09.13 空氣玩家JIM HALL 空氣動力學黑科技的故事

空氣玩家JIM HALL 空氣動力學黑科技的故事

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這兩款奇怪的賽車名字叫Chaparral,它們的創造者是一位來自美國的賽車手兼工程師——Jim Hall。

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Jim Hall於1935年出生在德州一個富裕的石油家庭,年輕時起就活躍於各大賽事。他在米德蘭市買下了一塊地,並修建了賽車場,用於測試自己研發的賽車。這個賽車場後來成為了Chaparral的測試基地。

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1961年,Jim Hall從Troutman & Barnes賽車公司那裡買下了Chaparral 1型賽車以及商標的使用權。Chaparral 1在當時並非先進的賽車,Jim Hall一邊用它比賽,一邊拿它來測試一些新的技術,為此後傳奇的2系列做了鋪墊。

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Chaparral這個名字,取自西班牙語中一種善於在地上奔跑的鳥。其商標上亦有一隻奔跑的鳥兒的圖案。

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生產於1961年的Chaparral 1型賽車一共生產了5臺。

1962年,Jim Hall開始打造自己心目中的Chaparral賽車——Chaparral 2A型。Jim Hall大膽地採用了玻璃鋼材質的單體殼車身與多輻造型的輕量化鋁合金輪轂,大幅降低了賽車的重量。賽車的車頭稜角分明。Jim Hall希望用這種設計來切開空氣,降低風阻。

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Chaparral 2A, 1962

事實上,當時賽車的主流設計思路並沒有考慮下壓力這個因素。Chaparral 1的外觀便是一個典型代表:用流線型的車身外型儘可能降低風阻,追求更高的極速。

Jim Hall卻不這麼想。

為了減小高速時的升力,Jim Hall給2A型賽車加上了像風刀似的前翼與大型鴨尾翼,在翼子板上開了導流縫,這樣使2A型賽車成為了最早運用空氣下壓力的賽車。

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在1965年的Sebring 12小時耐力賽中,2A型賽車在惡劣的氣候條件、溼滑的路面上仍然保持了其優異的操控性,這證明了Jim Hall所追求的下壓力的價值。

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1965年Sebring 12小時賽事,在暴雨中奪冠的Chaparral 2A,撼動了整個運動跑車界。

1965年,Chaparral 2C誕生了。

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遺憾的是,所有的2C賽車或是撞毀,或是被改造成了後續型號,沒有一臺2C被保存至今。

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2C的車身尺寸略小於2A,外觀上最大的亮點是其可變角度尾翼。2C採用了鋁製車身,比2A還要輕。裝備了2速自動變速箱,原本的離合器踏板被用來控制尾翼角度,在剎車模式與低風阻模式之間切換。2C參加了三場USRR賽事,Jim Hall本人駕駛著它獲得了其中一場的冠軍。

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同期Jim Hall還在幫助FIRESTONE開發競技輪胎。雪佛蘭和FIRSTONE逐漸成為Jim Hall重要的合作伙伴。

為了備戰歐洲賽事,兩臺2A型賽車被改造成了帶車頂的版本,被命名為2D。更寬的輪胎使2D的車身具有類似可樂瓶的曲線,裝配5.3升雪佛蘭發動機,420匹馬力只有924公斤重。2D贏下了1966年Nurburgring 1000公里耐力賽冠軍。

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1966年,Can-Am賽事開始舉辦,這個賽事幾乎對賽車不作任何機械條件限制,堪稱賽車技術創新的溫床。

身為一個技術狂人同時又是車手,Jim Hall開始了一系列天馬行空的黑科技車型的研發。

首先Jim Hall將Chaparral 2C升級成了2E,作為Chaparral第一臺進軍Can-Am賽事的車型。

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2E的外觀在當時絕對引起轟動——後置的戰鬥機式進氣口、直接安裝在後懸掛上的翼片支撐管柱、巨大的可變尾翼、隱藏在車身內的前擾流板。。。。。。這些都是前無古人的設計!

當時的Can-Am參賽車輛大多采用6~7升超大排量引擎,2E採用的雪佛蘭5.3升引擎在動力上並沒有優勢,但其出色的空氣動力學設計、傳承自2C的輕量化鋁製車身彌補了在動力上的短板,使它依然取得了不俗的成績。2E贏得了1966年在 Laguna Seca舉辦的Can-Am耐力賽冠軍。

同時2E在全球範圍內掀起了大型翼片的設計風潮。Can-Am賽事的各大車隊爭相效仿這種設計。

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作為Can-Am系列賽中的主要競爭對手,邁凱倫M8B也借鑑了2E的大型翼片設計。Chaparral不再是賽場中唯一裝備高位翼片的賽車。

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1968年,尼桑在Chaparral 2E的尾翼設計上加以改進,推出了R381。其尾翼左右兩部分可以獨立運動,自動調節角度幫助賽車過彎。該車一經推出便稱霸了當年日本的GP賽事。

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保時捷908LH也採用了類似的可變尾翼設計。與Chaparral將翼片直接連接後懸掛不同,908的翼片被安裝在其修長的尾部,利用槓桿原理放大了下壓力。在1968年的LeMan 24小時耐力賽中,908LH獲得了杆位。

1967年,Jim Hall在2D基礎上加上了2E的空氣動力套件,推出了2F。同時,他用雪佛蘭7.0升引擎取代了之前的5.3升引擎,並裝上了新的3速自動變速箱。

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開始的2F故障率非常高,因為新的變速箱承受不了巨大的動力,在故障終於解決之後,1967年的BOAC 500賽事上,2F終於拿到了其唯一的一個冠軍。因為在這個比賽後,FIA改變了規則,導致2F無法參賽。1968年,Chaparral退出了歐洲的耐力賽事。

為了與邁凱倫和LOLA等車隊在Can-Am中競爭,Jim Hall將2E升級成2G。與2F相同的7.0升引擎與3速變速箱被裝上了2G。巨大的輪胎導致寬體車身配備了誇張的輪拱。

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2G與2F一樣雖然快但是缺乏可靠性。1967年2G拿到了3個亞軍,但Jim Hall對此並不滿意——因為這是第一臺從未奪冠的Chaparral。

1968年Jim Hall本人駕駛2G參加Can-Am賽事。很不幸,在Stardust Grand Prix Can-Am賽事中Jim Hall發生了嚴重事故,腿傷讓他告別賽場。

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1969年,2H。

Jim Hall意識到太大的下壓力也會造成阻力,希望在下壓力和阻力直接找到平衡。於是2H幾經周折誕生了。與之前的Chaparral賽車採用了大型尾翼不同,Jim Hall設計2H的核心理念就是最大幅度地降低風阻。

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Jim Hall似乎糾枉過正,2H的設計中儘可能地縮減了車寬,甚至打算把車手完全容納進車身,以將賽車的風阻係數降到最低。這也造就了2H非常奇特的造型——車身上部非常平整,側窗被安放在了很低的位置,整車看起來像個鍥子。

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2H在設計過程中幾易其稿,這是其中之一。

Jim Hall請了當時Can-Am賽事的著名車手John Surtees來駕駛2H參賽。John Surtees非常反感這個駕駛位置的設計,認為車身嚴重阻礙了視線。他強烈要求把2H的駕駛位抬高,裝上防滾架與前風擋,以便把頭部露出來獲得更好的視野。

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Jim Hall和John Surtees

Jim Hall認為這個改動破壞了2H的空氣動力學特性,但隨後的參賽過程中,2H暴露出了更多的問題——低風阻的設計與窄車身導致其彎中速度非常低。Jim Hall不得不額外增加大型翼片來死馬當活馬醫,車手John Surtees則表示出對這臺車極其厭惡。

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由於安全原因,1969年賽季結束後,Can-Am賽會禁止了可變型空氣動力學套件的使用。這意味著Chaparral無法繼續使用其作為制勝武器的可變尾翼,Jim Hall不得不尋找新的空氣動力學設計方案。

2G等車型為了增加下壓力而增加了風阻,而2H則為了減小風阻導致了下壓力的不足。在不使用可變尾翼的條件下,低風阻與高下壓力,二者可以兼得嗎?

Jim Hall用下面這款車給出了他的答案——這款車打開了汽車空氣動力學設計的另一扇大門。

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Chaparral最具傳奇色彩的車型——Chaparral 2J “Sucker Car”,人類第一臺運用“地面效應”的賽車。

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2J有著如同冰櫃一般的奇異外觀,車尾兩個巨大的風扇非常顯眼。這兩個風扇用於抽取車底的空氣,在車底營造出低氣壓。在大氣壓力的作用下,高達1.25~1.5G的下壓力彷彿一隻無形的大手將2J摁在了地面上。

之前傳統的翼片設計只能在較高的車速下起到干擾氣流的作用,而對2J來說,只要風扇正常工作,就能夠持續不斷地提供下壓力。

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有了如此強大又穩定的下壓力,2J已經無需任何其他翼片的輔助了。Jim Hall在車底四周加上了延伸的密封裙邊,以增強吸盤效果。這種通過降低車底氣壓增加下壓力的方式,開創了名為“地面效應”的空氣動力學設計領域。

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風扇帶來的強大抓地力使2J的過彎速度遠遠高於其他賽車——其單圈能比別的賽車快兩秒以上。2J最大的問題仍然是機械的可靠性——由於結構複雜,2J的故障率甚至比它的前輩們還要高。

以邁凱倫為首的對手們深知,這臺怪物一旦解決了可靠性問題將會完全稱霸Can-Am賽事,於是他們聯名向賽會發起了投訴。1970年賽季末,賽會將2J的風扇、裙邊等結構歸為“可變形空氣動力學套件”,取消了2J的參賽資格。Jim Hall對賽會的決定感到非常震驚,他聲稱在賽季前就已經與賽會確認過2J的設計符合規則。但遺憾的是2J未能重新取得Can-Am的參賽資格,這颱風扇怪獸僅服役了一年便進入了博物館。

但是2J卻啟發了賽車設計師們,讓他們開始探索如何利用車底的空氣。比如在F1領域的Brabham BT46B,以及幾年前紐維設計的紅牛X2010原型車等。

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BT46B的風扇原本是為輔助散熱設計的,設計師Gordon Murray巧妙地將其加入了類似2J的抽氣功能。在1978年的瑞典大獎賽上,Niki Lauda駕駛它以巨大優勢奪冠。Gordon Murray堅稱這個風扇用於散熱,而不屬於可變型空氣動力學套件,但賽會最終還是以存在安全隱患為由禁止了這種設計。

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2010年,紅牛技術總監Newey與開發GT遊戲的Polyphony公司合作推出了這款原型車。該車的設計主題是忽略一切規則限制,用當今最前沿的賽車技術打造一款賽車。X2010尾部中央的風扇是與2J相同的地面效應設計。

1970年賽季結束後,Jim Hall便不再參加Can-Am系列賽事。1979年,他率領Chaparral車隊參加了印地賽事,並設計了採用文丘裡效應的Chaparral 2K印地賽車。

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2K 贏得了1980賽季的Indianapolis 500冠軍。

1981年以後,Jim Hall離開了汽車運動,Chaparral的傳奇也就此被畫上了句號。Chaparral 2A,D,E,F,H,J,K等車型被保存在了米德蘭的博物館裡。直到今天,人們津津樂道的仍然是傳奇的2A-2J系列賽車——它們搭載了當時最大膽最前衛的設計。Chaparral系列車型的問世改變了汽車運動的發展方向,Jim Hall作為一個工程師,用創造性的思維處理問題,大膽實踐有條不紊,Jim Hall是將空氣動力學運用在汽車運動領域的先驅者。

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