简单的回答是同作为翼型, 它们都有作用, 但是需要足够的速度, 以及足够的表面积来发挥这个作用.
F1方程式的尾翼是为了产生向下的压力压住车子, 好让轮胎增加摩擦力, 因为在F1运行的速度上, 空气会产生大量的湍流使得赛车变得难以掌控, "飘起来"
于是乎, 为了增加车的抓地力, F1方程式其实增加了两个翼: 车前翼和车尾翼.
空气由前方一个合理的切角进去, 经过车身, 再在后方的尾翼出产生向下的压力, 只有这前后两个力的协同作用, 才能把车压得死死的, 不然的话, 车头会翘起来的.
那这些翼到底是如何工作的呢?
结合
@Yi Chen 在评论里的讨论, 于是在此进行更正:
扯开去说一点: 伯努力方程在尾翼（或机翼）空气动力学中不适用。-- 与其说是不适用, 更准确地说是由于它的简化而必须谨慎使用. 对于流体里有大量vortices的情况, 势流理论不适用, 伯努利原理也就不适用, Yi Chen所说, "边界层不分离，剩下的升力产生完全是伯努力原理。"完全正确, 比如Fig 8中第一个角度的情况..但并不与涡流角度的理解冲突, 你既可以去用外部势流的角度解释问题, 也可以从vorticity flux的面积分的角度求body force, 但是哪一个更准确呢? 我当然认为是考虑了漩涡的有漩流, 而非无粘无漩的势流了.
与伯努利方程告诉我们的不同的是, 在真正的空气动力学中, 产生压力或者drag force的是边界层涡旋(boundary layer vortices) <-- 这里感谢 @马拉轰 的讨论, 鉴于知乎是一个分享"知识"的地方, 我把原来那个不准确的词换成这个更对的说法.
那boundary laye vortices和他们的动态又是怎样的呢? 举个例子[1], 这是数值模拟的大量的涡粒子在机翼上形成, 并随后运动到机翼后面的流体中去的一个样子:
动图戳此 [2]
关于边界层效应, 一个很启发式的想象是: 如果你在机翼表面测速, 速度应该是等于机翼运行速度的, 可是如果你在离机翼表面一个很小的delta以外的距离测速, 速度就是等于空气速度的, 这其间很小的距离里形成了一个很薄的shear motion层(我不知道中文是什么...), 这其间, 空气分子最方便的通过形式便是旋转. 一个的滚动带动了周遭的滚动, 于是产生了超多小漩涡的涡流.(湍流)
很庆幸的是, 由于这种涡流的存在, 使得在空气或水流中运动的物体有了实实在在的阻力. 此时, 一个物体所受的力道正是涡旋叉乘速度沿着表面的积分(这也就是为啥我说需要足够的表面积). 正是这种阻力的存在使得机翼在空气运动中实实在在地被空气"托"了起来. 而这种托举的力道, 除了跟形状有关外, 最大的关系乃是在速度和角度, 比如[3] .
我们可以注意到, 在较小的倾角时,其实边界层不强, 也没有什么托力的. (Yi Chen：“这句话有问题吧，最后一幅图讨论的是湍流度对分离的影响，那里的翼型是一个对称翼型，在没有迎角的时候边界层完全附着，只是形状决定了没有环量和升力” -- 部分同意, 不过我要指出的是, 即使是这种对称翼型, 在有倾角的时候一样能产生升力, 你可以从两个角度来解释, 不过他们是等价的: a) 此时的势流有压差造成的升力. b) vorticity flux等term沿着表面的积分施加了一个body force. see :
至此我们不难想象: 要产生足够的托力或者压力, 我们不但需要够大的表面积, 还需要良好的角度, 以及足够快的运行速度. 尾翼(配合前翼)只对赛车那样的速度有作用, 对普通汽车, 一点作用也没有.
一来不够快, 二来不够大, 三来角度也不对.......当摆设还嫌它难看呢.....
----有人问----
还是没说明白临界速度本质是什么。 所以我说完原理却没有给参考不是么, 那么作为参考, 民用飞机一般在0.8到1.2马赫之间 1 马赫等于一倍音速. F1赛车则达到0.3马赫. 在这里(1马赫数以下或左右一点儿)我不认为有什么临界速度这个概念, 你只要有速度, 有翼, 有角度, 都会有那么一丁点的升力压力之类的, 但关键是这个力是否足够大, 大到你能明显感觉到尾翼的作用呢? 那么作为参考就是, 你需要在0.3倍音速上行驶, 然后有那么大面积的前翼和尾翼, 并且像F1赛车全碳纤那么轻, ......
[1] Mark Stock,Modeling Rotor Wakes with a Hybrid OVERFLOW-Vortex Method on a GPU Cluster.
[2] Yusik Kim Wind Turbine Blade Flow in Abnormal Environments.
[3] Shao-wu LI et. al. Effect of turbulence intensity on airfoil flow: numerical simulations
and experimental measurements
