只要是看过一眼F1比赛的朋友，一定会被赛车独特的外观吸引，这其中包括了我们比较熟悉的前翼和尾翼。近些年F1赛车有了越来越夸张的空套设计，各家F1车队每年都会花重金在空套的研发设计上，这究竟是为何？空套对于赛车的意义何在？

空气动力学作为流体力学的一个重要分支，对汽车的经济性、操纵性、动力性等方面都有很大影响，对F1这样的顶级赛事来说更是研发工作的重中之重。

今天的F1赛事，在赛车的动力单元，包括发动机、涡轮增压器和能量回收系统的研发水平相对稳定的情况下，空气动力学几乎主宰了一辆方程式赛车的全部性能。

F1赛车可在5秒内提速至200km/h，极速可超过350km/h。但F1赛道直道少，弯道多，单纯靠引擎来提高直道上的尾速对F1赛事的意义并不是最大的。我们知道汽车在弯道中都有极限，超过极限就容易出现推头或者甩尾，甚至冲出跑道的情况。如果在弯道中轮胎没有充足的抓地力，即便有再强劲的动力也发挥不出来。为了提高F1赛车的极限，赛车上开始加入了空气动力学套件。

首先我们要对空套（即空气动力学套件，后文都将用空套代指）有一个简单的认识。加入空套的目的就是为了增加赛车的负升力，负升力也就是我们常说的下压力，是相对飞机机翼的升力提出的。飞机机翼是为了给飞机提供升力使飞机能够起飞，而F1赛车上的空套就刚好相反。F1上的空套是为了给赛车提供充足的下压力使其能够紧紧抓住地面，以提高赛车在弯道中的极限，可以让赛车能够以尽可能高的车速通过弯道以提高比赛成绩。

F1的空气动力学套件主要包括前翼、尾翼和扩散器三大部分。

前翼：前翼是安装在车体最前端的气动装置，可提供整车30%的下压力。

前翼和尾翼中起主要作用的部分是翼片，其产生下压力的原理和飞机翅膀产生升力的原理完全相同，我们可以简单理解为赛车上的翼片就是倒置过来的飞机机翼。根据伯努利定理，流速越大的地方压强越小。赛车翼片的下表面面积大，空气流速快，压强小；上表面面积小，空气流速小，压强大。因此就会对翼片产生向下的合力，也就是我们常说的下压力。

前翼除了能提供部分下压力以外，更重要的作用是整车气流管理的起点。前翼制造的湍流可控制前轮转动产生的乱流，尽可能地将他们向外推开，避免乱流进入车底影响扩散器的气动性能。即便是在转向过程中，前翼也能正常发挥作用。如果没有前翼，前轮形成的乱流会直接撞击后轮，这虽能够减小后轮的阻力，但对车底的气动来说却是灾难。

尾翼：尾翼是安装在车体后侧的气动装置，可提供整车30%的下压力。由于尾翼位置较高，只需要负责产生下压力，因此其结构就相对简单。

在弯道中，尾翼能为高速疾走的赛车提供充足的下压力稳定尾部。但在直道中，尾翼就成了阻力的主要来源。因此，在多弯或较短的赛道中，工程师会将翼片的攻角（可理解为翼片倾斜的角度）尽可能地调大来获取更大的下压力。而在多直道的赛段，如蒙扎赛道（整个赛季中平均车速最高的赛段）中，工程师会将攻角尽可能地调小，来减小高速中的阻力。

在2011年，为了增加比赛中超车的几率，增加比赛的观赏性，国际汽联将DRS系统引入F1赛车中。DRS相当于给尾翼的翼片加入了一套可调节角度的装置。在直道中打开DRS，尾翼翼片的攻角随之调小，空气阻力大幅降低，使赛车在直道上有了更高的尾速，从而增加了超车的几率。

扩散器位于赛车车底，提供了整车40%的下压力。与前翼和尾翼相比，扩散器应用到F1上的时间较晚，但却是F1赛车上最高效的气动装置。与前翼和尾翼的工作方式不同，扩散器在工作时几乎不产生阻力。

赛车底部的高速气流在流经扩散器时，气流由于康达效应会顺着扩散器斜面流动，扩散器部分形成真空区，如同一个抽气泵疯狂地抽出车底部的空气，使底部形成负压区，从而产生巨大的下压力。

不过，扩散器也有它的缺陷。扩散器对赛车底盘和地面之间的距离要求很高，细微的距离变化就会对整车下压力有很大影响。理论上来看，扩散器越低越好，可底盘一旦接触地面后，切断通过扩散器的气流，底部的负压随即消失，扩散器会立刻失效。严重的情况下赛车可能失控，后果不堪设想。

空套给赛车提供的下压力会随着车速的增加发生指数倍的增长，车速越快，下压力越大，赛车也就越稳。在极速状态下，好的空套最多可为赛车提供接近3.6倍赛车自重的下压力，如此极限的下压力保证了四个车轮可以紧紧抓住地面，充分发挥赛车的性能。所以有人说F1赛车在极速状态下可以贴着天花板行驶，也是有理有据的