F1技術解説:2022年マシンのフロアが波紋やカールで飾られている理由

バルセロナでのプレシーズンテストで、2022年のF1マシンを初めてまともに見ることができたが、特に興味をそそられたのはフロアの外縁部だった。マーク・ヒューズは、なぜこの部分が重要なのか、そしてなぜメルセデスなどのチームが独自のアプローチに踏み切ったのか、ジョルジオ・ピオラの技術イラストを交えて解説する。

新世代のマシンは、冷却レイアウトやそれに伴うサイドポッドの設計に大きなバリエーションがあるため、アンダーボディのベンチュリトンネルの効果を最大限に発揮させようとするチームの姿勢も、同様に多様である。その最も顕著な例が、フロアの外周部の形状やディテールの違いである。

フロアの上部から(コークボトル部分を経由して)サイドポッド側面を流れる気流を加速することは、その下にあるトンネルの効果を最大にするために極めて重要だが、フロアの端の輪郭は、気流が下で何をしているかを操作するためのものである。

レッドブルRB18Bのフロア縁の輪郭がマシンの周囲と下の気流を操作する
レッドブルRB18Bのフロア縁の輪郭がマシンの周囲と下の気流を操作する。

フロア外縁の前方端にはベンチュリトンネルの始点となるスロープがあり、下のフロアとの圧力差を強調している。

スロープは外部表面に高い圧力を発生させ、ベンチュリトンネルの始点部分で外部表面とアンダーフロア(床下)の間の圧力差を大きくし、トンネルの入口に吸い込まれる空気を増やす。

認められている4つのフェンスのうち一番外側のフェンスによってサイドポッド下部のサイドコーナーに誘導された空気は、そのエネルギーを失う。多くのマシンは、このスロープ部分の後ろに、さらに、「カール」を、つまり、フロアの端が緩やかに立ち上がり、再び下がるような形状を採用している。

フェラーリF1-75のフロアの外縁にある「カール」
フェラーリF1-75のフロアの外縁にある「カール」。

この「カール」(上図)は、その下にある気流にエネルギーを与え、そのエネルギーとマシンを地面に引きつける力を最大化するためでもある。

しかし、メルセデス(下図)は、ひとつのカールではなく、小さな波紋が連続しているため、フロアの側面まで反時計回りの空気の渦ができ、背面周辺の空気がディフューザーの低圧部に吸い込まれ、パフォーマンスが低下するのを防ぐことができる。

メルセデスW13:ベンチュリトンネルの下向きスロープを覆うように、フロアの先端が鋭く盛り上がり、上方に正圧を発生させる。前縁の外側のウィングは、このスロープの角を回る気流を導き、一連のミニフロアカールは、この気流をさらに活性化させる渦流を発生させる
メルセデスW13:ベンチュリトンネルの下向きスロープを覆うように、フロアの先端が鋭く盛り上がり、上方に正圧を発生させる。前縁の外側のウィングは、このスロープの角を回る気流を導き、一連のミニフロアカールは、この気流をさらに活性化させる渦流を発生させる。

これは、昨年前半にメルセデス(とアストンマーティン)が採用したものと非常によく似た設計で、アンダーフロアの設計に規制があるにもかかわらず、ほぼ同じ理由によるものだった。

メルセデスは2021年のシルバーストンのアップデートでこの機能を放棄し、代わりにアンダーフロアとサイド周囲の気流の割合を再バランス化しようと、異なるバージボードの配置を採用した。しかし、バージボードがなくなったことで、この以前の機能に戻したのだ。

バルセロナのテストでは、メルセデスは2021年に採用したアプローチに戻した(円内図)
バルセロナのテストでは、メルセデスは2021年に採用したアプローチに戻した(円内図)

バルセロナのセッションでは、多かれ少なかれ他のマシンと同様、アンダーフロアの気流が失速するまで、リアフロアが下がったため、空力学的なポーポイズ現象(ポーポイジング)が発生したのは、おそらく効果的すぎたのだろう

小さなタイロッド(下図)でフロアのリア外縁を間に合わせで補強することで、メルセデスは競争力のあるタイムを刻むことができるようになった。

このポーポイズ現象に対し、十分に考慮された解決策がどうなるのかが注目される。

メルセデスW13のフロア後部にあるタイロッド
メルセデスW13のフロア後部にあるタイロッド

-Source: The Official Formula 1 Website