尾流管夠！緊張刺激的F1賽車(chē)背后，隱藏著(zhù)什么氣流“魔法”

在賽車(chē)運動(dòng)的賽道上，觀(guān)眾常能看到這樣的場(chǎng)景：后車(chē)如離弦之箭般緊貼前車(chē)，在某個(gè)彎道后突然加速超越，仿佛被無(wú)形的力量推向前方。這種"彈弓效應"的背后，隱藏著(zhù)一個(gè)名為尾流加速的空氣動(dòng)力學(xué)原理。從F1賽車(chē)的戰術(shù)博弈到實(shí)驗室中的粒子加速器，尾流效應正以截然不同的形式改變著(zhù)人類(lèi)對速度的認知。

▲F1賽場(chǎng)中的超車(chē)片段

當賽車(chē)以超過(guò)300公里/小時(shí)的速度撕裂空氣時(shí)，車(chē)頭正壓區與車(chē)尾負壓區形成的壓差會(huì )產(chǎn)生巨大的空氣阻力。前車(chē)尾部因氣流分離形成的真空區域，成為后車(chē)突破速度極限的關(guān)鍵。例如在F1比賽中，后車(chē)進(jìn)入前車(chē)尾流區域后，空氣阻力可降低30%-40%。以2024年西班牙大獎賽為例，紅牛車(chē)隊佩雷茲通過(guò)精準的尾流利用，在直道末端將與維斯塔潘的差距從1.2秒縮短至0.3秒。這種效應在納斯卡賽車(chē)中更為顯著(zhù)，由于納斯卡賽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設計簡(jiǎn)化，后車(chē)可更深入地利用前車(chē)尾流，實(shí)現"貼身超車(chē)"。

這也就是為什么在賽場(chǎng)上，高手往往不會(huì )在一開(kāi)始就超車(chē)，而是會(huì )貼著(zhù)第一名形成追隨效果。直到最后的沖線(xiàn)階段，利用前車(chē)尾流，實(shí)現輕松超越。這種利用尾流的詭計不僅僅出現在賽車(chē)領(lǐng)域，也出現在自行車(chē)比賽和長(cháng)距離賽跑當中。

例如在精英自行車(chē)比賽中，在時(shí)速50公里的巡航中，騎手需對抗的阻力中，空氣阻力占比高達90%。車(chē)群中領(lǐng)騎者弓身如弓，將身體壓成與車(chē)把平行的銳角。領(lǐng)騎者如同逆流而上的劍魚(yú)，獨自承受著(zhù)相當于后方車(chē)手1.5倍的風(fēng)壓。他們的每一次踏頻都在消耗雙倍能量——就像在水中跑步，而身后隊友正踩著(zhù)他們攪動(dòng)的漩渦前行。當領(lǐng)騎者撕開(kāi)氣流的瞬間，后方20厘米至1米處會(huì )形成詭異的"靜風(fēng)區"。這里空氣流速降低30%，后方車(chē)手如同躲進(jìn)無(wú)形的玻璃罩。當領(lǐng)騎者體力消耗盡后，就會(huì )自動(dòng)讓出第一位，由團隊中的其它車(chē)手接棒，直到接近終點(diǎn)，團隊種真正具有奪冠實(shí)力的車(chē)手才會(huì )加速超越，將第一名的優(yōu)勢保持到終點(diǎn)線(xiàn)。這種團隊策略就是利用了尾流加速的空氣動(dòng)力學(xué)原理，可以說(shuō)是“論隊友的100種用法”。

▲自行車(chē)比賽中的尾流加速

當然尾流并非總是助力。前車(chē)擾亂的氣流會(huì )降低后車(chē)下壓力，導致轉向不足或過(guò)度。2025年蒙特卡洛站練習賽中，梅賽德斯車(chē)手拉塞爾因緊跟前車(chē)進(jìn)入彎道，尾翼失速撞上護墻，生動(dòng)展示了尾流效應的潛在風(fēng)險。車(chē)手需在直道尾流加速與彎道氣流穩定性間尋找平衡點(diǎn)。

▲電影《F1：狂飆飛車(chē)》片段

同樣，在航空領(lǐng)域，尾流也是一種安全威脅。飛機在起飛、降落和飛行過(guò)程中，會(huì )在后方形成強烈的尾跡渦流。這股尾流有時(shí)候會(huì )持續幾十秒甚至幾分鐘，后面若有飛機過(guò)早跟進(jìn)，輕則顛簸，重則造成飛行姿態(tài)失控。例如2017年加拿大航空759次事件中，空客A320在舊金山機場(chǎng)因尾流顛簸觸發(fā)自動(dòng)駕駛斷開(kāi)，險些撞上4架等待起飛的客機。因此，民航飛機的起降間隔有嚴格控制，大型機場(chǎng)甚至配備尾流監測雷達，用以實(shí)時(shí)判斷空氣中這些“無(wú)形陷阱”。

▲飛機尾跡渦流示意圖（圖片來(lái)源：https://skybrary.aero/articles/wake-vortex-turbulence）

本文轉載自《墨子沙龍》微信公眾號

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