一小群设计师如何打造出史上最高效的赛车

深入了解 DeltaWing:数十年来最大胆、最具争议的赛车设计
The DeltaWing
Highcroft Racing 2012

六月第三个星期六下午3点,56辆赛车在法国中部8.5英里赛道上,化作一道道五彩斑斓、轰鸣的飞驰。为迎接第80届勒芒24小时耐力赛,24万观众汇聚于此。速度各异的赛车将在四个不同组别中角逐,最快的赛车将争夺这场持续一昼夜的比赛的最高荣誉。事实上,这里同时上演着四场比赛。车手们必须全程应对与其他组别赛车的交错超车。领先的是勒芒原型车,这些为比赛而生的纯种赛车最高时速可达210英里/小时。赛场后半部分则是由量产跑车改装而来的赛事版本,如法拉利、阿斯顿·马丁、保时捷和科尔维特,这些通常被称为GT赛车。而位列第28的赛车,却不属于任何官方类别。它被称为DeltaWing,细长的黑色、针状鼻翼和凶猛的背鳍,让它看起来更像一枚导弹而非赛车。如果它的速度和效率真如其创造者所言,它将挑战一个世纪以来的赛车设计传统。

在勒芒赛事的历史长河中,这里一直是新汽车技术的试验场。今年,赛道上最快的两辆车是混合动力电动汽车。奥迪R18 e-tron quattro在车轴前部安装了电动机。丰田TS030 Hybrid则搭载了超级电容器,能在刹车时储存能量,并在直道上释放能量以获得短暂的额外速度。然而,DeltaWing的设计比这两款车更为激进。其新颖的造型使得它仅凭比普通家用车略强的发动机就能跑出有竞争力的圈速。正如该车的设计师Ben Bowlby所言:“DeltaWing用一半的重量、一半的阻力、一半的动力和一半的燃油消耗,实现了相同的速度。”

严格来说,DeltaWing并没有与奥迪、丰田或其他任何参赛车辆竞争。它是这场55辆车比赛中的第56个参赛者,填补了为实验车辆预留的唯一展示名额。今天,DeltaWing的三位车手将力争每圈8.5英里用时3分45秒。需要说明的是,这比奥迪和丰田的成绩要慢大约20秒。通过增加涡轮增压发动机的增压值,DeltaWing可以轻易地跑得更快——快得多。它也可以配备一个更大的油箱,使其在加油前能跑更远的距离。但是,为了避免非竞赛车辆干扰正规比赛,官方为DeltaWing设定了135英里/小时的平均圈速目标。

在练习赛中,该车轻松达到了目标。然而,在比赛中幸存下来将是一个巨大的挑战。DeltaWing的四人核心设计团队仅为此车工作了不到一年。几乎每一个部件都是从零开始设计和制造的。在不到四个月前,也就是该车首次亮相的前一天,车队还在为它安装零件,而该车的主要赞助商日产直到首次试驾后才正式加入。顶级车队为勒芒赛事做准备,通常会进行24甚至36小时不间断的测试。DeltaWing抵达这里之前,总共才进行了约12小时的测试。一个匆忙组装的、代表数十年来最大胆赛车传统突破的原型车,能否完成这项赛车运动中最严峻的耐力测试之一?日产公司(该车的发动机供应商)的首席工程师Jerry Hardcastle表示:“没人来勒芒是不想完赛的。但只要这辆车能坚持超过两个小时,我就会每时每刻都微笑着。”

The Long Game
Highcroft Racing 2012

在这种情况下,初期的磨合问题在所难免。在周三的第一次排位赛中,车手Michael Krumm将四个轮子都压在了弯道外侧,导致DeltaWing腾空而起。它飞出20英尺后重重落地,车载灭火系统甚至启动了。随后,今天早上,在一场雨中进行的暖胎圈中,由于密封不良导致漏水,一个电器盒短路了。

比赛开始半小时后,DeltaWing已经遇到了麻烦。工程师们盯着车队狭窄车库里十多台笔记本电脑,仔细分析着汽车在赛道上不断传回的性能数据,发现水温出现了令人担忧的峰值。经过几分钟的争论——“没问题,继续开”;“不行,它会过热报废”——一位工程师下了决定:“我们现在必须停车。”正当机械师们为一次计划外的进站做准备时,电视屏幕上出现了DeltaWing的身影。问题的根源一目了然:一个塑料袋卡在了散热器入口。也许这辆车还有机会冲过终点线。当Krumm滑入维修区时,一名机械师扯出了那个塑料袋,赛车再次咆哮着冲回赛道,距离比赛结束还有23个小时。

* * *

纵观历史,具有变革意义的赛车设计大约每十年出现一次,每一次都改变了赛车的物理形态和这项运动的性质。20世纪50年代,发动机从赛车的前部移到后部,从而取消了传动轴并优化了重量分布,提高了操控性。60年代,赛车长出了翅膀,将气流导向车轮,将轮胎压在地面上,以获得更好的抓地力和更高的过弯速度。70年代出现了地面效应,利用底盘下方的翼形设计,将赛车更有效地吸向路面。80年代,轻质、超强的碳纤维底盘成为标准。然而,从20世纪90年代开始,电子辅助系统(如主动悬架)与空气动力学进步相结合,使得赛车变得过于快速和危险——这导致了F1传奇车手埃尔顿·塞纳在3亿电视观众面前的死亡——于是规则制定者开始放慢赛车的速度。他们禁止了最先进的电子辅助设备,故意降低了空气动力学效率。自那时以来,赛车设计一直停滞不前。巴西赛车设计师Ricardo Divila(曾设计过F1赛车,被认为是这项运动的技术顶峰)说:“大多数赛车都是在规则范围内进行的尝试。看看飞机。波音和空客看起来相似,因为它们在非常狭窄的规格范围内进行了优化。赛车也是如此。”

Featherweight
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相比之下,DeltaWing是数十年来最大胆的赛车设计。算上燃油和车手,它的重量约为1250磅,大约是传统勒芒原型车的一半。针状的鼻锥和简洁的车身减少了阻力,使得该车仅凭300马力的发动机就能达到200英里/小时的速度。

DeltaWing也是近年来最具争议的赛车。从该项目于2010年宣布之日起,纸上谈兵的工程师们就认为DeltaWing狭窄的前轮距和仅四英寸宽的前轮胎会损害其过弯能力,缺乏尾翼会使其损失下压力,容易失控飞出赛道。(去年,车队寄出的圣诞卡片上,圣诞老人坐在DeltaWing驾驶座上,小精灵问道:“你确定那东西能转弯吗?”)该车在美学上也备受争议。虽然粉丝们将其比作蝙蝠车或SR-71黑鸟,但批评者则称其丑陋无比。“飞行的阴茎”是常见的绰号。

然而,Bowlby和他的团队表示,他们非传统的赛车可以帮助重振一个正在失去观众、赞助商,并努力适应化石燃料过度消耗日益不受欢迎的世界的体育项目。美国勒芒系列赛车队老板、DeltaWing项目的投资人Duncan Dayton表示:“如果我们无法吸引新一代赛车迷的想象力,赛车就会走向终结。”

DeltaWing的设计师表示:“我们谈论的是一个完全不同的想法——一辆拥有家用车动力却仍能达到200英里/小时的赛车。在过去一个世纪的大部分时间里,赛车设计师一直以他们在改进所有汽车方面的作用为荣。赛车运动中 perfected 的技术,从燃油喷射、双顶置凸轮轴发动机到盘式制动器和安全带,从超级赛车走向了日常经济型轿车。但随着赛车突破性技术的放缓,技术转移的过程也随之放缓。如今,赛车是一项如此独特而稀有的学科,赛车与街道用车之间几乎没有关联。DeltaWing能否通过让低功率的快感变得酷起来,从而弥合两者之间的鸿沟?直接以DeltaWing为蓝本设计的街车很难想象。但DeltaWing可以比任何车辆更能证明速度和经济性并非相互排斥。Dayton说:‘我们的马力少了一半,油耗少了一半,但我们仍然能让你毛骨悚然。’”

Little Wing
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DeltaWing的创造者Ben Bowlby,是一位45岁的英国外籍人士,他的口音在居住在美国九年后已经变得模糊。他性格开朗友好,带着一位深受喜爱的科学老师支持但略带说教的语气。16岁时,他在父母位于伦敦的家中,用一台小型机床将两辆Mini车焊接在一起,造出了他的第一辆公路车。在担任Lola Cars(当时世界顶级的赛车制造商之一)的首席设计师近十年后,他开始驾驶自己设计的赛车。2003年,Bowlby移居美国,加入了前赛车手Chip Ganassi庞大的赛车帝国。除了担任Ganassi车队在Indy Car、Sprint Cup房车赛和Daytona原型跑车赛等项目的技术总监外,Bowlby还负责将宾夕法尼亚州一个废弃的铁路隧道改造成风洞测试设施等非传统项目。

2008年,Bowlby有了一个顿悟。他参加了美国摩托车大奖赛,惊叹于摩托车车手以45度角倾斜,在100英里/小时的弯道中漂移,轮胎在牵引力边缘挣扎。他意识到,任何观众,无论多么外行,都能看到职业车手的勇气和技巧。然而,赛车却隐藏了车手的技能。它们巨大的尾翼产生如此大的抓地力,以至于驾驶起来显得毫不费力。尾翼还会产生一团混乱的“脏空气”,阻止赛车近距离比赛,从而剥夺了比赛的戏剧性。Bowlby想摆脱尾翼。他想知道,如果他在超窄鼻锥的中心安装一个前轮,会发生什么?流线型的鼻锥会减小阻力并减轻重量。此外,它将允许无尾翼的空气动力学外形,展示车手的技术,使他能够更激进地滑入弯道,并更靠近竞争对手。

这种被称为三角翼平面图的三角形剖面在顶级燃油加速赛车和陆地速度记录车中很常见。但那些机器只在直道上比赛。如果它们必须高速转弯,它们会不会像坐在三轮车上的小孩一样翻倒?随着Bowlby对问题的深入思考,他意识到大多数三轮车的问题不在于车轮的数量和排列。而是灾难性的高重心。于是他做了一个实验。他买了两辆遥控赛车,修改了一辆使用单个中心前轮,并在一个寒冷的冬夜,在他位于印第安纳州Zionsville的家附近的郊区街道上进行了测试。低重心的电池供电的三轮车转弯效果很好。事实上,它的过弯速度比四轮车更快。后来,在Ganassi车库,计算机模拟显示,基于相同模板制造的全尺寸汽车应该也能同样好地转弯。

Not For Everyone
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差不多在同一时间,成立了一个委员会来选择2012年的新Indy赛车。Ganassi同意资助一个原型车的开发以供提交。根据Indy规则,三轮车甚至不被视为汽车。但Bowlby发现,两个并排的小型前轮几乎和单个大前轮一样好。这仍然允许他通过围绕窄鼻锥的形状来最大限度地减小阻力。微小的轮胎也引发了一系列设计变化,逐步减轻了汽车的重量。更小的车轮意味着更小的制动器和悬架组件,这意味着更小的发动机,这意味着更小的变速箱,这意味着更小的底盘,等等。当Bowlby计算时,他发现他的车可以用一个微小的四缸发动机跑出具有竞争力的圈速。他着手设计一辆能够展示车手技能的赛车。最终,他设计出了有史以来最高效的赛车。

支持者认为,DeltaWing可以帮助重振一个正在努力适应变化世界的体育项目。当Indy委员会选择了一辆极其普通的赛车时,Ganassi取消了Bowlby的项目。一年后,Bowlby离开了公司,全身心投入DeltaWing。不是因为他期望发大财;他只是想把它完成。“我为这个项目损失了很多睡眠,”他说。“我的妻子会到车库里,发现我开着那辆小RC车,确保它能按我说的做。但我的声誉岌岌可危。我需要向人们证明我不是一个有着愚蠢想法的疯子。”

当Bowlby开始为他的赛车寻找其他场地时,勒芒似乎是一个自然的选择。自1923年Circuit de la Sarthe举办第一届24小时耐力赛以来,赛事组织者Automobile Club de l’Ouest (ACO)就一直在推广新技术。多年来,勒芒根据速度、重量和燃油消耗的公式颁发了热效率指数奖。最近,ACO创建了所谓的56号车位项目,用于容纳一个创新的、环保的车辆,它将以展览形式参赛,不受55辆常规车辆规则的约束。于是,去年6月,Bowlby提出了他的概念,ACO从多个混合动力电动车中选择了它。DeltaWing就此诞生。

* * *

DeltaWing在勒芒首秀两小时后,Michael Krumm在被称为Indianapolis的左弯减速。但变速箱换挡不顺畅,后轮短暂抱死,赛车侧滑。Krumm迅速控制住车辆,安全地通过了弯道。但他在无线电中解释说,变速箱越来越差。

这是个坏消息。从汽车开发之初,专门为DeltaWing设计的、尺寸惊人的变速箱就一直是个问题。Krumm进站快速修复,然后回到赛道。但变速箱仍然出现故障,所以他又停了下来。

机械师们围住赛车。车队发现,驱动气动换挡器的电磁阀已经损坏。这可能是由于零件故障,而非过热——但为了安全起见,设计团队成员Zack Eakin启动了Sawzall,切割了一块碳纤维车身,以引入更多空气以增加冷却。维修耗时半小时,但Bowlby似乎毫不担忧。电磁阀来自第三方供应商。“这不是DeltaWing的问题,”他轻描淡写地说。

Quality Control
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Krumm回到赛道后,全速前进,在狭窄的Mulsanne直道上达到了190英里/小时以上。此时,DeltaWing比领先的奥迪和丰田落后14圈。但该车已经坚持的时间超过了大多数观察者的预测。设计团队的另一位成员Simon Marshall说:“现在是随机因素在起作用了。这取决于接下来会发生什么。”

Weighing In
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Bowlby在勒芒的机会拯救了他的项目。在ACO的认可下,他开始招揽投资者。其中最主要的包括Don Panoz,这位特立独行的美国勒芒系列赛(ALMS)创始人,也是尼古丁贴片专利的持有者。ALMS车队老板Duncan Dayton也加入了,Ganassi也回归了。但最重要的投资者,至少在信誉方面,是Dan Gurney,这位81岁的美国赛车传奇人物,All American Racers (AAR)的创始人,AAR生产军用级金属和碳纤维零件,适用于从摩托车到无人驾驶飞行器的一切设备。AAR的现任负责人,Gurney的儿子Justin说:“制造如此出人意料的东西正是我们的特长。我们这样做是因为每个人都说这不可能完成。”

Bowlby和Eakin,他们也曾在Ganassi工作过,将家人留在印第安纳州,前往加利福尼亚。Simon Marshall,另一位前同事,则带着妻子和两条狗从亚特兰大向西驱车而来。他们一起在Gurney的工厂附近租了一套公寓,称之为Delta House,并开始了每周六天半的艰苦工作。(前AAR设计师John Ward每周工作50小时,Eakin称之为“兼职”)。他们在AAR储藏室里的一间办公室里工作,从零开始。“我们没有来自之前车辆的零件库或CAD数据,”Bowlby说。“我们的电脑送来时,是完全空白的。”

通过无线电,车手解释说变速箱越来越差。这是个坏消息。除了F1赛车,几乎所有现代赛车都主要由赛车零部件供应商提供的零件组装而成。但几乎没有现成的零件适合DeltaWing。转向架没有安装空间,所以Eakin设计了一个节省空间的转向系统,与高端卡丁车上的系统大致相似。所有悬架组件都是定制的。(由于形状复杂,每个前桥支柱的制作都需要大约一个月的时间。)Performance Friction的碳碳前刹车片小到看起来像是模型车的零件。米其林生产的四英寸宽前轮胎是独一无二的,轮毂也是如此。

三月初,距离第一个零件绘制图纸的七个月,距离勒芒赛事不到三个月,DeltaWing准备迎接其最大的考验。它的碳纤维车身仍未上漆,赛车从一辆带有AAR条纹标志的拖车中驶出,来到了位于洛杉矶北部的一条赛道——Buttonwillow Raceway Park。发动机、轮胎和刹车制造商的代表都到场,想看看他们的产品表现如何。但最让周围人群关心的还是那个挥之不去的问题:这东西能转弯吗?

Gurney的儿子Alex,一位世界级跑车赛车手,获得了驾驶DeltaWing进行首次试跑的殊荣。他爬进驾驶舱,在熄火两次后,他缓缓地以一档绕着围场跑了一圈。回到车库时,Bowlby在那里迎接他。他最大的担忧是前悬架的几何形状会让方向盘难以转动。

Guide Lines
Highcroft Racing 2012

“方向盘轻吗?”Bowlby问道。

“它完全按照我想要的方式运作,”Gurney说。

有人喊道:“它转弯了!”人群爆发出杂乱的欢呼声。

另外两位车手也在Buttonwillow试驾了赛车,逐渐提高了速度,产生了令人放心的技术数据,这帮助说服了日产官员——他们已经与Bowlby进行了数周的每日沟通——继续为该车提供技术支持。日产品牌赞助的DeltaWing于三月晚些时候正式亮相。但对在场的人来说,Buttonwillow才是真正的首秀。正如1964年与Dan Gurney共同赢得勒芒GT组别冠军的赛车首席设计师Peter Brock所言:“那就像看到了莱特兄弟在基蒂霍克的首次飞行。”

Into the Ring
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比赛进行到六小时75圈时,DeltaWing准备在夜幕降临前继续比赛。日本车手本山哲(Satoshi Motoyama)在两个半小时前接替了Krumm的位置。

当赛道在一段漫长的安全车 period 后恢复绿旗时,本山哲暂时领先于领头羊。奥迪赛车呼啸而过,冲入了一个令人望而生畏的高速弯角——保时捷弯。紧随其后,寻找机会超车的是一辆丰田混合动力车。本山哲看到了后视镜中的蓝白相间的跑车,并尽量靠右行驶。丰田车并驾齐驱,开始超越。然后,丰田车手猛地向右一甩,刮到了DeltaWing的左前角。DeltaWing比对方重了700多磅,被撞得弹离赛道。草地就像冰一样滑。本山哲无能为力。DeltaWing撞上墙壁,停了下来。在车库里,工程师和机械师们难以置信地盯着电脑和电视屏幕。

根据勒芒的规则,赛车必须自行开回维修区,并且只有车手可以修理它。但本山哲没有工具,他也不是机械师。而且他也不会说英语。

Rescue Squad
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车队经理Phil Barker骑着摩托车赶到事故现场评估损坏情况。维修区的首席机械师Rick Perry通过无线电问道:“Phil,车辆的情况如何?比赛结束了吗?”

还没有,但差不多了。撞击导致前后悬架错位。在车库里,Bowlby和他的团队匆忙制定修理计划。Eakin和几名船员,包括一位将担任翻译的日本工程师,出发去通过铁丝网向本山哲提供建议。一个小时后,本山哲在车上爬来爬去,拼命想修好它。他撕下车身面板,拧下零件,放掉轮胎里的空气以提高牵引力。他一次又一次地走到围栏边寻求更多建议。与此同时,仍在比赛中的其他赛车在几英尺外呼啸而过,就在低矮的混凝土护堤的另一边。

本山哲的每一次挫折都会在车库里引发一次新的会议。翻译兼工程师通过无线电接收指示,并通过围栏传达给本山哲。最后——令人惊讶的是——他设法安装了一个(两天前为此情况特别制造的)手动差速锁,恢复了左后轮的驱动力。但当他启动发动机准备出发时,赛车歪斜着前进,几乎无法移动。转向系统损坏太严重,无法修复。当明确无法再做任何事情时,本山哲泪流满面。他垂头丧气地放弃了赛车,爬上Barker的摩托车后座。当他们骑走时,观众们为他的努力欢呼。

车库里,车队以一种奇怪的失望和自豪混合的情绪反应。“以那种方式结束真是太遗憾了,”Barker说。Marshall耸了耸肩。“它能坚持多久就多久,已经很棒了。”

Michael Krumm pilots the car around the Circuit de Le Sarthe.
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关于事故原因,没有真正的争议:丰田车手犯了错误。有一些可以理解的因素。原型车的侧方视野出了名的有限,而DeltaWing的尺寸小巧和奇特的形状使得其他车手尤其难以看到它。但车队并没有打算理解。车库里的电视屏幕上,赛车的直播画面显示,撞翻DeltaWing的丰田车正在维修区进行维修。“让你倒霉,”Perry嘟囔道。(六小时后,他的愿望成真,丰田车的发动机出现故障,迫使其退赛。)

当本山哲回到维修区时,他的眼睛红肿。Bowlby冲过去,给了他一个熊抱。“你是个明星!”Bowlby说。“我会永远记得你。”

“对不起,”本山哲低声说。

Bowlby像父亲一样拍了拍他。“我很抱歉这辆车不够坚固。”

车队并不急于收拾东西,直到周日清晨,大部分人才离开车库。Bowlby和Eakin是最后离开的。他们紧紧拥抱,以至于Bowlby的脚都离开了地面。然后他们击拳,并以一种私人的仪式摆动手指。Bowlby露出了一个苦涩的笑容。“该去喝一杯了,”他说,然后他们一起走进夜色。

* * *

DeltaWing的投资者们要想收回将该车送往勒芒近1000万美元的投入,唯一的办法就是将其投入生产——制造一系列DeltaWing并出售给赛车队。但谁会买呢?DeltaWing投资者Don Panoz拥有美国勒芒系列赛,这意味着他可以允许该车在该系列赛中比赛。但问题是,DeltaWing不符合任何现有的规则套装,所以有人必须制定一个等效公式,允许它与更传统的赛车竞争。

或者,赛车官员可以像一些思想开放的设计师多年来一直在提倡的那样:完全抛弃规则书,设定一个最低重量或最高能量限制,让设计师们尽情发挥。目前,管理赛车的保守认证机构几乎不可能批准如此颠覆性的事情。但DeltaWing的颠覆性正是它可能产生持久影响的原因。勒芒原型车和F1赛车之所以看起来是这样,仅仅是因为规则要求如此。为什么不改变规则呢?为什么不拥抱这种颠覆呢?为什么不使用一半的动力和一半的燃料来达到同样的速度呢?

Preston Lerner是《Popular Science》杂志的特约编辑。

 

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