F1赛车中撞车栏杆技术的简史
目录
- 引言
- 迅猛的竞赛
- 竞赛中的行驶问题
- 赛道栏杆的发展历程
- 改进的赛道栏杆设计
- 现代赛道栏杆的使用
- 未来的发展方向
- 结论
🏎迅猛的竞赛
作为一项技术和速度的结合体，赛车运动充满了挑战和不确定性。选手们发动引擎，挑战极限，往往无法保证他们的赛车会始终稳定在赛道上。在赛车中，速度是关键，然而，随之而来的是各种问题，需要创意的工程设计来确保选手的安全。
不可预测性和突发性
赛车运动是一个充满风险和突发事件的世界。赛车必须面对野外观众、执法人员、电视摄像机和赛道工作人员等众多人群。这就要求赛道周围必须设有严格保护区域，以防止失控的赛车冲出赛道。
速度和加速度
赛车项目需要处理的一个主要问题是赛车的高速度和快速加速度。汽车竞速中涉及的速度非常高，这就要求各种解决方案来防止失控的赛车不会对选手造成伤害。在这个视频中，我们将回顾一下F1赛车中障碍物技术的发展历史，以及周到的工程设计是如何解决赛车失控问题的，并介绍了它所引发的一些问题。
🚧赛道栏杆的发展历程
道格拉斯·亚当斯曾经写道：“打拱赐死人，突然停下才算杀人。”这一点在赛车事故中同样适用。撞车事故中严重受伤的风险主要来自突然的加速度变化。加速度是速度的变化率，它会给你造成一个力。你可以很缓慢地将一辆汽车从零加速到200公里/小时，几乎感觉不到任何东西；但一辆F1赛车可以在几秒钟内做到这一点，感觉就像被踢了一脚。它甚至可以更快地停下来。值得一提的是，加速度和减速度本质上是一样的。3秒从0加速到200公里/小时的加速度和3秒从200公里/小时减速到0的减速度是一样的...方向是相反的。加速度的两个分量分别是速度的变化和变化所需的时间。如果一辆F1赛车以100公里/小时直接撞到坚硬的混凝土墙上，它会在毫秒内从100公里/小时减速到0。这是巨大的减速度，减速度越大，你作为驾驶员所经历的力量越大，也越危险。这意味着你的身体、器官和大脑将承受巨大的能量转移。
F1赛车事故的严重程度通常以"g"为单位进行报道，例如一个21g事故。"g"是加速度的单位，如果你知道在普通道路上驾驶60英里/小时时急刹车会产生小于1g的减速度，你就可以想象一个30g的碰撞有多大。F1 赛车事故的设计中，减少减速度是一个重要的目标，它通过延长赛车在撞击时停止的时间和距离来实现。我将用"动能吸收"来描述这种减速度的能力，墙壁理想的情况下应该夺取撞击的部分能量，保护车辆和驾驶员。
这里需要注意的是运动物体的动能与速度的平方成正比，因此F1赛车以150公里/小时的速度行驶时的能量是以100公里/小时速度行驶的车辆的2.2倍。当速度达到200公里/小时时，能量是4倍。可以看出，赛道栏杆的责任随之增加。
🧱初始赛道栏杆方案
早期的赛道栏杆方案并不复杂。赛道经常建在城镇、机场和公共道路上，选手被暴露在树木、电话杆和墙壁等致命的障碍物中，他们是绝对不想碰撞的重物。稻草包是最常用的赛道栏杆，它们价格便宜、易于获得，并且有一定的重量，在车辆撞击时可以吸收部分能量。如果你与一个静止的物体碰撞并使其移动，这是动量的转移，从一个物体转移到另一个物体。可以参考桌球。稻草包是一个轻便的解决方案，让车辆能够以较温和的方式减速，而不是撞向树木等固体物体。然而，它们也存在许多负面因素。它们可能卡住车辆并翻转车辆，这在你的车辆看起来像这样时特别危险。稻草包可能会让车辆陷入紧急旋转，这会导致车辆的旋转能量转移到身体，导致像颈部挫伤这样的伤害。一旦撞击稻草包，上面会留下一地稻草，这会造成赛道上的滑倒危险。最糟糕的是，稻草是极易燃烧的。最著名与稻草包相关的恐怖事故发生在1967年的摩纳哥大奖赛，洛伦佐·班迪尼撞车翻车，并被困在一堆稻草包中起火。他最终因烧伤去世。1970年，禁止使用稻草包。
👍现代赛道栏杆的使用
在寻找适合赛车运动安全需求的适当的赛道栏杆方案方面，轮胎墙成为了一个非常经济且备受赞誉的选择。它是由堆叠的轮胎组成，形成一个柔软的墙壁，用于车辆的安全减速。采用轮胎墙具有如下优势：
- 使用旧轮胎经济实惠且易得。
- 轮胎柔软，易于吸收能量，车辆的能量直接转化为将橡胶形变，就像弹簧一样。
- 多年来，我们在许多方面改善了轮胎墙的效果。
- 轮胎通过绑带或螺栓固定在一起，而不是松散堆叠。松散的轮胎在撞击时会散落，只有直接受到影响的轮胎能够吸收能量。绑带的轮胎墙可以形成一个弹性单元。
- 撞击时，整个轮胎墙通过其结构将能量吸收传播出去。绑带越紧密，墙壁就越坚固，就像一个绷紧的蹦床。
- 通过调整用于墙壁的轮胎排数，可以调整墙壁的刚度。一般会在一个轮胎墙中使用2到6排轮胎，更多的排数意味着更坚硬、更不灵活的墙壁。
- 现在的轮胎墙都覆盖着大型带子或覆盖物。这是有用的：
- 撞击时，光线撞击可能会让车辆陷入剧烈旋转，而光滑的表面会使车辆在浅层碰撞中偏斜。
- 覆盖轮胎的表面更难穿透。如果轮胎裸露，车辆可能会像飞镖一样嵌入其中，使救援工作变得困难，并增加头部被击中的几率，虽然有"Halo"这个防护装置，但这种情况发生的可能性较小。
- F1赛车墙壁中常见但很少被注意到的一种创新是增加轮胎内部的插入物。这些是放在轮胎内部的塑料管，使它们变得更难形变，也就是变形轮胎需要更多的能量。这可以将轮胎墙的能量吸收能力提高一倍。
总之，轮胎墙成为F1赛车中最受欢迎和著名的朋友是有原因的。它的易用性和适应性使其成为最理想的选择。
🚧引入性问题
赛车界在解决失控赛车安全问题方面取得了一些进展，但仍面临一些挑战。现代赛道栏杆设计的引入性问题需要引起注意：
- 提升问题：某些赛道栏杆设计可能会受到低车头的赛车影响，导致栏杆被撞起，车辆不会正确减速。
- 重量问题：像TecPro栏杆这样的解决方案可能存在重量不恰当的问题，Maldonado甚至在摩纳哥成功地将TecPro栏杆撕裂，并将其拖到赛道上，这意味着它可能并不适合所有情况。
面对这些问题，进一步的研究和创新将继续为赛车界提供更好的赛道栏杆设计。
🏁结论
将高速失控赛车安全地控制并使其顺利停下是一项非常棘手的工作，需要大量的工程设计和研究来找到适当的解决方案。对于F1赛车来说，似乎我们最好的朋友仍然是灵活、适应性强、可预测性好的轮胎墙，它的优势是显而易见的。
然而，随着技术的不断发展和对赛车安全的不断改进，我们可以期待未来会出现更多创新和令人兴奋的赛道栏杆设计。
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