【汇总】LMDh图鉴&简析——是Hypercar、GTP还是DPi?

随着兰博基尼SC63赛车的发布，目前已公布 (且确实施行了的) LMDh项目已全部拿出成品，Ligier也作为四家底盘供应商中的最后一位展示了他们的赛车。至此，我们可以在四台已然参赛的赛车与两台尚在测试阶段的赛车之间做出横向对比，也可以在它们与前代DPi、LMP2赛车之间做出一些纵向比较。



【本文参考了相当多的来自Racer GTP 101频道、B_Sport频道、Mulsanne's Corner、Blog di lemansprototypes以及Connecting Rod等网站的信息，也做出了一些订正并加入了自己的看法。非盈利写作但未经允许禁止转载；图片来源于网络，侵删】
以后就先在b站首发了，各位佬给咱引个流吧

赛车的空气动力学设计分为【设计思路】与【部件优化】两部分。【设计思路】是可以在脑海中完成的工作，工程师需要思考赛车前、后部下压力分别依靠哪些部件产生？不同部件分别贡献多少下压力？散热、涡轮等布局方式会对赛车产生怎样的影响？这些问题确定后，需要借助电脑建模、CFD以及风洞实现的工作就是【部件优化】。楼主以及大多数车迷作为业余且无法接触到具体数据的纯路人，能做到的也只是对赛车的设计思路进行揣测，而很难断言各个部件的效率如何。



概括来说，由于LMDh源自DPi，而最终脱胎于LMP2，不同阵营不同厂商的【设计思路】大多大同小异：赛车前部由前扩散器/前翼产生下压力；中后部下压力来自底板与尺寸保守的扩散器；而尾部下压力由尾翼提供。这是否意味着我们已经轻而易举地理解了每一台LMDh？答案是否定的。我们可以发现这些风格迥异的赛车表面具有各式各样的进气/排气窗口，它们不仅当代原型车设计复杂性的体现，是LMDh多样性的来源之一，更是我们真正理解每台LMDh的关键。

接下来为了方便理解，我们首先以Oreca阵营的讴歌ARX-06为例，将这台LMDh赛车简单拆解。这台赛车简洁、强大，甚至于它的外观与这20年前的LMP赛车并无太大差异，可以作为我们理解原型车空力设计的新手村。


在车身前部，我们最容易注意到的是一块印有讴歌logo的“前翼”。然而这一部件只是障眼法，主要起到装饰作用。讴歌与Oreca当然可以将这块翼片设计为负升力翼型，为前部提供额外的下压力；然而历史已经证明，位于z轴较高位置的前翼虽然可以高效率地产生下压力，但会较大地扰乱后方气流，大幅度降低尾翼效率。因此ARX-06的这块“前翼”做好面子工程就足够了——这种展示品牌设计理念的非气动部件也是保证LMDh多样性的要素之一。宝马的大鼻孔、凯迪拉克轮拱向内延伸的翼片、Alpine的logo形尾灯等都是相同性质的设计。


那么真正为ARX-06产生前部下压力的部件是什么呢？答案是鼻锥下方的前扩散器与分流器。前扩散器与我们耳熟能详的后扩散器类似，呈现扩张结构进而“拉动”空气；而分流器则是扩散器前端的水平/收缩结构，与扩散器共同构成一个近似于文丘里通道的结构，下方空气在其“喉部”流速最大，压力最低；而分流器上方的空气在撞向鼻锥、轮拱等部件后被减速，形成高压区。这种压力差正是ARX-06前部下压力的本质。我们还可以看出，ARX-06的分流器从正面看过去呈现M形，这一设计不但可以让分流器-前扩散器摄入更多气流，还能防止下方气流外溢。

空气流经前扩散器后会流向哪里？历史上不同时期不同团队的设计师给出了五种答案：【1.继续沿底板流动】这一设计常见于80年代的C组/GTP组别原型车，好处是不在车身表面制造开口进而产生阻力；坏处是对赛道表面起伏、车身俯仰极其敏感，大多数情况下会降低后扩散器效率。【2.流向车身上表面】这种设计被法拉利333SP与Riley & Scott Mk IIIC采纳。车身上表面的气流相比底部气流更不易受到干扰，可以保证前扩散器稳定工作；但前提是散热部件不能位于座舱两侧，否则就会形成【3.流向侧箱】结构，可见于原厂Courage C60系列与Reynard 02S衍生系列。这一结构实际上非常开放，侧箱可以同时吸收前扩散器底部气流与车身上表面干净气流。而目前最常见的设计则是【4.流向车身两侧】，一般认为其雏形源自于丰田Eagle Mk III，在之后被丰田TS020发扬光大。这种设计同样对赛道起伏、赛车俯仰不敏感，且可以与侧箱结构有效兼容。目前所有LMDh赛车 (包括不使用前扩散器而使用前翼的赛车) 都采用了这一结构来保证前部下压力的稳定，ARX-06侧面高而窄的通道就是前扩散器排气口。此外，还有一种【5.流向车尾】的设计可以在“大前超”日产GT-R LM Nismo上被发现，这与其非常特殊的整体结构有关，因而很难存在于其他赛车上。


在ARX-06的前扩散器出口之前，还有一个暴露出前轮的排气口，该结构的作用是排出前轮乱流。我们都知道，在F1等开轮赛车中，车轮滚动产生的乱流会带来巨大的阻力；拥有轮拱的原型车虽然规避了滚动阻力，但轮拱下方的乱流具有低速高压的特性，会使得轮拱产生升力。因此，工程师会在轮拱表面制造开孔来释放掉这些乱流。除了设计较为自由的后方开孔，规则还强制所有赛车在轮拱上方制造一个开孔。这个开孔的位置、面积拥有严格限制，因此并无太多可书之处。此外，轮拱前侧的一个小开口用来为刹车提供冷却气流。


和大部分赛车一样，ARX-06前轮拱外侧可以安装俯冲板，即我们常说的“风刀”。这个小巧的部件不单可以产生下压力，其外侧的垂直结构也可以作为涡流发生器产生涡流，在车身外侧带走一部分前轮乱流。


ARX-06鼻锥与轮拱之间的通道正对着侧箱进气口。流经侧箱的气流可以流入引擎舱，从车身后方排出；也可以直接从侧箱上表面的百叶窗 (即“鲨鱼鳃”) 排出。ARX-06侧箱内装有一对散热器 (radiator)，通过空气冷却其中的冷却液。

赛车的侧箱之后部分的设计大多与引擎息息相关。讴歌ARX-06所采用的是一台基于indy car引擎开发的全新2.4升V6双涡轮增压引擎，代号AR24e。我们都知道，涡增引擎需要中冷器为高压空气降温，而讴歌选择在引擎与稳压舱上方放置了一个紧凑的水冷中冷器——这是一个非常“方程式”的设计。水冷中冷器的优点是体积小、不需要额外的进气口提供冷却气流 (这让ARX-06的顶部进气道可以完全为引擎/涡轮进气服务)，还能让进气道→涡轮→气缸这条气路更加简洁；而其缺点则是需要增加额外的冷却液泵和管路。ARX-06的引擎废气直接从车身上表面排出，这些高能射流可以加速尾翼下方空间的空气流速，进而提高尾翼效率。


引擎进气道的后方是一块巨大的背鳍。这是一个规则强制的设计，由ACO制定并自2011年起执行至今。它的作用是充当垂直安定面，防止赛车在高速状态下发生侧偏导致重大事故。此外，这块背鳍还能梳理尾翼前方气流，并且在弯道中为赛车提供一个回正力矩，也让赛车在弯道中的特性偏向于转向不足。


ARX-06的后轮拱的设计也是非常经典的。轮拱前方的开口为后刹车提供冷却气流；上方中央的开口为规则强制的乱流排气口；而更多的乱流则会直接从后轮后侧的巨大通道离开。就像前轮乱流干扰前扩散器一样，后轮乱流同样会影响后扩散器效率，因此后轮正后方的底部，即后扩散器的两侧是被封死的；而上方的通道内也设置了许多翼片来梳理乱流。此外，在后轮后方底部，ARX-06还有一个外洗的结构，用来将乱流推到赛车外侧。



我们可以在赛车上表面的末端找到一排尺寸很小的、垂直迎风的翼片。它们被称为格尼襟翼，可以诱导气流上洗并产生额外的下压力。这些格尼襟翼是不连贯的，为引擎废气提供了一条通路，防止这些高速射流在襟翼上产生过大的阻力。

在通过ARX-06了解了现代原型车的设计思路与部分关键细节之后，我们在对比其他LMDh时便能有迹可循。例如与ARX-06一样采用Oreca底盘的Alpine A424就是一个很好的“教学关卡”。


很显然，A424与ARX-06 (乃至Oreca 07) 最明显的区别在于：我们没法从上方看到赛车的鼻锥。换句话说，Alpine在鼻锥上方安装了一个与轮拱、后方车身完全相连的盖板，将车身前部气流清晰地分为了三部分：盖板上方的气流沿车身上表面流动；盖板与分流器之间的气流则全部流向侧箱；而分流器下方的气流则在流过前扩散器后从侧面流出。


为什么Alpine要用一块板完全分隔气流？可能的理由是：A424的散热器相比ARX-06更加靠前。根据鲨鱼鳃散热孔的位置，A424的散热器前缘大概位于车门前缘；而ARX-06则位于车门中间。继续观察车身侧面，我们可以发现A424的前轮下方乱流通道、前扩散器出口以及后刹车进气口的形状与ARX-06有所不同，但整体思路别无二致。

A424同样采用了V6双涡轮增压引擎，雷诺方面宣称赛车将搭载的是加装了两个涡轮的Mecachrome V634发动机，排量3.4升。与采用的“冷V”布局 (V形引擎内侧进气，外侧排气) 的讴歌AR24e不同，V634是一台“热V”引擎 (V形引擎外侧进气，内侧排气)，这意味着V634的两台涡轮会位于V形引擎上方——已公布图片中的排气位置也能映证这一推测。如此一来，引擎上方的空间将变得紧张，因此笔者推测雷诺可能不会使用单一的水冷中冷器，而是选择在侧箱中布置两个体积较大的风冷中冷器 (这可能也是雷诺将散热器布置得如此靠前的原因)。值得一提的是，由于选用了Mecachrome的引擎，Alpine A424将成为第一款也是目前唯一一款没有搭载本品牌发动机的LMDh赛车 (换句话说，除去装饰性设计，这台赛车上上下下看不到一点雷诺/Alpine的影子)。然而V634这台引擎的功率与稳定性水平也实在难以让人恭维，只能感叹雷诺竟真会落入无可用之兵的境地。



如前文所述，A424采用了品牌logo形状的尾灯来增加辨识度。这无疑是一个吸睛的设计，但也阻挡了后轮乱流的通道。因此A424需要将后轮拱下方区域也打开，让乱流可以顺场地流出轮拱。对比ARX-06，A424的后轮乱流将会更加靠近扩散器，理论上对扩散器气流的影响也会更大。调亮照片后，我们可以看见外侧隔板处存在两片折角小翼 (形似前轮拱俯冲板)，不过目前公布的官图并非赛车的最终版本，雷诺日后可能会在这一区域加装更多的翼片，减少乱流对扩散器效率的负面影响。

讴歌与雷诺 (Alpine) 都选择了Oreca作为其底盘供应商；而另一家拥有两个客户的底盘供应商是Dallara。Dallara是Oreca在IMSA的主要竞争对手：凯迪拉克DPi-V.R与讴歌ARX-05分别代表两家底盘供应商，统治了IMSA的DPi时代 (2017~2022)。因此我们有关Dallara阵营赛车的分析最好也从老客户凯迪拉克开始。




凯迪拉克的V-Series.R赛车一眼看去就与Oreca阵营大相径庭，这是因为Dallara阵营普遍采用了高鼻锥设计，同时使用前翼而非前扩散器作为前部下压力来源。V-Series.R的前分流器被视作第一级前翼，前缘呈现中间高两侧低的形状，目的也是为了摄取更多气流。第二级前翼为典型的勺形结构，两侧攻角大而中间部分向下凹陷。前翼下方的高速气流被引向赛车两侧，而翼面上方被抬升的气流则流向侧箱或车身上表面。鼻锥顶部与轮拱由一块较厚的盖板连接，起到控制前翼上表面气流流向的作用。


Dallara阵营的复杂设计似乎没那么好理解，我们不妨将Oreca阵营的前扩散器+鼻锥视作一个很厚的前翼，这样一来二者就能建立起对应关系。在高鼻锥+前翼的布局中，底层高速气流位于前翼下表面，流向车身两侧；中层低速气流位于前翼上方/鼻锥下方，流向侧箱或车身上表面；上层气流则位于鼻锥两侧/盖板上方。而低鼻锥+前扩散器布局的区别在于底层气流流经鼻锥/前扩散器底部，而中层气流则绕过鼻锥两侧。高鼻锥布局的优势在于可以将更多空气摄入车身中后部的底板下方——抬高的鼻锥与中间下陷的前翼为空气提供了一条额外通道；而这种复杂设计往往会在赛车中部带来更大的阻力。丰田GR010赛车就在三年内完成了这两种布局的切换：

来到V-Series.R的车身侧面，我们同样可以在侧箱下方看到前翼气流的出口。为了减少前轮乱流对前翼气流的影响，V-Series.R的前轮后方排气口位于侧箱上方，内部还具有纵向翼片梳理气流。


值得注意的是，V-Series.R的后轮拱具有一个特殊的上斜结构，这在LMDh中是独一无二的。这种上斜结构常见于2000年前后的LMP赛车中，很容易让人想起凯迪拉克北极星系列与奥迪R8，因此我们可以说这是一个展示凯迪拉克“钻石切割线”家族风格的装饰性设计。不过它同样会产生一些气动效果：长而直的轮拱与弧形的座舱构成了一个通向尾翼的气流通道，阻挡了车身上表面气流外溢。因此会有更多的空气更快地流向尾翼下表面，进而提高尾翼效率。这与法拉利F1-75“大浴缸”结构是异曲同工的。该结构的潜在缺陷也是较为明显的：低攻角、长尺寸的轮拱增大了车身上表面曲率，加速了轮拱上方气流，不利于赛车整体下压力表现。凯迪拉克与Dallara给出的解决方法是把后刹车进气口芳在轮拱顶端，配合上方的装饰性翼片，将这股高速气流全部引入后刹车通风管路中。总结来说，这是一个兼顾了复古与创新的设计，也是我们希望在一台LMDh身上看到的特质。

V-Series.R是唯一一台搭载自吸引擎的LMDh赛车。没有涡轮，没有中冷器，这意味着Dallara可以非常从容地布局机舱结构。凯迪拉克将电池与MGU冷却全部置于引擎上方，由座舱顶部进气道提供空气；LMC55R引擎两侧的空间被腾出，这让赛车的侧箱可以在引擎散热器后方快速收缩。于是我们可以看到，V-Series.R的侧箱与后轮拱之间具有一个通道，空气可以由此流入机舱，绕过驱动桥后从扩散器上方流出。这一类似与方程式“可乐瓶”的结构可以进一步提高后扩散器气流流速，提高扩散器效率。


需要注意的是，Dallara的上一代赛车 (Dallara P217、凯迪拉克DPi-V.R以及BR1 LMP1) 的侧箱后侧是封闭的；而这一代赛车 (凯迪拉克V-Series.R、宝马M Hybrid V8乃至法拉利499P) 都在可乐瓶区域留出了一个通道。这表明LMDh虽然可以追溯到DPi与LMP2，但并不意味着底盘供应商会受限于老旧的底盘而裹足不前。


以及不得不澄清的一个事实是，V-Series.R所搭载的LMC55R引擎虽然与LT6一样为DOHC 5.5L V8自吸引擎，但它并没有采用平面曲轴设计，而是使用了更加经典的十字曲轴。这是因为凯迪拉克官方希望他们的赛车拥有纯正的美式声浪。GM方面还宣称这台引擎将会是全新研发的，并且没有用任何“small-block”或“Gemini small block”来修饰这台机器，这进一步表明它与LT6或者LT4、LT1之间并没有太多联系。


与ARX-06相似的是，V-Series.R的后轮后侧下方也拥有一个外洗结构；而V-Series.R的后轮后方排气窗则是全尺寸的。车尾的格尼襟翼同样避开了排气气路，其中IMSA版本拥有三段襟翼，而WEC版本则缺少中间一段。

同样使用Dallara底盘的宝马M Hybrid V8 (你们阵营的破名怎么都这么长？) 虽然与V-Series.R分别由Dallara的两支独立团队开发，但其基本气动思路是没有任何差别的。


M Hybrid V8的分流器 (一级前翼) 与V-Series.R几乎完全一样，而二级前翼也具有中间低、两端高的结构。宝马非常巧妙地将品牌形象“大鼻孔”融入了赛车的前部气动设计，这让赛车尤其在夜间十分具有辨识度。


M Hybrid V8的侧面结构相比V-Series.R显得十分保守。前轮后侧排气依然位于侧箱上方；侧箱形状也十分平整；后轮拱也采用了经典的高攻角设计。我们可以看到宝马的侧箱下方有一块直立的导流板，这块导流板可以将更多气流导向后方的开口。只不过气流进入这个开口后并不能畅通无阻地流向后扩散器上方，而是需要经过混动系统的散热器；而这一区别只是M Hybrid V8与V-Series.R机舱布局差异的缩影。

宝马为LMDh赛车选用的是双涡轮增压的4.0L V8引擎，代号P66/3。这台引擎基于曾为DTM服务的P66引擎打造，同讴歌AR24e一样采用“冷V”布局，但冷却结构却与ARX-06大相径庭。Dallara单体壳的后方有两根碳纤维管保证后方结构刚性，这让宝马无法在引擎上方安装一个紧凑的水冷中冷器。因此宝马只能选择在引擎散热器后方安装一对风冷中冷器，这让M Hybrid V8的侧箱更加臃肿。如前文所述，宝马还将混动系统散热放在了后轮内侧，这导致可乐瓶区域的空气虽然还能流向后扩散器上方，但因为有中间商赚差价，空气的流速会大大降低，对后扩散器的下压力加成也会因此减弱。总而言之，M Hybrid V8的机舱布局无时无刻不透露出一种“拧巴”的感觉——设计中冷器和加强管撞了，设计可乐瓶和散热器撞了。如果给宝马一次重来的机会，他们会不会选择其他的底盘供应商呢？


M Hybrid V8相比于前三台赛车还有一处不同：它的背鳍前端拥有一处“豁口”。这个缺口允许少部分顶层空气在赛车过弯时越过背鳍，可以适当减弱赛车的转向不足特性。这一设计在我们接下来要讲述的两款赛车上会以更加夸张的方式呈现。

我们目前已经将Oreca与Dallara两大阵营的LMDh赛车全部分析完毕。这些赛车相较于DPi或LMP2赛车有所创新且具有更多民用车特征，但从它们身上都能看出前代赛车的影子；而Multimatic阵营与Ligier阵营的赛车则普遍具有更加激进的设计。我们不妨从测试最早、话题度最高、最具争议的Multimatic-保时捷963开始讲起。


在正式聊起963之前，我们不妨简单梳理一下这台赛车的谱系与背景。提供底盘的Multimatic是一家来自加拿大的年轻的赛车技术公司。他们的主业是为GT赛车提供技术支持，但同时也渴望积累完整的原型车设计制造技术。当ACO与IMSA分别公布了LMP2新规与DPi组别规则后，Multimatic看到了机会——他们联合拥有丰富原型车设计经验的美国赛车技术公司Riley共享了一个底盘供应商名额。在这项合作中，Multimatic负责LMP2赛车Riley Mk30与DPi赛车马自达RT24-P的底盘和空气动力学设计，同时帮助马自达在IMSA的运营；而Riley则负责两台赛车的机械部件设计，并且负责在WEC以及ELMS运营Mk30赛车。接下来就是大家较为熟悉的故事了：两台赛车在2017年的表现都比较拉胯，Mk30完全无法与版本之子Oreca 07相抗争，而RT24-P在IMSA的表现甚至不及Mk30。面对困难，Riley选择顺应市场选择退出竞争；而Multimatic只能和马自达硬着头皮死磕。好消息是，RT24-P在之后的几年逐渐拥有了竞争力，而Multimatic也因祸得福，不但积累了大量原型车设计/升级经验，也在与Riley的合作中逐渐占据主动权。这最终让Multimatic独立地享有了LMDh底盘供应商的身份，而保时捷963则是Multimatic完全独立运营后设计出的第一台 (也是目前唯一一台) 原型车。


说回赛车本身，事实上Riley Mk30与Dallara P217、马自达RT24-P与凯迪拉克DPi-V.R之间的相似度非常之高，因此963的气动思路也与Dallara阵营的LMDh赛车大同小异。这一点从赛车前部就能看出：963保留了前代赛车的高鼻锥设计，同样使用两片前翼制造前部下压力。在细节方面，963前翼上下的气流通道相比Dallara阵营更小，翼片攻角也更小，这说明963的设计概念更加偏向于【低阻力】而非【高下压力】。



侧面设计是963与前代赛车以及Dallara阵营之间最大的区别。LMP2、DPi以及其他LMDh赛车都选择将散热器与侧箱进气口前移，同时将侧箱下方的空间让出，供前扩散器/前翼气流流出；然而保时捷却选择让侧箱完全撤出赛车前部。963的侧箱进气口完全位于前翼排气口之后，这意味着前翼气流不单可以流向赛车两侧，也可以直接进入巨大的侧箱进气口。侧箱的后移还允许963将侧箱盖板延伸得足够长，以减少气流上洗的距离，降低阻力。而当我们观察963前轮拱时，会发现它并没有在前轮拱后方设置乱流排气窗，想必这也是为了减阻而进行的权衡。作为补偿，它的前轮拱上方排期窗口则拥有很大的面积。

主观上来说，963后移侧箱的设计或许受到了919的影响；而从技术上讲，这一设计与963紧凑的机舱布局密不可分。保时捷选择引擎的套路与雷诺、宝马类似，但他们的引擎历史要长的多。963所采用的4.6L V8双涡轮增压引擎 (代号9RD) 引擎可以视为918搭载的的M18.00引擎外加一对涡轮，而M18.00引擎又来源于RS Spyder赛车搭载的MR6引擎。与A424搭载的V634一样，9RD也是一台“热V”引擎，它的涡轮位于引擎上方。不过保时捷依然设法在涡轮前方塞入了一个小巧的风冷中冷器，这主要得益于引擎在自然吸气条件下产生的功率已经足够大，因此涡轮只需在0.3bar的低增压值下运转，不会产生过大的散热需求。如此紧凑的结构允许保时捷将散热器向后放置，这不单让赛车可以实现更靠后的侧箱设计，也让赛车轴荷更加靠后，与赛车前部较低的下压力相平衡。


此外，963的后刹车通风进气口是一对位于车身上表面的NACA导管，这种非迎风式设计的目的自然也是为了减阻；与之对应的是，赛车的后轮拱也具有较低的攻角与较小的迎风面积。963的背鳍上有一个非常醒目的缺口，其作用我们在前文已经做出了解释。可以看出，963虽然是一台与北美赛事关系更密切的LMDh赛车，但其设计思路还是勒芒原型车骨子里的【减阻】。如此一脉相承、底蕴深厚的赛车，想必已经在百年勒芒取得好成绩了吧（无慈悲

我们最后要讨论的赛车是Ligier阵营的兰博基尼SC63。我们首先依然需要梳理一下这台赛车 (或者说Ligier赛车) 的谱系发展。


虽然Ligier在名义上是四家底盘供应商中历史最为悠久的，但我们在近十年看到的Ligier赛车大多都出自Onroak之手。Onroak是一家比Multimatic更年轻的团队，但这家公司自2009年诞生起便继承了Pescarolo的衣钵，拥有制造Pescarolo 01赛车的全部技术。在此基础上，2012年Onroak与摩根合作打造了Morgan LMP2，而在2014年借Ligier之名打造了全新的Ligier JS P2赛车。这台赛车摒弃了Pescarolo 01的低鼻锥设计，可以算是此后Ligier-Onroak原型车的鼻祖。2015年Ligier-Onroak成功进入了下一代LMP2与DPi供应商名单，Onroak也在JS P2的基础上设计出了JS P217以及日产Onroak DPi赛车。在此之后Onroak并没有像Multimatic顶替Riley一样顶替Ligier，相反，他们在2018年选择完全并入Ligier公司，这也是我们在今天几乎不再能听到Onroak名字的原因。



完成重组后的Ligier接到的第一单生意并非兰博基尼LMDh，而是协助标致打造LMH赛车。毫无疑问的是，Ligier在9X8上 (相比JS P217) 做出的创新，一点不比当年Onroak在JS P2上 (相比Pescarolo 01) 做出的创新更少。这就导致了更晚诞生的兰博基尼SC63赛车同时继承了两代赛车的特性，这一点我们会在接下来的分析中详细叙述。