当你看到F1赛车制造着大量的噪音、消耗着大量的燃料呼啸而过的时候，有没有意识到，它其实是环保技术的先驱呢？

F1看台上的荷兰车迷（图片来自网络）

爱看体育比赛的朋友都知道，荷兰队被称为“橙衣军团”。橙色是荷兰的国色，荷兰队的支持者们当然也会在比赛期间整齐地穿着橙色的上衣，构成了世界各地的看台上一道亮丽的风景。这幅图片拍摄的就是一场F1比赛的看台。如果你熟知这项运动，并看到荷兰车迷们胸前的“race to the MAX”时，我想你可能已经猜到，他们在为谁欢呼吧？没错，他就是2016年F1赛场上最亮的新星---荷兰车手，马克斯·维斯塔潘（Max Verstappen）。

马克斯·维斯塔潘生于1997年，目前效力于红牛车队。在今年的F1西班牙大奖赛上，他获得了分站赛的冠军，并一举打破两项记录：史上最年轻的分站赛冠军以及首位夺冠的荷兰车手。在11月刚刚结束的巴西站比赛中，他从第16名一路超车，在比赛结束时拿到第三，将F1的速度与激情演绎到了极致，获得了甚至比冠军更多的关注。而在他的祖国荷兰，维斯塔潘获得了比足球明星罗本、范佩西更高的关注度，已经成为了英雄人物[1]。很多青少年因为他的成功，对学习开赛车产生了浓厚的兴趣；也因为他的出现，使得增设荷兰站的F1比赛成为可能 。

维斯塔潘享受胜利（图片来自网络）

当人们享受着这项运动带来的刺激时，也有很多人提出了自己的担忧---毕竟这项运动看起来对环境会造成很大的影响，尤其是：

噪声污染：场内最佳的观赛位置处于赛道急转弯的末端，也就是汽车开始全力加速的地方。坐在这里的观众，一场比赛下来所承受的噪音水平，是美国国家职业安全与健康研究所设置水平的8585% [2]。这对于观众的健康会有很大的影响。

 能耗：由于F1赛车速度太快，其耗油量远远高于普通汽车。例如，一辆家用的1.6L五座汽车，在城市路况下，每百公里耗油量为10L。而F1赛车的每百公里耗油量则达到了60-70L，是普通汽车的数倍。

不过仔细想想，如果没有这么高的噪音和能耗，我们也就看不到这么精彩的比赛了 。另外，在人们批判关于F1赛车的污染的时候，他们也许还忽略了一个事实，那就是：很多汽车行业的新技术，都是先在F1赛车上使用之后才投入民用汽车的；而这些新技术中，其实包括了很多环保技术。也就是说，F1赛车其实是环保界的技术先驱。下面我们就来看看，它是如何为环保技术做出贡献的。

发动机的革命性突破

2014年，国际汽车联合会（FIA）规定，F1赛车发动机的最大排量需从2.4L降至1.6L（是的，你没看错，只有1.6L)。这意味着每辆车的油耗降低30%左右，因此是一项巨大的飞跃。为了保证赛车的速度，这意味着赛车需要从别的地方汲取能量，或者减少自身的能量损耗---显然，后者比前者更为现实。赛车减少自身能耗的一大应用，便是涡轮增压器（原理见下图）。如果没有涡轮增压器，燃烧的废气会直接从发动机排到大气中。有了涡轮增压器之后，它会利用废气的能量驱动其自身叶片旋转，从而从周围环境中吸入更多的空气提供给发动机，让燃料更加充分的燃烧。这样一来，燃烧热就被成功地用来提高燃料的燃烧效率，给赛车以更多的能量。所以，这是车辆减少自身能耗的一项伟大应用。

涡轮增压器的应用（图片来自网络）

在2014年的新规中，涡轮增压器第一次被允许可以与一个电机相连---这带来了涡轮增压器的进步。传统的涡轮增压器，在能量消耗变化特别快的情况下（例如汽车突然加速或减速），会有一个反应的延迟（turbo lag），所以难免会有燃料利用不充分的时候。与电机相连后，当涡轮转速不足时，电机可以驱动涡轮加速旋转，给发动机提供更多的空气；当涡轮转速太高时，多余的能量可以储存在电池里，以备不时之需。这样一来，就保证了发动机里充足的空气共给。这项技术在目前的F1赛车里已经成为了现实，也是未来普通汽车的发展方向之一。[3]

推进空气动力学的研究

涡轮增压器减少了赛车的能耗，那么还有没有别的办法呢？有。F1赛车极高的行驶速度给它的行进带来了很大的空气阻力。因此，赛车的形状设计就显得尤其关键---如何设计一部拥有很好的稳定性与抓地力，同时又能减少空气阻力的赛车？F1车队投入了大量的资金与大学和公司合作，进行计算流体力学（computational fluid dynamics）研究与风洞实验的探索。这在改进赛车形状的同时，也促进了科学的发展，还带动了其它工业的突破。由F1莲花车队和波音公司合作完成的一项流体优化算法软件，已经给这两家公司带来了巨大的利润---例如，对于波音公司来说，设计优化后每减少1%的风阻，运营成本就能节约14%。同时，这款软件也被尼桑车队所采用，最终减少了4% 的风阻，带来了巨大的经济效益。

莲花车队的风洞实验室（图片来自网络）

燃料的优化

2010年，国际汽联规定F1赛车在比赛途中不得重复加油。也就是说，赛车需要用油箱内初始的油量完成比赛。燃料的燃烧效率的提高因而变得特别重要。在此背景下，这条新规一方面促进了发动机设计的改进，同时也促进了燃料的优化---例如在燃料中加入添加剂。这种改进过的燃料可以有效减少发动机活塞与缸体之间的摩擦，同时也可以帮助清理缸体内的沉积杂质，提高发动机效率。道达尔（Total）集团与莲花车队进行了燃料添加剂的研究并运用在了F1赛车上，同时他们也将这项技术推广，用在了普通车辆的燃料中[3]。

结语

总的来说，F1赛车确实会比普通车辆造成更大的污染和能耗，但环保人士不必为此对这项运动心怀偏见。相反，在F1赛车上研制出的新技术能够提高汽车的能源效率，降低汽车尾气排放，并应用到未来家用汽车当中，让全世界上亿辆汽车变得更为环保，从另一个角度改善我们的生活环境。

 参考文献

[1] http://edition.cnn.com/2016/05/18/motorsport/formula-one-max-verstappen-johann-cruyff/

[2] http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/12/286184.shtm

[3] http://www.racecar-engineering.com/technology-explained/formula-1-and-the-environment/#

（文章仅代表作者个人观点）

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作者简介

陈思佳，来自湖北武汉，荷兰特温特大学摩擦学组PDEng，热衷于机械设计与创新

责任编辑：陈舒逸 

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