推导出作用在风机叶轮上的功率P和推力T（忽略摩擦阻力）。由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。
根据伯努力方程
H=1/2（ρv2）+P…………（1）
ρ—空气密度
H—总压
根据公式（1），
ρV02/2+P0=ρu2/2+p1
ρu12/2+P0=ρu2/2+p2
P1-p2=ΔP
由上式可得 ΔP=ρ（V02- u12）/2………（2）
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F1中空气动力学的最基本原理和公式
推导出作用在风机叶轮上的功率P和推力T（忽略摩擦阻力）。由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。
根据伯努力方程
H=1/2（ρv2）+P…………（1）
ρ—空气密度
H—总压
根据公式（1），
ρV02/2+P0=ρu2/2+p1
ρu12/2+P0=ρu2/2+p2
P1-p2=ΔP
由上式可得 ΔP=ρ（V02- u12）/2………（2）
运用动量方程，可得作用在风轮上的推力为：
T=m(V1-V2)
式中m=ρSV,是单位时间内的质量流量
所以： T＝ρSu（V0-u1）
所以： 压力差ΔP＝T/S=ρu（V0-u1）
由（2）和（3）式可得：u＝1/2[（V0-u1）] ……………………（4）
由（4）式可见叶轮平面内的风速u是上游风速和下游风速的平均值，因此，如果我们用下式来表示u。
u=(1-a)*V0 (5)
a 称为轴向诱导因子，则u1可表示为：
u1=(1-2a)*V0 (6)
功率P和推力T可分别表示为：
T=ΔP*A (7)
P=ΔP*u*A (8)
根据方程（2），（3）和（6）可得：
P=2ρa(1-a) 2 * V03A (9)
T=2ρa(1-a) V02A (10)
通过定义功率和推力系数：
CP=4a(1-a)2 (11)
CT=4a(1-a) (12)
方程（9）和（10）可写成如下形式：
P=0。
5ρV03 A CP （13）
T=0。5ρV03 A CT （14）
对方程（11）求极值
∂Cp/∂a=4(3a2-4a+1)=0 (15)
求得 a=(2±1)/3=1或1/3
根据公式（6）a〈0。
5
所以a=1/3时，Cp有极大值
（Cp）max＝16/27≌0。59 (16)
当a=1/3时，Cp值最大。
２。尾涡的旋转
１。 中的公式推导是基于以下假设：力矩保持线性，没有旋转个发生。
然而，叶轮是通过作用在其上的扭矩Q来吸收风能的，根据牛顿第二定律，尾涡也在旋转，并且其旋转方向和叶轮相反。
U1=2ωrab (17)
ω: 叶轮角速度
ｂ: 切向诱导因子
作用在环素dr上的力矩为：dQ=mutr
=(ρu*2πrdr)utr
=2πr2ρu*utdr (18)
m----- 通过环素的质量流
相应的功率为：
dp= *dQ (19)
用a,b和方程（18）可以写出
dp=4πr3Ρv0ω2(1-a)bdr (20)
叶轮吸收中的总功率为：
P=4π(V0/λ2R2) ρ∫0R(1-a)btr3dr (21)
尖速比 =V0/ωr (22)
空气动力学基础
由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。
上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。
根据伯努力方程
H=1/2（ρv2）+P…………（1）
ρ—空气密度
H—总压
根据公式（1），
ρV02/2+P0=ρu2/2+p1
ρu12/2+P0=ρu2/2+p2
P1-p2=ΔP
由上式可得 ΔP=ρ（V02- u12）/2………（2）
运用动量方程，可得作用在风轮上的推力为：
T=m(V1-V2)
式中m=ρSV,是单位时间内的质量流量
所以： T＝ρSu（V0-u1）
所以： 压力差ΔP＝T/S=ρu（V0-u1）
由（2）和（3）式可得：u＝1/2[（V0-u1）] ……………………（4）
由（4）式可见叶轮平面内的风速u是上游风速和下游风速的平均值，因此，如果我们用下式来表示u。
u=(1-a)*V0 (5)
a 称为轴向诱导因子，则u1可表示为：
u1=(1-2a)*V0 (6)
功率P和推力T可分别表示为：
T=ΔP*A (7)
P=ΔP*u*A (8)
根据方程（2），（3）和（6）可得：
P=2ρa(1-a) 2 * V03A (9)
T=2ρa(1-a) V02A (10)
通过定义功率和推力系数：
CP=4a(1-a)2 (11)
CT=4a(1-a) (12)
方程（9）和（10）可写成如下形式：
P=0。
5ρV03 A CP （13）
T=0。5ρV03 A CT （14）
对方程（11）求极值
∂Cp/∂a=4(3a2-4a+1)=0 (15)
求得 a=(2±1)/3=1或1/3
根据公式（6）a〈0。
5
所以a=1/3时，Cp有极大值
（Cp）max＝16/27≌0。59 (16)
当a=1/3时，Cp值最大。
２。尾涡的旋转
１。 中的公式推导是基于以下假设：力矩保持线性，没有旋转个发生。
然而，叶轮是通过作用在其上的扭矩Q来吸收风能的，根据牛顿第二定律，尾涡也在旋转，并且其旋转方向和叶轮相反。
U1=2ωrab (17)
ω: 叶轮角速度
ｂ: 切向诱导因子
作用在环素dr上的力矩为：dQ=mutr
=(ρu*2πrdr)utr
=2πr2ρu*utdr (18)
m----- 通过环素的质量流
相应的功率为：
dp= *dQ (19)
用a,b和方程（18）可以写出
dp=4πr3Ρv0ω2(1-a)bdr (20)
叶轮吸收中的总功率为：
P=4π(V0/λ2R2) ρ∫0R(1-a)btr3dr (21)
尖速比 =V0/ωr (22)
诱导因子分别给V0和ωr一个诱导速度，并且产生一个相对速度W，因为假设的是无摩擦流动，诱导速度必定垂直于W，a和b并不是独立的，有以下关系：
〔bωr〕/[aV0]=[V0(1-a)]/[ ωr(1+b)] (23)
λ(r)=V0/ωr (24)
由以上两式可得：
a(1-a) λ2(r)=b(1+b) (25)
对于小的尖速比λ（r）来说，叶片转速相对风速来说较大，这时切向诱导系数b几乎可以忽略，轴向诱导系数几乎达到了0。
333，对于大的尖速比λ（r），尾涡的影响较大，最大功率输出时,a减小到0。25。
理想的高速风机（无摩擦）其风能利用系数可达到贝兹极限（Cp=0。593），然而低速风力机如多叶片风机由于尾涡的影响其理论Cp值不会超过0。
30。
扰流翼板在F1上的应用来得太猛了一些。一开始，扰流翼板还只是前后车身上的小小的凸起。但仅仅过了几个星期，工程师们就已经开始在车身上装置巨大的、突出车身许多的前翼和尾翼了。
可惜的是，那个年代科技的发展还无法让工程师计算出翼板究竟给赛车带来多大的影响，而且翼板普遍装配得不够结实，高速下很容易折断，而这种情况一旦发生将会非常危险。
1969年，F1赛车设计得像火鸡的腿一样，扰流翼板的层数不断增多，高度不断提升，悲剧看来在所难免。
西班牙巴塞罗那Montjuich赛道上两次严重的事故，使CSI(国际汽联主管赛事部门)得不痛下决心禁止F1赛车车身上出现任何扰流翼板。在那次事故中，两辆莲花赛车的尾翼先后脱落，险些造成重大人员伤亡。
扰流翼板本来应该全面禁止，但是一系列争执之后CSI做出了让步。扰流翼板没有完全取消，但是，对其非常严格限制，限制的内容包括尺寸、布置位置、强度以及连接等等。
表面的扰流翼板被限制了，赛车设计师开始想其他的办法来对抗，随后抽气机组件、地面效应组件开始出现，下压力还会继续提升，空气、设计师和FIA的游戏没有终止，悲剧也许也没有终结。
。收起
