F1ジャーナリスト 世良耕太の知られざるF1　vol.25　“空気”の力で曲がる

F1のコーナリングスピードにも物理的な限界はある。だが、タイヤのグリップ力は速度に比例して向上する。カラクリは空力。空気の力で車体を押さえつけるのだ。車体を押さえつける下向きの力をダウンフォースと言う。

このダウンフォースが車体に発生すると、その力がタイヤに加わってグリップ力が増す仕組み。ダウンフォースは速度に比例して増えるので、スピードを上げれば上げるほど、グリップ力は増す道理である。


ダウンフォースは車体の前後に取り付けられたウイングや、車体のフロア面で発生させる。ウイングが力を発生させる原理は、飛行機の翼(つまりウイング)と同じ。飛行機の場合は機体を浮き上がらせる力を発生させるが、F1のウイングは逆で、地面に押さえつける力を発生させる。

飛行機のウイングは「D」の字を左に90度倒したような断面をしているが、F1のウイングは反対で、右に90度倒したような断面になっている。

F1が速度を上げると、ウイングが空気を上下に切り裂くことになる。このとき、断面形状のせいで下側の圧力が低くなり、下向きの力、すなわちダウンフォースが発生する仕組み。

一定の速度で頭打ちとなるが、ダウンフォースは速度が上がれば上がるほど大きくなる。300km/hで走っているときにおよそ2000kgの力を発生するのだから効果は絶大。F1の車重はドライバー込みで640kgだから、その約3倍の力が車体にかかるわけだ。

空気は目に見えないから実感するのは難しいが、超高速でコーナリングしているとき、F1の車体には、巨大な空気の力が働いている。ダウンフォースが便利なのは、車重そのものを増やすことなく、車体(を通じてタイヤ)にかかる荷重だけを増やせることだ。車重は増えないからコーナリング中の遠心力は増えず、タイヤのグリップ力だけが増える。

テーブルの上に立てた消しゴムをタイヤに見立ててみよう。目には見えないが、消しゴムの上にも空気が載っていて、実際には下向きの力が働いている。速度の向上に比例して増えるダウンフォースを再現すべく、消しゴムを下向きに押さえつけてみる。すると、動かしにくくなりませんか? それがダウンフォースによるグリップ力の向上。

空力のおかげで、進入スピードが高い方がタイヤのグリップ力は向上すると分かっていても、おいそれとコーナーに飛び込んでいけるものではない。その領域に難なく踏み込めるのがF1ドライバーたるもの、なのだろう。

＊走行中のF1マシンには、空気の力で車体を路面に押さえつける「ダウンフォース」がかかっている。超高速で走行中のダウンフォースは車重の約3倍にも達するので、理論上はトンネルの天井に張り付いて走ることが可能。ダウンフォースは前後のウイングで全体の約50%、残りはフロア下で発生する。

-------------------------------------
text：世良耕太/Kota Sera
F1ジャーナリスト/ライター＆エディター。出版社勤務後、独立。F1やWEC（世界耐久選手権）を中心としたモータースポーツ、および量産車の技術面を中心に取材・編集・執筆活動を行う。近編著に『F1機械工学大全』『モータースポーツのテクノロジー2016-2017』（ともに三栄書房）、『図解自動車エンジンの技術』（ナツメ社）など。http://serakota.blog.so-net.ne.jp/