此前看航空的几期文章中，集中讨论了F1赛车从过去到现在设计制造的核心理论依据——空气动力学。不论是作用于前后翼，还是依托地面效应，F1赛车的“贴地飞行”都依托于“空气动力学”这双看不见的大手。
而这一切的实现则需要通过大量的风洞测试、复杂的计算流体力学（CFD）软件来进行分析和运算。
在F1赛车发展的早期，空气动力学测试主要依靠赛道测试，既耗时又受条件限制。工程师团队只能在比赛间隙收集相关数据。而这种试验和改进方式，不论是测试的时长、还是测试的效果与获得数据量等，都无法支持车队选择更好的配置和设计，也令设计师无法根据前几场比赛的表现来及时调整优化赛车的性能。
因此，F1车队的工程师团队已经认识到，需要找到一种更可控、更高效的空气动力学测试方法。
风洞吹出来的F1赛车
20世纪60年代末开始，在航空航天领域得到成熟应用的风洞被引入F1赛车设计领域。莲花车队成为第一支采用风洞技术的车队，莲花49B赛车就在开发中用到了风洞。
至此，风洞成为车队尤为重要的赛车实验室。与航空领域的“飞机设计成什么样，是风洞吹出来的”类似，F1赛车长什么样，也是如此。
F1赛车是一项高性能赛车运动，需要先进的工程技术才能获得竞争优势。而这样的“工程技术”在航空领域已有积累，比如风洞技术。
风洞在航空领域的应用可追溯到莱特兄弟时代。早在1901年，莱特兄弟就用风洞对200多种翼型进行了初步测试，并从中遴选出57种做进一步测试研究。
风洞的工作原理是在受控环境中模拟F1赛车，在赛道上要经历的各种空气动力学条件。风洞测试中，缩比的F1赛车风洞测试模型（真车尺寸的60%或50%）会由机械臂垂直和水平固定，以模拟汽车在不同方向上的运动，同时赛车模型的车轮还会在传送带上高速旋转，以便能真实模拟空气流经车轮、赛车的情况。
与飞机风洞模型在风洞中的测试不同，风洞中F1赛车模型的轮子是在传送带上高速旋转的。
风洞启动后，强大的风扇会在模型周围产生高速气流，一系列传感器、测试设备会测量记录下作用在模型上的空气动力数据，供F1赛车工程师团队来分析、优化赛车的设计。
通过风洞，团队能够对包括前后翼、扩散器和侧舱在内的各部件进行试验，试验各种气动外形、机翼配置和其他空气动力学元件，以找到可靠、有效和高效的设置，找到空气动力学效率、下压力与减阻、冷却等之间的完美平衡。
空气动力学在F1赛车中的研究和应用，使工程师能够不断突破F1赛车速度和性能的极限。
风洞是强队的技术护城河？
因此，风洞的测试能力如何，也在很大程度上决定了F1赛事中各车队的实力与排名。但时至今日，风洞的使用在F1赛事中一直存在着多方面争议。不过，争议的核心并非技术因素，而是因为“烧钱”——风洞的建造和使用需要花费高额成本。
红牛车队在英国贝德福德的风洞。这是1947年英国政府兴建的由4座风洞构成的风洞群中的一座低速风洞。这座风洞的最初用途是用于飞机起降阶段的测试。如今红牛车队宣布建设新风洞，预计2026年竣工。
这组70多年前英国兴建的风洞群可以模拟80英里/时（129千米/时）至5马赫的风速。曾在这里接受吹风的机型包括“狂风”战斗机、“协和”超声速客机，以及相对小众的喷气-火箭动力的桑德斯·罗伊SR53截击机，停留在风洞阶段的乘波体设计的5马赫运输机等。
据估计，一支车队的风洞一年仅电费成本就超过1百万英镑，F1赛事的10支车队，光这项花费就是1千万英镑。同时，还有不菲的运行、维护成本，赛车风洞测试模型的制作成本等。虽然这方面的成本无确切数字，但外界估计是500万英镑起步。
对于没有自家风洞的车队来说，风洞的租用成本也同样不低，通常是每天约2.5万英镑。所以，F1车队每年在风洞上的投入也引发了外界对这项赛车运动的担忧：一方面，这样的“烧钱”可能会影响赛事参与者的财务状况，另一方面，各车队因财力差异、在风洞测试上投入多寡，也可能造成赛车性能的“两极分化”。
风洞测试的成本中，相当一部分来自制作赛车的风洞测试模型。如今普遍采取快速原型技术、3D打印技术来完成这些模型的制造——这方面的技术，也正在航空制造领域方兴未艾。
对于后者，F1赛事监管机构的国际汽车联合会（FIA）已经在2021年对风洞的使用时长做出了限制，即空气动力学测试限制（ATR），限制强队的风洞测试时长，为排名较低的车队提供更多的风洞测试时长。
但排名靠前的强队依然有巧妙的方式能绕过这一限制进行风洞测试，或者兴建自家的新一代风洞。甚至，一度有传闻表示，FIA可能在2030年起规定，要以计算流体力学（CFD）软件全面取代风洞测试。
退一步来说，即便CFD能全面取代风洞试验，运行CFD软件的超级计算机系统同样会是不小的开支，同样可能让车队因财力多寡而拉开差距。
但未来一段时期，风洞之于F1赛车的开发依旧是无可替代的存在，即便已经引入了计算流体力学（CFD）软件。
后者的确能够相对降低机队成本：目前的应用已经证明该软件能削减风洞测试时长、降低赛车的开发和测试成本，缩短产品开发时间，“但是F1赛车有如此多的交互作用和如此多的复杂问题需要工程师团队不断解决，而CFD目前还无法做到这一点。”
新材料：从航空到F1赛车
20世纪40年代，玻璃纤维增强的复合材料成为航空领域最早应用的第一种轻质复合材料，它被用于飞机的整流罩、襟副翼、机头和驾驶舱部分等，这是航空复合材料技术发展的序幕。
到20世纪70年代中期，一系列以碳纤维为“增强体”的高性能复合材料诞生。由于其具有其他材料无可比拟的高比强度（强度比密度）、高比刚度（模量比密度）性能、对疲劳和腐蚀的敏感性也更低，它们被用于制造尺寸更大、更复杂的航空零部件。这是航空领域真正革命性的新材料。
F-35的复合材料使用比例总体在35%上下，以“碳纤维”为主。下图为，作为洛马供应商的奥尔巴尼工程复合材料公司（AEC）生产的F-35复合材料机翼蒙皮。
F1赛车与这款航空新材料的首次“邂逅”发生在1981年F1赛季上的迈凯伦MP4/1赛车身上，这是第一台在F1大奖赛上登场的、完全由碳纤维复合材料制成的单体壳赛车（在其之前有碳纤维复材打造的赛车莲花88，但该车未能参赛）。
背后的故事是，工程师约翰·巴纳德（JohnBarnard）在参观英国发动机厂商罗·罗工厂参观时，看到了罗罗RB211涡扇发动机上使用碳纤维复合材料制造的风扇叶片，自此领略了碳纤维复材的巨大潜力。
RB211风扇叶片最初是由碳纤维复合材料（Hyfil）制成的，使用这种材料可以显著降低重量和转动惯量。但最终因技术难题改为钛合金材质。
以碳纤维复合材料来打造F1赛车，是因为工程师发现该材料比此前采用的铝制材料更坚固、更轻。虽然起初一些人担心碳纤维复材在赛车碰撞中可能更加易碎，但最终复合材料的可靠性在围场内得到了检验：在严重撞车事故中车手毫发无伤。
F1赛事上的首款碳纤维复合材料打造的赛车，迈凯伦MP4/1赛车
与复合材料同期，航空领域兴起的另一种新材料是钛合金。钛合金因具有强度高、质量轻、耐蚀性好、耐热性高等优点而被冠以“21世纪金属材料”之名。用钛合金来造飞机始于20世纪50年代，待第三代战斗机陆续亮相，钛合金的使用已经普遍占到结构重量的20％～25％。
在航空领域获得广泛应用的钛合金，在F1赛车上突出的应用是自2018年赛季以来，成为F1赛车上标配的HALO车手头部保护系统。
从A-10（左）到苏-25、苏-34（右），飞行员的座舱周围都采用了钛合金（装甲）来防护，该部件也因此得名“钛合金澡盆”。
HALO是布置在驾驶舱上的钛合金支架，确保在发生意外时，车手头部可免于遭受其他物体的撞击。这个装置只有20磅（9千克）重，但足够坚固、可承受巨大冲击，可在水平、侧面以及垂直三个方向承受125千牛的撞击力而不发生变形（可以承受两只重约6吨非洲象的重量）。
另外，与HALO作用基本相当的防滚架（RollHoop）一般也是由碳纤维复合材料或钛合金等轻量材料制成的。
由钛合金打造的HALO车手头部保护系统在F1赛事中多次护佑了赛车手的安全。
赛车和航空：规则之内，逼近性能极限
F1的全称是世界一级方程式锦标赛，这个中文名称中的“方程式”对应的英文单词是“formula”，而回到英文语境，“formula”一词的意思并不是数学中的“方程式”，而是“规则”，是所有参赛车手和车辆都必须遵守的规则，是国际汽车联合会（FIA）制定的一套赛车标准化技术规则。
所以，F1工程师在借助“空气动力学”的大手，在依托风洞、新材料等来一次次努力突破赛车性能极限的同时，他们还必须遵守FIA为确保赛事安全、维持公平、保证赛事的竞争性和观赏性、控制成本等所制定的一系列严格formula（规则）。
在这些条条框框的规则限制之下，从空气动力学家、机械工程师到设计师要紧密协同，同心协力地对细节不断优化打磨，持续在点滴中寻求进步，在一次次挖掘乃至逼近性能极限中迎来突破，迸发出创新性解决方案。而这何尝不是F1赛事的另一种魅力，闪耀着技术的光环。
航空领域也未尝不是如此地“戴着镣铐跳舞”。民用航空领域，一型新机的开发是要遵循适航认证规则，要三证齐全，要取得型号合格证（TC）、适航证（AC）、生产许可证（PC）的。对于军用飞机来说，它的开发过程同样是有着装备需求、性能指标、研制周期和成本、制造和使用成本等等多方面的框架来限定，并在这些条条框框当中寻得那个最优解。、