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2019年8月23日金曜日

低速における車のダウンフォースの獲得

モータースポーツをする上で無視できないのが空力です。

この空力によってF1などでは大きな差がつくのはご存知の通り。一般車のように1Gではなく3Gぐらいタイヤに掛けることが出来るので速いコーナリングが可能な訳ですね。



でも低速コーナーやジムカーナにおいてはどうだろうか?




空力はジムカーナのように速度域が低いことや、空力を得るには車高が高すぎるためほとんど頼ることが出来ないので車の基本的な性能だけで勝負が決まることが多いです。
だからこそ全日本選手権レベルになると、ドライバーの腕の差が少ないのに車の性能差があると勝負にならないため、そのクラスに出場している車種がみんな一緒になる(一部例外アリ)わけです。

ということで基本性能を上げていくことが今後弄っていく上で重要なファクターですし、ジムカーナだとみんなそこをどうやってレベルアップさせて1Gを使い切るかに躍起になるわけです。



では基本性能だけで本当に空力に頼ることが出来ないのか?




それこそ他人がやっていない低速のダウンフォースを味方に出来れば大きなアドバンテージになるはずという安直な発想から考えてみました。


ここで話は戻りますが、そもそもダウンフォースはどうやって発生するのか?


ダウンフォースとは逆に揚力の話ですがwikiによれば

>揚力は、物体が流れを変えた事で生じた圧力差により、その反作用として生じる。 上図のように、平板が流れに対して斜めに存在する場合、流体は平板に沿って流れる。平板の下面においては流れと平板が衝突する事によって、平板の上面ではコアンダ効果によって流れが平板に引き寄せられる事によって、流れの方向が斜め下向きに変えられる。流れが上下非対称になり、平板の下面より上面の方が圧力が低くなる。(上図において、流線の間隔が詰まっていると圧力が大きく、開いていると圧力が小さい事を示している。但し、流線の密度が常に圧力を表しているわけではない。)その圧力差によって揚力が生じる。


らしい。つまり物体を挟んで上下の圧力差を作って、圧力の低いほうにその物体が引き寄せられるという物。
F1のウイングなどではこの作用を利用し、ボディ下面ではグランドエフェクトを得ています。
グランドエフェクトとは、調べると連続の方程式(断面積が狭ければ流体の速度は上がる)とベルヌーイの定理(流体の速度が上がれば圧力は下がる)によって発生するものらしい。
だからGTカーなどは車高を低くして断面積を狭くし、流速を上げてボディ下面の圧力を下げてやることによってダウンフォースを得ることが出来るみたいです。



でもこれは上にも書きましたが、あくまで車高が低くて速度が速くなければ獲得することは難しいのです。



じゃあここで発想を昇華させて。強制的にボディ下面の圧力を低くしてあげたらいいのではないのか?
実は自分のこの疑問を実行している人達がいました。それは
「もしこの世にレギュレーションなど存在せず、サーキットにおいて最速の車を作るとしたらどうなるのか?」という考えのもとつくられたのがこの車。(といっても結構前)


レッドブル X2010-X2011


これはGT5(ゲームです)の架空世界の車ですが、現在の最先端のテクノロジーを結集して出来た車だそうです。
この車は以前話したように乱気流を発生させるタイヤにはカバーをしたりウイングを可能な限りバランスを見ながら大きくして、レギュレーションに縛られずセオリー通りの事をとことんやっています。(ちなみにニュルブルクリンクでF1より20~30秒速いそうです!!)

中でも自分の疑問に対する答えが


コレ。一昔前にはファンカーと呼ばれて出場した試合ではあまりにラップライムが速すぎて即座に出場停止となった仕掛け。ちなみに2010年モデルから2011年モデルではより効率の良いファンへ変更しています。
何をしているのかというと、このファンによって強制的に下面の流速を上げ、かつ空気を抜き取り圧力を下げることが出来るので走っていなくてもグランドエフェクトを発生させることが出来ます。これによってこのマシンは理論上スペースシャトルの離陸を遥かに凌ぐ8.25Gのコーナリングができるらしい!?
実際にあったらドライバーの気力が持ちませんね(笑)

結局言いたかったことはこのような反則ワザを駆使すれば低速においても空力を味方につけることが出来る!?と言うことでしょうか。


しかしこんな感じのファンにエンジンの動力を伝える構造は個人レベルだと製作不可能です・・・重くなりそうだし。
一方で効果は圧倒的に落ちますが簡単な構造で強制的にボディ下面の圧力を下げる方法はあるのでやってみようかな?と考えてます。(体感できるほど効果は無さそうですが…)




プラスしてGTウィングやダウンフォースにはならないですがプリウス等で採用されているグリルシャッターの方が効果は簡単に体感できるかもしれませんね。


他の記事をお読みになりたい方は↓の関連ページ等をご参照ください。

How to get ground effect(downforce)?? Is it get at slow range of speed??

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