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美国赛车协会中复合材料的演变

   日期:2020-03-27     来源:中科院宁波材料所特种纤维事业部    浏览:187    
核心提示:位于美国北卡罗来纳州夏洛特市的美国全国赛车协会(National Association for Stock Car Auto Racing,简写NASCAR)成立于1948年,当时该组织旨在制定一套标准化的赛车规则和条例。现如今,这个认可机构在美国、加拿大、墨西哥和欧洲的不同赛道监督1500多场比
位于美国北卡罗来纳州夏洛特市的美国全国赛车协会(National Association for Stock Car Auto Racing,简写NASCAR)成立于1948年,当时该组织旨在制定一套标准化的赛车规则和条例。现如今,这个认可机构在美国、加拿大、墨西哥和欧洲的不同赛道监督1500多场比赛。

汽车轻量化和提高车速两者是密不可分的,因此数十年来,NASCAR汽车通过使用复合材料来实现汽车的轻量化,并保持应有的强度和刚度。

在早期的赛车场上,汽车是工厂的模型车,直到NASCAR允许对汽车进行改装来增加耐久性。随着岁月流逝,改装车数量越来越多,这似乎已经逐渐融入赛车体育文化中。

每一个赛季,NASCAR都会对其规章制度进行评估,经常会为了提高安全性或使赛车更具竞争力而更改规章制度。NASCAR车辆在每次比赛前都要检查是否符合该组织制定的新法规。

采用与金属钢结构件相同厚度制造的碳纤维部件,重量仅为三分之一却能提供4倍的强度。NASCAR车队一直在寻找合法地减轻汽车重量的机会,多年来在这项运动中复合材料用量不断增加。除了重量轻以外,CFRP零件还具有其他优点,比如赛车刹车时会产生巨大的热量,引擎盖下的温度可以达到300-400华氏度,而碳纤维的耐高温特性有助于减少发动机零件的疲劳。

在NASCAR Cup赛车系列中使用的现行第6代汽车规范(通常称为Gen-6)中,有几个车身部件是由复合材料制成的。Gen-6汽车包括一个钢管框架底盘以及碳纤维和冲压钢车身面板的混合物。该车的引擎盖和后行李箱盖由碳纤维制成,并添加了凯夫拉纤维,来减少碰撞时的碎裂和破碎,前后蒙皮也由复合材料制成。当涉及到发动机部件时,复合材料部件的重点放在安装在发动机上方的部件上,这样可以降低车辆的重心。此外,碳纤维座椅也经常使用。目前的汽车在没有驾驶员和燃油的情况下重3200磅(1451公斤)。

虽然尚未正式引入NASCAR Cup系列赛,但复合材料车身已经在NASCAR其他级别的比赛中进行了测试。如在2017年的Xfinity系列赛中,全复合材料车身首次在三场比赛中被引入NASCAR的国家比赛级别。2018年,除超级赛道(代顿国际高速公路和塔拉德加超级赛道)外,该系列所有比赛均采用了复合材料车身。Xfinity复合材料主体由13块由法兰连接在一起的互锁复合材料板组成。由于面板锁定并用螺栓固定到位,从而简化了损坏面板的更换。


 
这辆由亨德里克斯为车手吉米·约翰逊设计的2019款汽车的碳纤维含量比2002款汽车高出35%

Xfinity复合材料车身的另一个特点是面板表面有凸起的蜂窝状图案,车队可能会试图非法修改汽车的空气动力学。任何打磨或按摩这些凸起的区域都很容易被视为违规行为。

五星赛车车身(美国威斯康星州Twin Lakes)生产用于Xfinity复合车身的复合板。该公司的复合材料车身自2015年开始在NASCAR K&N Pro系列中使用,这为NASCAR的车身样式提供了实验平台,然后才允许他们在全国范围内使用。

除了轻量化之外,NASCAR下一代规格的目标是降低竞争成本,为主导这项运动的三大厂商雪佛兰、福特和丰田之外的汽车制造商打开大门。NASCAR负责创新和赛车开发的副总裁约翰普罗布斯特(John Probst)曾表示,下一代车身将可能采用法兰配合的复合材料制造,这意味着面板是互锁的,就像Xfinity系列所用的汽车一样。

由Richard Childress Racing(RCR,Welcome,N.C.,U.S.)制造的下一代原型车由RCR驾驶员Austin Dillon于2019年10月进行了测试(下图),然后又由Penske团队的车手Joey Logano于2019年12月进行了测试。在继续开发和测试的同时,下一代外壳和底盘预计将于2021年首次亮相。

 
 
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