F1技術解説:2022年、新しいフロアがF1のホイール・トゥ・ホイールのアクション強化に貢献する理由

今回の技術解説は、2022年のF1規則の大幅な変更について引き続き検証する。マーク・ヒューズが新型F1マシンのフロアに注目し、それがチームの理念やサーキットでのアクションに大きな違いをもたらす理由を解説する。

2022年の新しい空力学的規則のコンセプトの中心は、フロアである。1983年から採用されてきたフラットフロアが廃止され、中央のプランク(板、スキッドプレート)の左右に前後2本の大きな溝を持つフロアが採用された。

これらは、アンダーボディのダウンフォースを強化する。マシン上部表面の制限とあいまって、ダウンフォース全体に占めるアンダーボディの割合が大きくなるだろう。

ダウンフォースの総量はほぼ同等で、不足分は各チームが新マシンを理解するにつれて、シーズン終了までに回復する見込みである。しかし、レースの改善において重要なのはアンダーボディとオーバーボディのダウンフォースの割合である。

2022年F1マシンの3D形状(立体形状)フロアの詳細画像:中央プランク両側に「ベンチュリー型」の溝がある
2022年F1マシンの3D形状(立体形状)フロアの詳細画像:中央プランク両側に「ベンチュリー型」の溝がある。

フロアの溝は、広い入口と中央の狭窄部(すぼまって狭い部分)、そして広い出口を持つ「ベンチュリー型」である。この形状のトンネルの底面には地面があり、後方の拡張した部分の空気圧は、狭くなった部分の空気を他の部分よりも速く引っ張る効果がある。

空気が速く動けば動くほど、アンダーフロアと外の圧力差が大きくなり、マシンがコースに強く押し付けられる。


2022年マシンのフロントウイングは、どのようにオーバーテイクを向上させるべく設計されたのか?

トンネルはサイドポッドの前方から始まり、その広い入口には最大4つの小さなフェンス(柵)があり、規定の範囲内でチームが形や角度を変えることができる。これは、空気を吸気口に引き寄せ、マシンの外側に押し出される空気を最小限に抑えるためである。

アウトウォッシュがダーティエアを作り出し、後続マシンを苦しめているので、このアウトウォッシュを最小限に抑えることが、今回の規則の最優先課題である。フェンスにかかる圧力差を利用して、空気を吸気口に引き寄せると同時に、吸気口の空気を加速させる渦流を発生させ、トンネルを通過する空気の速度を上げることでアンダーフロアのダウンフォースを増加させる。



2021年型マクラーレンと2022年型マクラーレン(下)の俯瞰比較(カラーリングは比較のため2021年仕様)、形状が変更されたフロア形状の違いがわかる
2021年型マクラーレンと2022年型マクラーレン(下)の俯瞰比較(カラーリングは比較のため2021年仕様)、形状が変更されたフロア形状の違いがわかる。

このトンネルの吸引効果を最大化するためには、トンネルの周囲にシールを形成し、側面からの漏れを防ぐ必要がある。そのため渦流は、フロアの外側上面に沿って設けられた新しい外側横方向ウィングが役立っている。

トンネルが上向きに傾斜して出口を形成すると、その傾斜の角度はビームウィングの下部によって継続される。これは、両側のフェンスと組み合わさって、気流を高い位置に放出する。低く広く広がっていた以前のディフューザー出口から比べると、はるかに高い位置に気流を放出することになる。

これにより、後方のマシンのフロントウィングのレベルより高い位置にある空気の大部分が取り込まれ、より高い気圧の中にあるフロントウィングがより効果的に機能するようになる。この高い圧力はマシンの下まで導かれ、接近追従時に以前よりはるかに効果的に働くようになる。

2021年F1マシンと2022年新F1マシンで失われるダウンフォースの比較
2021年F1マシンと2022年新F1マシンで失われるダウンフォースの比較

トンネルの出口ランプが従来のディフューザーよりもかなり前方にあるため、圧力中心(空力学的には前後重量配分に相当)が前方に移動する。しかし、フロントウイングのダウンフォースは以前より減少しているので、実際にはフリーエアで走行時の空力的な前後バランスは以前のマシンとほぼ同じ40/60%程度となる。しかし、他のマシンを追従するときの空力学的バランス変化は、はるかに小さい。

フロントタイヤに作用するダウンフォースは、ウィングよりもアンダーフロアで発生することが多いため、先行マシンの乱流の影響を受けにくい。

このように、トンネルはドライバー同士のホイール・トゥ・ホイールのアクションや、コース上でのポジションチェンジ(順位交換)をより多く実現するための秘密が隠されている。

-Source: The Official Formula 1 Website