F1赛车安全围栏技术短史

目录

1. 赛车安全围栏的发展历史
2. 加速度与力量：赛车事故的危险性
3. 减弱减速的关键：能量吸收技术
4. 初次使用：稻草包围栏的优缺点
5. 问题重重：网状护栏的限制
6. 理想之选：水泥墙体的作用与挑战
7. 弯角的特殊考量：赛道安全措施的调整
8. 弹性防护：防撞栅栏的性能分析
9. 灵活可塑：轮胎墙体的受欢迎程度
10. 新时代的选择：Tecpro护栏的创新和挑战

🏎️ 赛车安全围栏的发展历史

赛车是一项充满挑战和风险的运动，车手从来不能保证他们的赛车能始终保持在赛道上。为了防止失控的赛车撞向观众、赛道工作人员以及电视台和赛道工作人员，赛车场需要设立覆盖赛道的安全围栏。随着赛车速度的不断提高，摩托运动不得不通过各种方式来防止赛车失控，同时又不能伤害到车手。

🚀 加速度与力量：赛车事故的危险性

道格拉斯·亚当斯曾经写道：“杀死你的不是摔落，而是猝停”。赛车事故中严重受伤的风险主要来自巨大的加速度。加速度是速度变化的速率，加速度会产生作用在你身上的力量。你可以非常缓慢地将一辆车从零加速到两百公里每小时，几乎感觉不到任何变化。但是一辆F1赛车可以在几秒钟内完成这个过程，你会感觉到一种被击中胸口的感觉。它的停下速度更加迅猛。

加速度和减速度本质上是相同的事物。比如，从零加速到两百公里每小时和从两百公里每小时减速到零的时间均为三秒。在一辆F1赛车以一百公里每小时的速度直接撞向坚实的混凝土墙时，赛车的速度瞬间从一百公里每小时降为零。这是巨大的减速度，减速度越大，驾驶员体验到的力量越大，也就越危险。这对你的身体、器官和大脑都是巨大的能量转移。

F1赛车事故通常会以“g”来报告，例如21g的事故。g是加速度的单位，如果你知道在一辆普通道路车以60英里每小时的速度刹车会产生小于1g的减速度，你就能想象一下30g碰撞的巨大冲击力有多么可怕。F1赛车事故的设计理念之一就是通过延长时间和距离来减小减速度，将F1赛车在撞击时的能量吸收到护栏和车手中。

🔧 减弱减速的关键：能量吸收技术

赛车场安全围栏设计中最关键的部分就是减少减速度，这也被称为“动量吸收”或“能量吸收”。通过理想的工程设计，围栏能够从撞击中吸收赛车和车手的一部分能量。而运动物体的动能与速度的平方成正比，因此一辆以150公里每小时的速度行驶的F1赛车的能量是一辆以100公里每小时的速度行驶的车辆的2.2倍。在200公里每小时的速度下，能量增加到了4倍。可见赛车撞击安全围栏的能力是多么重要。

很早以前，稻草包常常被用作赛道旁边的障碍物。赛道经常建造在城镇、飞行场和公共道路上，车手们常常会碰到树木、电线杆和墙壁等危险物体，他们肯定不想撞上这些物体。当时的稻草包既便宜又容易获取，而且具有一定的重量，可以在车撞击时吸收部分动量。

然而，稻草包也存在很多问题。它们可能会勾住赛车并导致翻车，尤其是当你的赛车看起来像这样时。在勾住赛车时，稻草包还可能将赛车强行甩转，这会产生巨大的旋转能量，可能导致脖子扭伤等伤害。被撞击后，稻草包会将吸散并散落在赛道上，造成赛道变得湿滑而危险。最糟糕的是，稻草包被证明具有极高的易燃性。1967年，洛伦佐·班迪尼在摩纳哥大奖赛上撞车并翻车，最终因烧伤而不幸身亡。1970年稻草包被禁止使用。

抓捕式护栏在一段时间内曾经是一种相当受欢迎的护栏形式，作为相对廉价和可靠的赛道防护措施。这种护栏即简单的钢丝网设计，将多段钢丝缆焊接在一起形成一条长长的围栏，安装在赛道边缘。赛车能够撞向这个围栏，钢丝网会变形并“抓住”车辆，通过改变护栏的形状吸收撞击能量。

然而，这种护栏也存在许多问题：

1. 护栏变形得很容易，以至于可能会缠绕住赛车，使得车手难以抽离。
2. 在火灾或受伤情况下，这种护栏可能会缠住车手，正如卡洛斯·劳特曼在1981年南非大奖赛上几乎被勒死的情况。
3. 随着护栏变形，支撑护栏的柱子可能会迅速旋转，撞击并伤害车手。在同一场南非大奖赛上，杰弗里·利斯被撞倒，头部受伤。
4. 一旦护栏受损严重，很难进行修复，更换也是问题，尤其是如果您希望赛事进行时无需延迟。
5. 如果护栏被撞击，经验会对车手的撞击产生非常负面的影响。

那么，如何选择和安放安全围栏取决于撞击的角度。当车辆在弯道上冲出赛道时，它很有可能以陡峭的角度撞击围栏。而在直线上，车辆更有可能以较浅的角度撞击围栏。无论车辆的轨迹如何，我们最关心的是车辆与围栏垂直方向上的速度。无论是陡峭的撞击还是浅角度的撞击，车辆的能量都分为两个方向：与围栏平行的方向和垂直于围栏的方向。在陡峭的撞击中，大部分速度会垂直于围栏，我们需要考虑如何将这种能量吸收到围栏中。但在浅角度的撞击中，大部分能量是与围栏平行的，只有一小部分能量直接撞向围栏。在这种情况下，我们需要通过减少围栏的变形，通过摩擦力迫使车辆沿着围墙滑动，从而减缓它的速度。混凝土墙在这方面做得很好，它们在垂直方向上几乎无法吸收能量，因为它们非常坚硬和不可动。你真的不想正面撞击混凝土墙。但是它们非常擅长偏转赛车并通过摩擦吸收动量。在直线上，将墙壁靠近赛道边缘可以增加浅角崩溃的可能性。当车辆失控时，在通过一定的曲线行驶的过程中，车辆的轨迹会从平行方向转变为垂直方向，将墙壁靠近车道会迫使车辆以浅角度撞向墙壁。这在您的赛道空间有限或想将看台设置得更近时非常适用。加拿大的长直道就是一个很好的例子。

对于F1赛道来说，除了混凝土墙，常见的护栏就是普通的防护栏了。防护栏有着独特的W形状，这是有原因的。如果将材料的平面朝一个方向弯曲，那么很难将其朝另一个方向弯曲。拿一张纸来试试吧，一旦将其弯曲，它就不容易再弯曲回去。这也是我们拿起披萨片时弯曲的原因，因为它如果沿着长边卷曲，它就不会下垂。因此，防护栏在其长度方向上非常坚固，如果车辆以相对较浅的角度撞击，它们只会略微变形，吸收撞击的能量，并将车辆引导沿其长度停下来，而不是将其弹回赛道（在大多数情况下）。

背衬防护栏后面的支柱和间隔件是设计成可以弯曲和变形的，以吸收撞击的一部分能量。当然，严重损坏的防护栏很难修复，更换的费用也很高，而且只在速度较低的区域和有限的行驶区域有效，例如在摩纳哥大奖赛上。它们是摩纳哥宝座的理想选择。

但是为了实现最大的适应性，让我们见识一下备受喜爱和著名的轮胎墙。这个设计很简单，就是一堆轮胎堆叠在一起，排成一行，以形成车辆安全碰撞的软墙。我们从一开始就可以看到几个优点：

1. 使用过的轮胎便宜且易于获取。
2. 轮胎很软和弹性，这对能量吸收非常有利。来自高速行驶的车辆的能量会转移到轮胎上并将其变形，就像弹簧一样。
3. 多年来，我们在轮胎墙体方面进行了许多改进。轮胎被绑在一起，而不是松散地叠放。松散的轮胎在撞击时会四处散落，只有直接受到撞击区域的轮胎才能吸收能量。将轮胎绑在一起可以使护栏作为一个弹性单位。
4. 在撞击时，整个轮胎墙都能将能量吸散到其结构中。您将轮胎连接得越紧密，墙体就越坚挺，就像弹簧做得越紧，它的弹性就越强。通过调整轮胎墙的行数，可以调整其坚硬程度。通常使用两至六行轮胎构成一个轮胎墙，行数越多，墙体就越坚硬、更不易弯曲。
5. 现在的轮胎墙上都包有大型的带子或覆盖物，这在某种程度上非常有用：
   • 对于带有裸露轮胎的轻微碰撞，车辆可能会被勾住，并导致车辆旋转。光滑的表面可以使车辆在浅碰撞中从护栏上滑过。
   • 一个有覆盖的轮胎墙更难以穿透。对于裸露的轮胎墙，车辆可能会像飞镖一样嵌入其中，使撤离变得困难，并增加被车头撞击的风险，虽然现在我们已经有了Halo保护装置，这种情况不太可能发生。
6. F1赛道的轮胎墙通常内嵌有塑料管，这是一个很小的创新，它增加了轮胎墙的抗压能力，也就是说需要更多的能量才能变形轮胎。这可以将轮胎墙的能量吸收能力翻倍。

最后，让我们快速了解一下Tecpro护栏。这是专门设计的、图案化的代碾碾碾碾性撞击护栏，分为两种类型：

1. 红色的“吸能块”是一个中空的泡沫块，可以相对容易地被压缩。
2. 灰色的“加强块”具有坚固的泡沫外皮、软泡沫内芯和一个薄钢壁，以防止车辆穿透护栏。

在实现相同目标方面，它们与覆盖轮胎墙非常相似，但设计得更加灵活，可以适应不同的弯道形状。多年来，它们也遇到了一些小问题。其中一个问题是，由于F1赛车的低车头，TecPro护栏在撞击时可能会被抬起，导致车辆陷入而不是正确地减速。确实，在摩纳哥，马尔多纳多曾经成功撕裂了一块TecPro护栏并把它拖到赛道上，所以也许它们的重量在某些情况下不太合适。将机动车迅速乱糟糟地停下来并按控制方式半停止安全地停靠是一项非常棘手的工作，需要进行大量的工程设计和研究，以找到适应各种环境、价格合理、可重复使用且可重建（避免长时间的中断）的解决方案。在F1中，看来我们最好的朋友将继续是可靠、适应性强的、易于预测的轮胎墙，很容易理解为什么。