「車体底面の空力効果について」
text & illustration by tw (2007. 3.30)




(上図:ウイングが空中にある場合。)




(上図:ウイングを路面へ近づけた場合。
 通路が狭くなり流速が増す事で、吸着効果が発生する。)



上図の「空中にあるウイング」と比べて、下図の「路面と近づけたウイング」は、少し空気抵抗が増すが、
しかし、増した空気抵抗の割りに、とても大きなダウンフォースを発生させる事が出来る。
これを地上効果(グランド エフェクト)と呼ぶ。
この手法は、より少ない空気抵抗でより大きなダウンフォースを得たい、現代レーシングカーの空力性能の基本的な概念である。

開かれた空間では、空気は音速以下の速度では圧縮される事は無い。
上図のウイングは路面へ近い為、気流が通過する通路が狭いが、
気流の速度が音速以下であれば、空気は圧縮される事は無く、狭い区間を流速が増して通過する。

ベルヌーイの定理上、流体は、速度が増すと圧力が下がる。
これがウイング下面や、現代レーシングカーの車体底面によるダウンフォース発生の原理である。



F1グランプリで初めて車体底面をウイング形状としたマシンは、
筆者が過去の資料を調べた限りでは、1970年の「マーチ701」である。
このマシンは車体のサイド部分の底面をウイング形状としていた。
しかしこのマシンは、そのサイド・ウイングに翼端板は設けられておらず、
低圧であるウイング下側へ、車体の横側から気流が進入してしまい、
得られたダウンフォースは少なかったと思われる

そして1977年に、ロータスがサイドウイングにスカートを装着させた「ロータス78」を登場させた。
このサイドスカートは路面と接触させており、ウイング下部の低圧部と外気とを遮断した、
空力効率の高い、初の本格的なウイングカーとなった。

しかしその後のウイングカーの空力性能の進歩により、
F1マシンのコーナリング速度が上昇してゆき、安全性に問題を抱える様になった。
その為、ダウンフォース発生量を抑制する為に、1983年からフラットボトム規定が裁定された。
その規定は、「前輪の後端から後輪の前端までに有る車体の底面はフラットでなければならない」という内容である。

これによりF1車輌のダウンフォースは削減はされたが、
しかしリヤディフューザーの発明により、フラットボトムであってもそれなりのダウンフォースを発生できていた。



そして11年後の1994年サンマリノGPで、ローランド・ラッツェンバーガー選手と
アイルトン・セナ選手が高速でコースアウトし、死亡事故となった事により、
F1界は更に車体の安全性を向上させるべくレギュレーションを改定し、
1995年からステップドボトム規定を実行した。

ステップドボトム規定とは、車体を正面から見た時に、
低い車体底面の中央部と、高いサイド部で、50mmの垂直の段差を義務付けたものである。
これにより車体底面のグランドエフェクト効果が低減し、車輌の総ダウンフォース量が低下した。
尚、A.セナの死亡事故より前の段階で(94年 F1GP 第2戦 TI英田の時点で)、
将来的なF1の車体底面はステップドボトムにしようという動きはあった。

セナの事故を受け、F1GP界は車輌のラップタイム抑制の為に、ステップドボトム規定を導入したが、
だが筆者は、それから数年を経て、ステップドボトム規定についていくらか懐疑的である。
コース上での追い抜きが困難な理由は、前車の乱流により後続車のダウンフォースが軽減される事にあるが、
アメリカのレーシングで実証済みである様に、車体底面の吸着効果(グランドエフェクト)は、前車の乱流の影響を受けにくいのである。

(このページの最新更新日:2007. 3.30/加筆編集:2019.5.17金)

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