CARmerARacELAB|Formula E Gen3赛车设计简析

国际汽联电动方程式世界锦标赛（以下简称FE）自诞生之时起就是单座方程式赛事里面最独特的存在。不仅因为独特的赛制，更主要的原因还在赛车本身。尽管从第二赛季开始逐步放开了对动力单元的研发，但是对于外观上车体的设计仍然是相同的。车队能做的仅仅是根据赛道特性进行对悬挂、襟翼等一些细节部分的调校。大家都知道FE的初衷在于环保，为在各个环节实现碳中和，也自然不希望各车队在一台只有500马力不到的赛车上卷空气动力学卷到各种升级各种烧预算。同时，回收也是FE近几年越发重视的环节。新车的几乎所有重要部件，包括轮胎，电池还有车体都是可回收再制造的，同时有部分车体材料来自现有的Gen2赛车的回收。关于全面的简介大家可以去@FE电动方程式 的官博阅读那边官方的文章，本人学术能力有限，以下的简析将只涉及外观设计与空气动力学部分。

-简化与未来感-

如果用一个关键词描述Gen3赛车给我的第一印象，那一定是未来感。这台车整体的轮廓与战斗机相仿，无论是三角形的整体形状，鲨鱼鳍两侧的导风通道还是垂直尾翼都容易让人联想到战斗机的外观。新车的简化相比Gen2EVO来说，主要体现在部件的融合，前轮后侧破风板的去除，还有前翼与尾翼的去一体化的分体式组装。某些设计概念的目的上与F1赛车相反，后者为了减少涡流的产生，降低跟车的难度，更注重前翼与尾翼的端板一体化。考虑到电动方程式赛车的速度与F1的差异，前者需要的下压力显然更少，并且在比赛中的能量管理战略通常使赛车在直道上的状态为全油门加速-松油门滑行-刹车进行能量回收的变化，外观设计在产生阻力和乱流的方面的考虑会更少，也就给了更多的自由度。

新车的发光Halo的灯饰也分配到了尾翼端板前端和Halo前端，这样的设计突出了新车的宽度，并且在预告图上面看起来就像小时候玩的四驱赛车一样炫酷。

-双层前翼回归-

双层前翼在Gen1赛车的第二版上仍然是一体化的。上层副翼与较厚的，做成锥形挡在前轮前方疏导气流绕过前轮的前防撞结构连接，这对于前部下压力的增强作用显著。在没有机会在正赛中使用的Gen2 EVO赛车中，双层前翼回归，与Gen1第二版不同，副翼并未连接至鼻锥，因为Gen2采用低鼻锥的设计，而Gen1采用的则是凸出明显的高鼻锥。在Gen2 EVO中的上层副翼除了产生下压力和整理前轮上方的气流之外，还会一定程度上帮助下方的低压区轮胎前方气流的外推（图示如下）。

在Gen3赛车上的双层前翼则采用了更加独特的设计理念。其摒弃了上述两台赛车的一体化前翼，转而采用了尺寸更大的端板来连接主翼和上层副翼。高鼻锥的设计让上层副翼能够连接到鼻锥上，至于采用高鼻锥的原因会在后文提及。此外，由于实车图与渲染图细节的不同，主翼有开槽，使气流向下更多进入底板，这与某些民用车的主动式前唇相似，比如法拉利的296GTB。在前轮前方的一小片襟翼则是该部分唯一可调节的地方，该部分除产生下压力外更主要的是上洗气流，避免更多地接触前轮。内折的端板从侧面上看更像是一个向赛车前方倾斜的平行四边形，对于轮胎下方乱流的疏导也留出了空间。

-更加一体化的车身-

Gen3赛车的车身部分相比Gen2赛车来说更加简化了，最明显的一点就是有更少的面。三角形的赛车单体壳部分，一直延伸至侧箱后方与后轮同宽的垂直面，让整台车看上去像一个箭头一样切开气流。预告图中的俯视角度明显地将这台车从鼻锥一直过渡到驾驶舱后部的V型轮廓勾勒出来，看似略去了侧箱进气口、前轮破风板、底板入口等细节的设计。然而在实车上，这部分的细节不是被去掉了，就是真正地隐藏了。首先是负责动力单元和电池冷却的进气口，之前的位置非常明显，在新车上却被放置在最内侧，呈竖向的长方形。也正是因此，新车又用回了高鼻锥的设计来保证冷却空气的进气量。

如果大家对Gen1赛车还有一点印象的话，应该还会记得那两个裸露在外的上下侧碰柱。在Gen3赛车上，这两个吸能结构同样也被整合了，根据目前底板前端较厚的轮廓来推测，下侧碰柱已经被整合到了底板的结构，上侧碰柱也被整合到了单体壳的上半部分，这是一次完美的隐藏。于是侧箱前部的这一大片的光滑的侧壁将极大地促进气流的外洗，这确实是一种简单粗暴又有效的处理方式。

-尾部稳定性的改善-

新车的尾部大量运用垂直布置的空气动力学部件。最大的亮点在于近乎垂直的尾翼端板与降低高度并重新设计的扩散器构造成的X型布局。而与Gen2EVO相比，Gen3的尾翼采用单片式主翼，下翼面有双pylon支撑，并且个人推测这是整车空气动力学部件上车队唯二可以调节的地方（包括调整攻角与加装格尼襟翼），另一个则是前翼襟翼。新车的尾翼较低，更像是作为扰流板来产生下压力，但是距离扩散器仍较高，无法产生梁翼具有的抽气作用。

新车的扩散器也是经过大改的地方。由于新车在此处的具体参数并未给出，我在这只是根据同尺寸的后轮为参照高度判断出新车的扩散器高度有所降低，并且整体形状也经过重新设计。在Gen2赛车上的扩散器的K-L非常靠前，两边的列片也从一开始就下探到底板平面（在此感谢迷你切，我的99X的模型的底板细节做的非常全）。这代表赛车的气动中心相对来说是靠近几何中心的。因为旧版赛车尾部的X-wing总体下压力并不强（车轮中间部分过于倾斜，车轮上方的翼片下翼面容易受轮胎射流影响），Gen2EVO为配平（其实就是增加车尾下压力）将X-Wing替换成了类似于法拉利FXX-K那样的对称式单片尾翼；此外，为改善气动效率，Gen2EVO增加了鲨鱼鳍（具体原理大家想了解我会再另开一篇解释）。

Gen3的扩散器构型完全不同。虽然有两道K-L，但是并不代表这台车采用的是双层扩散器。新车的扩散器每侧各减少了一道列片，整体更接近新规的F1。不同的是根据猜测的K-L位置来看，新车更侧重加强尾部的稳定性。以下为新车扩散器的示意图。

-独特的鲨鱼鳍-

Gen3赛车的鲨鱼鳍两侧还有两片三角形的鳍翼，两侧的快充接口集成于此，这容易让大家联想到法拉利599GTB上独特的镂空C柱设计。事实上这部分的鳍片确实有类似的作用。两侧鳍片与中间鲨鱼鳍构成的前宽后窄的气流通道可以加速通过此处的气流，更好地辅助中间鲨鱼鳍对两侧气流的整理作用。此外，经过加速的气流可以弥补传统尾翼安装方式的气动效率，因为经过下翼面中间pylon支承的区域的气流能量更高。

中间的部分并不确定是否是散热出口，这点得等到更详细的新车技术信息给出再做判断。

-底板入口的工作方式-

Gen2赛车的底板入口是略微翘起的，厚度较薄，甚至还有三道小的涡流发生器。而新赛车的底板前端较厚，也无法像前代赛车那样处理。为让新车的底板发挥最大效率，新车的T-tray经过重新设计以产生经过底板下方的涡流。底板入口仍然有略微向上的倾斜。但是考虑到FE目前的比赛形式，新车仍然将主要通过upper body的翼片产生下压力。

-总结-

目前发布的Gen3赛车应用了全新的设计理念，改变了下压力主要的来源，同时也将外观变得极具未来感。Gen3的整车空气动力学更偏向中低速状态的空气动力学效率，配合更成熟的动能回收系统和更强劲的动力系统，新车本身，连同新赛制下赛中充电等等带来的策略的变化，将会让比赛变得更好看。​​​