京都繊維工業大学　学生フォーミュラ　エアロのうんちく

2023.11.10

京都繊維工業大学　学生フォーミュラ　エアロのうんちく

マシンのうんちくでエアロについて紹介します。

レーシングマシンの空力性能は、高速走行時における車両の安定性と速度向上に重要な役割を果たします。空力性能は、車両の形状、エアロダイナミクス設計、および各部品の配置によって決定されます。
まず、車両の形状は空気の流れを効率的に制御するために最適化されています。流線型のボディデザインや空気抵抗を減らすためのスリックな外観が採用されています。これにより、空気の抵抗を最小限に抑え、高速走行時におけるエネルギー損失を減少させることができます。
次に、エアロダイナミクス設計が重要です。エアロダイナミクスは、車両の前方から後方への空気の流れを制御するための科学です。例えば、フロントスプリッターやリアウイングなどの空力パーツは、ダウンフォースを増加させるために設計されています。ダウンフォースは、車両を地面に押し付ける力を生み出し、高速コーナリング時の安定性を向上させるために必要です。
さらに、各部品の配置も重要な要素です。エンジンカバーやサイドスカートなどのデバイスは、車両周りの空気の流れを最適化するために配置されています。これにより、乱れた空気の発生を抑え、車両全体の空力特性を向上させることができます。
レーシングマシンの空力性能の目標は、高速走行時に安定性を維持しながら最大限の速度を達成することです。エアロダイナミクスの最適化は、レース中のタイム向上や競争力の獲得に大きく寄与します。したがって、空力性能の向上は、車両の設計や開発プロセスにおいて重要な要素となっています。
まとめると、レーシングマシンの空力性能は、車両の形状、エアロダイナミクス設計、および各部品の配置によって決まります。これらの要素を最適化することで、高速走行時の安定性や速度向上を実現することができます。空力性能の向上によって、以下のような利点が生まれます。
まず空力デザインにより、車両は風の力による揺れや不安定性を最小限に抑えることができます。これにより、ドライバーは高速でのコーナリングや直線走行時にも安心して車両を制御することができます。
また、空気抵抗の削減によって速度向上が図られます。空気抵抗は速度に比例して増大するため、エアロダイナミクスの最適化によって抵抗を減らすことができれば、同じエネルギーを使ってより高速な走行が可能になります。これはレースにおいて競争力の向上につながります。
さらに、ダウンフォースの増加によってグリップが向上します。ダウンフォースは車両を地面に押し付ける力を生み出し、タイヤと路面の接地を確保します。これにより、コーナリング時や急ブレーキ時における車両の安定性が高まり、ドライバーはより高い速度で走行することができます。
最後に、空力性能の向上は燃費効率にも寄与します。空気抵抗の削減により、エンジンの負荷が軽減され、燃料消費量が減少します。これにより、レース中の燃料の節約や長距離走行時の航続距離の延長に貢献します。
総じて、レーシングマシンの空力性能は、高速走行時の安定性、速度向上、グリップの向上、燃費効率の改善など、レースパフォーマンスの向上に不可欠な要素です。レースチームや自動車メーカーは、継続的な研究と開発を通じて空力性能を最大限に引き出すための取り組みを行っています。

エアロ開発は最も高度な自動車レースの一つであるF1（Formula 1）においても非常に重要な要素です。F1のエアロ開発は、車両のパフォーマンス向上と競争力の獲得に向けて継続的な取り組みが行われています。

F1マシンのエアロダイナミクスは、車体全体の形状や各部品の配置、空力デバイスの設計などによって最適化されます。これにより、最大限のダウンフォース（地面への押し付け力）を得ることが可能となり、高速コーナリング時の安定性やブレーキング時の制動力を向上させます。

エアロ開発は、数多くの技術や手法を組み合わせて行われます。まず、CFD（Computational Fluid Dynamics）と呼ばれるコンピュータシミュレーション技術が活用されます。CFDは、空気の流れを数値的に解析し、車体周りの圧力や抵抗を詳細に予測することができます。これにより、異なるデザインや設定の比較や最適化が行われます。

さらに、実車での風洞試験も重要な手法です。風洞では、1/1スケールまたは1/2スケールのモデルを使用し、実際の走行状態に近い風速や空気の流れを再現します。この試験によって、車体形状やエアロデバイスの効果を評価し、改善点を見つけることができます。

学生フォーミュラのエアロ開発においても同様にCFD解析や風洞実験、センサ等を用いて設計、評価を行います。

F1のエアロ開発は、シーズン中でも継続的に行われます。各チームはレースごとにマシンを改善し、パフォーマンスを向上させるために新しいエアロパーツや設定を導入します。これには、新しいウイングデザイン、改良されたディフューザー、エアロダイナミクスのバランスを調整するフラップやウィンカーなどが含まれます。
また、エアロ開発はレギュレーションにも影響を受けます。F1では、エアロダイナミクスに関する厳格な規定が存在し、車両のパフォーマンスを制限するために設けられています。チームはこれらの規定を順守しながら、最大限のパフォーマンスを引き出すための工夫を行います。
このように、空力はレーシングマシンの性能に大きく寄与するため、F1や学生フォーミュラなどでも積極的に開発が進められています。