我们在看赛车比赛时,风驰电掣的速度令人热血沸腾,但如果一旦碰上赛车事故,那就十分令人恐惧了。
在赛车事故中,引发严重伤害的主要原因是巨大的加速度,加速度是速度变化的快慢程度,加速度越大作用于人的力越大,同时也越危险。
而减速度是同样的道理,如果一台赛车以100公里/小时的速度直接撞进一面坚固的混凝土墙,它的速度从100降到0将只需要几毫秒的时间,由减速度产生的巨大的能量就会被转移至车手的身体内部和大脑中,给车手带来巨大的伤害。
F1事故经常以G来形容,比如一场21个G的事故(重力加速度(G)是加速度的单位)。如果你明白,一辆以60英里/小时驾驶的公路车在急踩刹车后,连1G的减速度都不会有的话(约0.68G),你就可以想象30G的撞击到底有多剧烈了。
为了减少这一伤害,除了车手安全装备、车辆自身安全设计外,赛车场上的护栏设计就尤为重要。
赛车场护栏设计的一大目标就是减小减速度,而其原理和办法就是通过延长撞击后F1赛车从运动到静止过程的时间与距离。
那赛车场上的护栏,经历了哪些变迁呢?
已淘汰护栏
干草护栏
在最早期的时候,成捆的干草常常被用作赛道旁的护栏,那时候赛场一般是建在城镇里面、机场或者公路上,而车手们也是没有任何保护措施的,他们的两旁都是树木电线杆或者墙壁,而这些,绝对是他们不想撞上的;
这时候,便宜又好找的成捆干草就派上用场了,他们可以在运动中的赛车撞击后吸收一些动能,我们知道,当你在与一个静止的物体相撞并使之运动的时候,动能会从一个物体转换到另一个物体,就像诺斯克台球。成捆的干草可以让赛车轻柔的减速而避免撞到树上。
不过干草也有一堆的负面效果,一是他会绊住赛车导致翻车,尤其是在办证赛车时赛车还在高速旋转时是非常危险的,它会引发极大规模的旋转能量转移,可能导致像颈部扭伤等各种损伤;
而且一旦撞倒干草捆,还会把草洒满赛道从而导致他变滑,这也是十分危险的;
最糟糕的是,因为干草极易燃,很容易导致人受伤,历史上发生过的最惨烈的惨剧是洛伦佐.班迪尼在1967年的摩洛哥大奖赛碰撞并翻车事件,当时他的车着火了,可是他却被缠在一堆干草中动弹不得,最终因烧伤不治而失去了生命。
拦截网护栏
干草的使用在1970年被禁止,在那之后有段时间相对廉价但又有点作用的拦截网曾非常流行,他就是很简单的那种铁丝网,被设计成由线缆的网状,然后连接在赛道两边形成一道长长的护栏;
赛车可以撞进护栏,护栏会变形但是可以将赛车拦截下来,同时他会吸收冲击,将赛车的能量消耗在扭曲护栏的形状上。
但是,虽然这种护栏因其极易变形可以包裹住赛车,但也使得从赛车中解救车手的工作变得非常困难,尤其是在起火或者受伤的情况下;
铁丝网还有可能缠住车手,卡洛斯.雷乌特曼就差点在1981年的南非大奖赛上被一张铁丝网勒死。
另外,因为铁丝网极易变形,所以支起铁丝网的柱子也可能以极高的速度被甩起来,这也可能会打到车手使其受伤;
在1981年的南非大奖赛上,杰夫.利斯就曾被一支拦截网柱击昏;而且,拦截网在被撞击后还不太容易重建,这对于想避免延误并尽快恢复比赛来说,是一个大问题,所以后来这种拦截网也被禁用了。
现在常见护栏
混凝土护墙
在护栏的选择和摆放上,撞击角度是我们需要考虑的重要因素之一,我们可以把赛车的能量分解到两个方向上,平行于护栏的和垂直于护栏的。分解其中一个方向的能量,我们可以尽量避免护栏的形变并强迫赛车沿围墙滑行,用摩擦力使其减速。
混凝土护墙就极其适合这种情况,因为它坚固且不易移动,而车手也不会想正面撞上混凝土,所以它虽然不适合吸收垂直方向上的能量,但它很适合利用摩擦力吸收动能,分解掉水平方向的能量。
防撞护栏
比混凝土护墙更常见的是普通的防撞护栏,防撞护栏在长度方向上是强度很大的,如果赛车以小角度撞击他,他只会轻微变形吸收撞击的能量,并把赛车引导到护栏延长的方向上去;
这让赛车在多数情况下可以停下来而非直接被扔回到赛道中去,护栏后的其他空间被设计成可以弯曲变形的样子,能够吸收部分冲击。
当然,严重受损的护栏 很难修复,更换费用也较高,而且他只适用于速度较低缓冲区,空间有限的地方。
轮胎墙
论及使用场景的广泛性,那还是要数广受喜爱、名声远扬的轮胎墙,简单的说,轮胎墙就是一堆摞起来的轮胎排成一面软墙,用来阻挡撞进来的赛车。
他有很多很明显的优点,旧轮胎廉价而且很容易找到,轮胎很软而且很耐压,有利于吸收能量,高速赛车的能量可以直接被消耗在橡胶的形变上,就像挤压弹簧一样;
同样的,我们还可以通过控制轮胎的排数来调整轮胎墙的硬度,浅而软的墙可能会让赛车直接撞到轮胎墙后的护栏,而硬的轮胎墙阻碍作用更强。
Tecpro护栏
这是种特殊设计的镶嵌防撞护栏,主要分为两种类型,一种是红色的吸收型模块,为弹性较好的中空泡沫块,另一种是灰色的加强型模块,包含更牢固的泡沫外皮,以及内部一层薄薄的钢板,用来防止赛车穿透护栏。
就要达成的目标而言,Tecpro护栏和加皮带的轮胎墙其实非常相似,但它的设计更有利于提高对不同摆放方法的适应性,他交错镶嵌的形状也便于吻合不同的弯角形状。
要把高速运动的失控赛车安全可控的拦截住是一件非常困难的事情,赛车界也投入了大量的工程设计和科学研究来寻找理想的解决方案。而目前我们使用的防护栏杆,还是低调全面可靠的轮胎墙是更加适合。