探秘纳斯卡(NASCAR)赛车安全性

　　引言

　　全国汽车比赛协会(national association for stock car auto racing,nascar)的赛车因接近汽车工程的物理极限而令人惊异。打造这样一部赛车是一项非常精细的任务，需要数十位设计师、工程师和机械师付出数百小时的努力，最终才能在赛道上呈现其完美形象。车手们会尽情展示其高超车技，在椭圆形赛道上，以令大多数人瞠目的速度驾驭这个1.5吨重的钢铁精灵。对许多人来说，能坐在这样一部定制的梦幻机器中亲自操控方向盘始终令人神往。

　　凭借发动机罩下750马力（552千瓦）的强大动力，这些赛车能够达到超过322公里/小时的速度。但是，如果你看到它以289公里/小时的速度在超级赛车场上失控翻滚并径直冲向混凝土防护墙，感觉又会怎样？而这些却是职业赛车手必须严肃面对的事实。当然，七次nascar冠军得主dale earnhardt在2001年dayton a500赛事中的意外身亡使每个人都对职业赛车运动的危险性有了更深刻的认识。对于一辆配备了安全气囊和安全带的普通汽车来说，在以56公里/小时的速度撞向混凝土墙时，车内人员的安全可以得到保障。但在290公里/小时的速度下，汽车和车手的能量将超过上述情况下能量的25倍以上。

　　只有当这些能量都被吸收后，汽车才会停止。这是一个令人难以置信的挑战，但是那些赛车通常都能够神奇地将其化解掉。在本篇网站文章中，您将了解nascar赛车手是如何在如此众多事故中安然无恙的，以及为了防范未来的致命赛车事故，目前正在开发哪些新的安全装备。纳斯卡（nascar）赛车一辆nascar赛车实质上是一个由薄金属板覆盖的高强金属管骨架。赛车上配备了各种安全装备，这些装备是多年来吸取车手致死、致伤事故和灾难的教训开发出来的。让我们先来看看赛车是如何保护车手的。

　　防滚翻保护架节流板出于安全原因配置的一个nascar赛车发动机部件现在被指为是引起比赛中许多连环事故的原因。nascar的超级赛车场（包括daytona和talladega）使用了节流板以降低车速。在下一节中可了解有关节流板的更多信息。在碰撞中生存下来的关键是赛车能够尽可能缓慢地卸掉施加到车手身上的能量。普通汽车基于这一思想设计了许多安全装备。普通汽车的结构体可以溃缩以吸收大量能量，从而使得诸如安全带和安全气囊等其他安全装备能有更多时间来使车手的身体减速。 nascar赛车也使用了某些相同技术。

　　其车架由三部分组成：
　　1、前夹
　　2、后夹
　　3、中间部分（包括防滚翻保护架）

　　前夹和后夹由较薄的钢管制成，因此在与其他赛车或墙体相撞时会发生溃缩。中间部分设计为具有较高强度，足以在碰撞过程中保持其完整性以保护车手。前夹可以伸缩，还可以在发生事故时将发动机推出车底，而不是推向车手座舱。座椅座椅承担着多项重要职责：
它必须将车手保持在赛车的防滚翻保护架内。在发生碰撞时，它必须使车手与任何硬物不发生接触。它必须通过弯曲吸收部分碰撞能量。过去，曾发生过多起车手仍在座椅内但被一起抛出车外的死亡事故。为解决这一问题，现在nascar的规则要求座椅在多个点处直接与构成防滚翻保护架的钢管结构相连；有些时候，该保护架是碰撞后唯一保持完整的部分。座椅的形状也非常重要。nascar赛车上的多数座椅都会包裹车手的胸腔。这在发生碰撞时提供了一定支撑，可将荷载分布到整个胸腔，而不是集中在一小块区域。有些新型座椅还会包裹车手肩部以提供更好的支撑，因为肩膀的承受力比胸腔要大得多。 

　　nascar赛车中的座椅。注意看它如何紧紧包裹车手的胸腔和肩膀。安全带在碰撞过程中，安全带和座椅将车手身上的大部分能量传递给赛车。在普通汽车上，安全带在发生碰撞时会伸长，从而减少了施加到驾驶员身上的力，使驾驶员能有更长一点的时间来降低身体的速度。但在nascar赛车上，座椅安全带的强度要大得多—它们会紧紧将车手留在座椅内，因此车手的身体会随赛车一起减速。 nascar赛车上使用的安全带是一种五点式安全带。两条束带从车手肩膀绕下，两条束带绕过腰部，最后一条从两腿之间绕上。这些束带由很厚的尼龙填充织带制成。它们的强度比普通汽车上的安全带要高得多。最近，因严重的头颈损伤导致了多起死亡事故。由于希望防止这类伤害，nascar将要求使用一种经认可的头颈约束装备。2001年10月，nascar官员强制要求温斯顿杯系列赛、nascar busch系列赛或nascar craftsman truck系列赛的所有参赛车手使用头颈约束系统。

　　车窗防护网赛车上的车窗开口覆盖了由尼龙带制成的防护网。这种尼龙带可防止碰撞中车手的手臂甩出车外。碰撞中的回馈力非常大（可达重力的50-100倍），车手根本无法控制其手臂的位置。这在赛车发生倾倒并翻滚时尤其危险。覆盖赛车车窗的防护网用于防止发生事故时碎片进入车内以及车手手臂甩出车外。防护网还有一个快卸功能，使车手能够轻松将其摘除。车顶襟翼1994年，nascar引进了车顶襟翼—一种用于防止赛车腾空并翻滚的安全装备。在此之前，当赛车以较高时速（324公里/小时以上）回旋滑行时，一旦回旋角度达到140度左右，赛车通常就会腾空。

　　在这样一个角度下，赛车的形状很像一个翅膀并会与风产生作用。当赛车回转140度左右时，其形状非常类似于一个翅膀。如果赛车的速度足够高，就会产生足够的升力将赛车抬起。为防止出现这种情况，nascar官员开发了一套隐藏在车顶凹槽中的襟翼。经过风洞试验，nascar确定最低压力区域位于车顶后部靠近后车窗的部位。当赛车达到可产生显著提升力的角度时，襟翼上方的低压会将其吸开。第一个打开的襟翼与赛车中线成140度角。该襟翼打开后，会扰乱车顶上方的气流，消除所有提升力。该襟翼的前方会形成一个高压区。此高压空气流经连接至第二个襟翼所在凹槽的管道，使第二个襟翼张开。

　　第二个襟翼的方向与中线成180度角，用于确保在赛车回转时继续消除提升力。完成回转后，赛车的速度通常会回落到不再产生提升力的水平。车顶襟翼使赛车在回旋时能保持在地面上。这样，轮胎便可以在地面上滑动，与地面发生摩擦并降低速度，从而有可能使车手重新获得对赛车的控制即便不能，至少在发生碰撞之前速度也会有所降低。挡风玻璃nascar赛车上的挡风玻璃由lexan制成，这与战斗机舱盖中使用的是同一种聚碳酸酯材料。这种材料的强度非常高，同时又具有令人称奇的柔韧性。实际上，这种柔韧性恰恰是其高强度的来源。当有物体撞向lexan挡风玻璃时，不会将其击碎。相反，撞击物会使挡风玻璃产生刮擦或凹陷，或者嵌入到挡风玻璃中。 nascar赛车的挡风玻璃由lexan制成，与防弹玻璃使用的聚碳酸酯材料相同。

　　挡风玻璃通常由相对平整的三块lexan制成。每块都由一个与防滚翻保护架结为一体的框架提供支撑—这使得挡风玻璃的强度足以抵御较大物体。lexan挡风玻璃的缺点是它很容易产生划痕—用指甲都能划出一道痕迹。裸露的挡风玻璃在每次比赛后必须换掉，因为赛道上的沙尘和石块会在上面产生许多划痕。但nascar的车队没有更换它们，而是为挡风玻璃覆上一层比lexan硬度更高且像玻璃一样清澈的胶粘膜。这样每次比赛过后，就可以只剥掉并更换该粘膜，而不会在lexan上留下任何划痕。有些车队会一次覆盖多层粘膜，然后在比赛过程中每次剥掉一层。油箱在二十世纪五十年代，nascar赛车使用的油箱与用于改造成赛车的普通车辆的油箱相同。有时还会使用木框加固，因而经常会发生泄漏和失火。今天的83升油箱（也称为燃料电池）具有内置的安全功能，可大大减少其发生破裂或爆炸的可能。燃料电池具有一个钢质外层和一个硬塑料内层。

　　燃料电池位于赛车后部，由四个撑杆固定，以防止其在发生事故时飞出。燃料电池中填充了泡沫，可减少燃油的喷溅，并且由于减少了电池中所含的空气，从而降低了发生爆炸的可能性。即使燃料电池发生内燃，泡沫也会吸收爆炸能量。赛车还备有单向阀，如果发动机与车辆分离，它会切断供油。节流板一个出于安全考虑而配置的nascar赛车发动机部件，现在被指为引起比赛中许多连环事故的元凶。nascar的超级赛车场（包括daytona和talladega）使用了节流板以降低车速。在adam petty与kenny irwin在两个月内相继于同一条赛道上遭遇意外后，new hampshire国际赛车场最近也加入到为数不多的使用节流板的队伍之中。节流板是一块方形铝板，上面钻有四个孔。孔径由nascar决定，一般在2.2-2.5厘米之间。节流板放在化油器与进气歧管之间，以减少输送到发动机燃烧室的空气和燃油，进而降低马力和车速。节流板措施于1988年开始实施，之前发生过bobby allison以338公里/小时的时速撞向隔离围栏的事件，危及数百车迷的生命。

　　此外在1987年，bill elliott以343公里/小时的时速创下了单圈赛道记录。有人相信，如果不使用节流板，由于过去几十年里空气动力学的改进，nascar赛车可以在超级赛车场上以超过362公里/小时速度飞驰。虽然nascar官员强调节流板是防止像allison那样的高速事故所必需的，但许多车手却抱怨节流板导致了许多连环事故。节流板将时速降低了约16公里，当他们以306公里/小时的速度你追我赶时，会有40多辆赛车拥挤在场地上。如果其中一辆车发生碰撞，通常会导致多辆车连环相撞。车手的装备nascar缺乏许多其他赛事系列拥有的安全措施，包括某种类型的安全委员会、一位医疗或安全负责人或者一个出现在每次比赛中的稳定的流动安全小组。nascar赛车手必须自己承担安全重任，尽可能保障自己的安全。即使在正常的街区道路行驶条件下，依然很有可能发生事故并造成巨大伤害。在房车赛事中，出现严重伤害的几率会更高，因为这些赛车在与其他赛车或防护墙相撞时的力量要大得多。

　　这是因为nascar赛车比传统车辆更重，运动速度更快。在开始比赛之前，nascar赛车手会穿上多件防护装备，以便能够在发生事故时提供人身保护。这些装备提供了从头到脚的保护，甚至是赛车失火时的防火保护。头盔在发生事故时，头部可能是身体最易受伤的部分。虽然车手的身体包裹得非常紧，但头部可能会无法控制地猛烈摇晃。头盔用于化解施加在整个头盔上的撞击能量，并防止碎片刺入头部。每位nascar赛车手都必须佩戴某种类型的头盔。多数车手使用全罩式头盔，它可包裹整个头部并护住嘴巴和下颚。还有一些车手使用开脸式头盔，这种头盔只护住头部。使用开脸式头盔的车手通常会佩戴防护镜。他们说全罩式头盔会限制他们的视野。

　　多数车手使用这种全罩式头盔根据头盔制造商的解释，他们的赛车头盔由三个部分组成：
　　1、外壳
　　2、beadall垫层
　　3、内衬、填料和五金器件
 
　　一旦外壳设计获得认可后，就会为该特定头盔制作一个定制的镍模。外壳的制作首先从一层薄薄的凝胶涂层开始。然后向外壳添加一种特殊树脂，这种树脂由多种玻璃纤维、碳纤维、凯芙拉和其他特殊纤维组成。它们组合在一起就构成了一个坚固、光滑的外壳。紧贴外壳之下是beadall垫层，该垫层是位于头盔顶部的一种特殊泡沫层。该垫层的作用是吸收外壳未能吸收的能量。它由聚苯乙烯或聚丙烯制成。多数头盔内衬的外形尺寸与外壳相称，由尼龙或nomex制成。nomex是由杜邦生产的一种特殊耐火材料。它不会融化、滴落、燃烧或助燃。头盔还配备了面颊垫、下颚束带和遮阳板。遮阳板由坚硬的lexan塑料制成。lexan因其在防弹玻璃中的应用而广为人知，它也用在nascar赛车的挡风玻璃上。

　　所有头盔都需要经过某种测试，然后才被认可为能够为高速赛车运动提供足够的安全保护。snell memorial foundation是一家为赛车头盔制定非官方标准的独立组织。为测试赛车头盔的抗撞击性能，snell将头盔放到一个金属的头部模型上并让其掉落到各种类型的砧座上。如果冲击金属头的峰值加速度超过300g，或重力的300倍，则属不合格。人们很难想像如此程度的撞击是怎么样的—经测量，以48公里/小时的速度正面撞向混凝土墙的撞击加速度为80g。赛道上的多数撞击在50到100g之间。对于一个体重72千克的人，100g的撞击相当于在他身上施加7,257千克的重压。防火服或许最能起到标志作用的nascar赛车装备就是车手的赛车服了，那上面布满了车队赞助商的标志。这些赛车服几乎就是车手本人的标志。虽然我们中的大多数人都只将赛车服视为一个移动广告牌，但实际上，它对保护赛车手的安全是非常重要的。

　　布满商标的赛车服可以防火赛车服由proban材料或与赛车手头盔内衬相同的nomex材料制成。如前面所述，nomex是一种耐火材料，可避免赛车手和工作人员被维修区中的快速燃烧的火或事故所引起的大火烧伤。与其他耐火材料不同，nomex的耐火性不会因洗涤或长期穿着而消退。 nomex被制成一种织物材料并用来制作赛车手身上的赛车服、手套、短袜和鞋。nascar中最常见的伤害之一是赛车手的双脚被来自发动机的热量灼伤。这些赛车服被划分为不同等级，用以确定它们保护车手免受汽油燃烧导致的二级烧伤的临界时间；汽油的燃烧温度可达982-1,148摄氏度。这种分级由sfi foundation提供，sfi foundation是一家制定各种赛车装备标准的非盈利组织。sfi的分级范围为3-2a/1（3秒保护）到3-2a/20（40秒保护）。

　　赛车手的另一种安全防护装置是hans装备。有关它的利弊仍存在争议。下一节我们将介绍hans装备的用途以及有关它的争论。头颈支撑系统(hans)自2000年5月以来，已经有四位nascar赛车手命丧赛车道，他们是adam petty、kenny irwin、tony roper和dale earnhardt sr。所有这些赛车手都是因为赛车正面撞向防护墙导致颅底骨折而身亡。有人认为这类伤害是由于赛车手的头部在车内没有固定而其身体却绑在座椅上所致。受重伤乃至死亡的危险促使六位nascar赛车手在2001年的dayton a500赛事上试用了一种称为头颈支撑系统(hans)的新装备。该装备是由密歇根州立大学的工程学教授robert hubbard博士和前imsa赛车手jim downing共同开发的。hans装备旨在减少碰撞过程中因头部的无约束运动而造成伤害的几率。 

　　hans装备是一种由碳纤维和凯芙拉制成的半硬颈圈，通过赛车手身披的安全带安放在其上半身上。颈圈上两个灵活的系带与头盔相连，以防止在事故过程中头部猛然前倾或侧歪。该设备重约0.68公斤。医生们说，目前还不清楚hans装备能否挽救earnhardt的性命，但人们相信该设备在2001年1月挽救了一位cart赛车手的生命。当时在做赛前练习时，bruno junqueira的赛车完全失控，以322公里/小时的速度撞向混凝土墙。 junqueir a当时戴着hans装备，他居然从汽车残骸中走了出来，毫发无损。 nascar官员曾经表示，nascar赛车与cart赛车不同，他们并不确定该装备对于nascar赛车手是否同样有效。车手们（包括earnhardt）曾抱怨说，该装备太笨重，会限制他们的移动，并会使他们在出现紧急情况时难以从车内脱身。

　　hubbard/downing inc.公司表示，就在2001年dayton a500开赛的数周前，他们每天还只生产3-4件这种头盔，但是在earnhardt出事后的几个小时之内他们就收到了将近40份订单。福特公司表示会为车队任何愿意戴上这种头盔的车手购买hans装备。2001年10月，nascar官员强制要求任何参加温斯顿杯系列赛、nascar busch系列赛或nascar craftsman truck系列赛的所有赛车手使用经认可的头颈约束系统。纳斯卡（nascar）赛道nascar每年在二十多条赛道上举办赛事，并且没有两条赛道是相同的。这里面有椭圆形赛道、三椭圆赛道、四椭圆赛道和公路赛道。还有短赛道、赛车场和超级赛车场（0.8-4公里长）。没有两条赛道是相同的，但多数赛道都有一个共同特征—混凝土防护墙。 

　　位于弗吉尼亚州martinsville的martinsville赛车场作为nascar巡回赛的一部分已经有超过50年的历史。其中设置的混凝土墙用于封挡失控的赛车。但是，正如我们已经看到的，混凝土墙不会吸收任何能量，从而使得发生在它上面的任何一次撞击都存在致命危险。多数命丧赛道的nascar车手都死于与这些墙的撞击中。一项使赛道更安全的建议是采用吸能式墙体，或称“软墙”。软墙的类型软墙通常由某种可压碎的材料制成，这种材料可以吸收高速赛车的撞击力，使之分散于整个材料中。在nascar赛道上广泛采用软墙可能仍需几年时间。但是，至少有一条赛道已经将少部分混凝土墙替换为软墙。

　

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