F1技術解説:ギアボックスのレイアウトがポーポイズ現象の謎を解くカギとなる理由

メルセデスがポーポイズ現象(ポーポイジング)に悩まされ、フェラーリやレッドブルがレースで先頭争いをしているが、フェラーリF1-75がかなり激しいポーポイズ現象を示しているのに、なぜメルセデスW13がフェラーリより1秒も遅いのか不思議に思われることもあるようだ。マーク・ヒューズが解説する。

アルバート・パークでは、ターン9の高速シケイン手前のストレートエンドで、フェラーリの上下動(バウンド)は、メルセデスと同じようにひどいように見えた。しかし、スクーデリアのシャルル・ルクレールがポール・トゥ・ウィンで圧勝した。



まず、空力学的なポーポイズ現象はダウンフォースによって引き起こされること、そしてそのダウンフォースがラップタイムの鍵であることを明確にすべきだろう。マクラーレンは、比較的ポーポイズ現象とは無縁だが、ダウンフォースが不足しているが、ノリスは「ポーポイズ現象はあまりない。でも、ポーポイズ現象は必ずしも悪いことではない。マシンによっては、ポーポイズ現象の原因になるものからパフォーマンスを得ることもある」と述べた。

ノリスは、ラップタイムのためならスムーズな走りをあきらめるだろう。

グラフは、各マシンのポーポイズの振幅を示している。フェラーリは、オーストラリアGPで最大1.4Gのポーポイズ現象に遭遇したが、ライバルに対する大きなタイムロスはなかった
グラフは、各マシンのポーポイズの振幅を示している。フェラーリは、オーストラリアGPで最大1.4Gのポーポイズ現象に遭遇したが、ライバルに対する大きなタイムロスはなかった。

しかし、メルセデスとフェラーリのポーポイズ現象の重要な違いは、メルセデスの場合、フェラーリよりも低速で発生することだ。もし、これがコーナーの進入速度と重なるのであれば、車高を上げる必要があるだろう。

車高を上げれば、ポーポイズ現象のトリガーポイントが高速側に移動し、上下動のないコーナーリングが可能になるが、その過程でダウンフォースが減少する。マシンが許容できるダウンフォース量には、自ずと限界がある。


ルイス・ハミルトン(メルセデス):予選5位
「〔中略〕」
「この世代のマシンは、僕が経験したなかでポーポイズ現象が最悪だ。自宅で観戦している人のために説明するとターンインするときに車高が高く/低く、高く/低くと変わると、どの位置でポーポイズ現象が起きるかわからない。ポーポイズ現象が起きる位置によって、マシンがオーバーステアになるかもしれないし、アンダーステアになるかもしれない。だからドライビングが本当に難しい。まるでガラガラヘビのようだ!」
「明日は、バウンド(上下動)をコントロールしつつ、パフォーマンスを発揮できる車高の正しいバランスを見つける必要がある。ジョージと僕は、今日はやや違うパーツを試してみた〔中略〕」

フェラーリの場合、ポーポイズ現象が発生するのは明らかに、最速のコーナーにおけるコーナリング・スピード以上の速度が出たときである。ストレートの終わりでの高速ポーポイズ現象をなくすことも可能だが、コーナーでのダウンフォース(とブレーキング)が低下する。

ルクレールはオーストラリアで、これについて少し話していた。「一貫性に影響するので、取り組む必要がある。でも、上下動がなければもっと速く走れたわけではない。ただ、リスタートのときだけは、上下動のせいでターン1に向けてハードブレーキをかける自信がなかった。でもそれ以外は問題なかった」

メルセデスの問題は、上下動そのものではなく、コーナーで上下動しないためにあきらめなければならないダウンフォース量にある。

バイザーカム:カルロス・サインツが、2022年F1オーストラリアGPの1回目フリー走行でポーポイズ現象に遭遇
YouTube <動画1分39秒> バイザーカム:カルロス・サインツが、オーストラリアGPの1回目フリー走行でポーポイズ現象に遭遇。

そこから、なぜそうなるのかは、技術的な推測になる。メルセデス製パワーユニットを搭載する4チームのマシン(メルセデス、マクラーレン、アストンマーティン、ウィリアムズ)は、いずれもペースに苦しんでいることが指摘されてきた。メルセデスはフェラーリから約1秒遅れている。マクラーレンはさらに(平均)0.5秒遅れで、アルピーヌよりコンマ数秒遅い。アストンマーティンとウィリアムズが全マシンの中で最も遅い。

しかしGPS分析から、メルセデスのパワーユニットはフェラーリにわずかにパワー負けしているものの、その差はラップタイムにして0.15秒程度に過ぎないことがわかっている。メルセデスでさえ1秒遅れていることを考えると、どのチームもパワーユニットがパフォーマンス不足の主な原因ではありえない。

メルセデスのパワーユニットとギアボックスを搭載している3チーム(マクラーレンを除く)に限定すると、ポーポイズ現象の深刻さとの相関関係も見えてくる。

相関関係と因果関係は必ずしも同じではないが、アストンマーティンもウィリアムズも、ポーポイズ現象の閾値から車高を上げる必要さえなければ、パフォーマンスの大きな塊を解き放つことができることを知っている。

設計上の大きな違いが、やはりメルセデスのフラストレーションの原因なのかもしれない:2020年F1オーストラリアGP
設計上の大きな違いが、やはりメルセデスのフラストレーションの原因なのかもしれない。

なぜ、ギアボックスがこのような問題を引き起こすのだろうか? ギアボックスのケーシングの長さは、チームがマシンの機械部品をどのようにパッケージ化するかを反映している。メルセデス、ウィリアムズ、アストンマーティンを見ると、サイドポッドとフロア吸気口が他のマシンよりも後方から始まっていることがわかる。これは前輪とサイドポッドの距離を最大化するもので、伝統的に空力学的に有利とされている。

しかし、マシンを規定のホイールベース内に収めるため、ラジエーターや関連機器を後方に偏った配置にすると、ギアボックスのケーシングが短くなる。フェラーリとハース(パワーユニットとギアボックスは共通)を見ると、サイドポッドがさらに前方にあり、冷却装置の多くが前方に追いやられ、サイドポッドの前面は大きく張り出しているが、リアのボディワークは広範囲に絞られていることがわかる。

上から見ると、フェラーリ系のマシンは、メルセデスやウィリアムズ、アストンマーティンンよりも、ティアドロップ(涙のしずく)型をしているのがわかる(下図)。

この点、レッドブルとアルファタウリは、メルセデスよりもフェラーリに近い構造になっている。サイドポッドのボリュームが早く始まり、早く終わるので、ホイールベースは長いギアボックスのケーシングによって規定される。

メルセデス製エンジンを搭載するアストンマーティン(上)とフェラーリ製エンジンを搭載するハース(下)の平面図。ハースはティアドロップ型で、冷却装置が前寄りになっている:2022年F1
メルセデス製エンジンを搭載するアストンマーティン(上)とフェラーリ製エンジンを搭載するハース(下)の平面図。ハースはティアドロップ型で、冷却装置が前寄りになっている。

これとポーポイズ現象とはどういう関係なのだろうか? 少なくともふたつの可能性がある。

Q1:リヤの広い車体幅が、アンダーボディの気流制限に寄与しているのかもしれない。他のマシンでは、ボディ上部がティアドロップ型になっているため、ディフューザーの上を通過する気流がより効果的になり、アンダーボディのトンネルが失速しにくい可能性がある。

Q2:マシンの重心に対して失速ポイントがどこにあるかによって、上下動の激しさが変わる可能性がある。ギアボックスが短いレイアウトの場合、重心がアンダーボディの失速ポイントに対して非常に都合の悪い位置にあり、テコの原理が働いている可能性がある。

いずれも推測に過ぎず、実際には全く異なる答えが出る可能性があることを強調しておくべきだろう。しかし、同じレイアウトを使う3台のマシンと、上下動問題の深刻さに相関関係があるのは、何か引っかかるものがある。

-Source: The Official Formula 1 Website


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