理想的なウイング？

質問

車のエアロパーツの形についてなのですが、航空力学？な感じですので、よろしくお願いします。
　車のリアスポイラーに色々な形状がありますが、その中で側面に使われている板の部分。飛行機で言う所の、「垂直尾翼」に当たる部分。
　進行方向に、斜めに切れ込みにあるもの、逆方向に斜めに切れているもの。様々ですが、最も理想的に空気の力を利用出来る形状ってあるのでしょうか？
　車の時速100km少々では、どれも同じ様な気もしますが、一応、理想としてはどんな形なのでしょうか？

　例として・・・（左側から風が当たるとして下さい）
(1)│￣＼
　　　￣￣
　　　＿＿
(2)│＿／　

(3)　／￣│
　　　￣￣
　　　＿＿
(4)　＼　│
　　　　￣

(1)(2)だと、風の抵抗は大きそうですがその分、空力を利用できる?
(3)(4)は風の流す方向に、影響が出る?
　側面のウイングなので、ダウンフォースは生まれないでしょうか? カーブを曲がる時の、力の利用に影響するだけですか?

回答No.1

SCNK · ベストアンサー

今から４０年ほど前、リアにこのような羽の付いている車が流行しました。アメ車からの影響ですが、日本車でも真似たスタイルが流行ったものです。もっとも空力的には意味のないものだったのでしょう。

自動車の速度域では、それほどの効果はないでしょうが、航空力学の見地から言えば一応、いえることはあります。

飛行機の垂直尾翼の形状を見てもらうとよいのですが、縦に長いものあり、長く前方に伸びたものありいろいろですね。

あれを翼と考えた場合、高さの方向に細長い程、つまりアスペクトレシオが長いほど翼としての効率は良いのです。つまり風見安定といいますが、同じ面積の場合、それだけ強い復元力を生じるわけです。しかし落とし穴があります。細長い翼というのは迎え角による応答性が高すぎ、すぐに失速に至るのです。そこであまり長すぎるのは良くないという結論に至るのですが、できれば面積を大きくせずに強い復元力も得たいところです。そこで考え出されたのがドーサルフィンというものです。ボーイングＢ－１７フライングフォートレスという爆撃機がありましたが、初期型は胴体からいきなり垂直尾翼が立ち上がっていたのを、その後の改良で、胴体中央部からなだらかなドーサルフィンが取り付けられるようになりました。これによっていきなり垂直尾翼の効果がなくなるというような問題が解決されたのです。
ほかに垂直尾翼の設計において重要なのは、錐揉み状態において、垂直尾翼にあたる風が水平尾翼などに邪魔されないようにするということがあります。セスナ１５０という機体がありましたが、この機体の尾翼はパイパーカブとかエアロンカのように丸っこい形をしていたのです。しかしその後、セスナ１７０などに発展する段階で後退角を持った角型に変更されました。実は後退角を持たせることで錐揉み時にも垂直尾翼の効きを良くして、脱出特性を改善したのです。ほかに垂直尾翼の設計においてはなるべく尾翼の風圧中心を機体重心より遠ざけるように後ろに長くのばすということも行われます。これは尾翼の風圧中心が後ろにあるほど、機体の動安定性が向上するからなのです。

飛行機の場合は以上のとおりなのですが、自動車の場合は錐揉みに入るということは、イコール事故ですから考える必要はありません。動安定性については自動車の後部までの重心からの距離は大変短いものですし、飛行機のように長く伸ばしたのでは邪魔になりますから、問題以前でしょう。まあせいぜい風見安定性の向上くらいですが、はたして一般の自動車の速度域ではそれ程、効き目は期待できません。そもそも速度が低いほど面積が大きくなければならないのですが、飛行機の垂直尾翼よりはるかに小さいもので効果が期待できるわけもありません。ましてドーサルフィンをつけるかどうかは、垂直尾翼の効果が期待できてからのことです。リアスポイラにしても同様でしょう。ダウンフォースを効かすためにはもっと車体から高い位置につけないと境界層の中に入ってしまって意味がありません。

結論として無意味ということです。どうしても効果を発揮したいのであれば、車体後部に長い尻尾のような胴体を延長し、車体の大きさ以上の面積の垂直尾翼やスポイラーを取り付けるべきです。もっとも車検にはとおりませんね。

お礼

そうですか。車程度ならば、速度より大きさですか。
Ｆ１とかだと(2)の形をよく見ましたが、最近の車は(4)が多かったりして、メーカーもバカではないだろうから、何か根拠のある形状なのかと思いましたが、やはり意味は無いのですかね？
＞車体後部に長い尻尾のような胴体を延長
　想像して、笑ってしまいました。(^^)

回答No.4

foobar

#2です。
個人的な推測の域を出ていないことを予め御了承願います。

定性的には
翼をそのまま気流中に置くと、翼の端でできた渦がそのまま後方に流れます。
この渦は、下向きの翼の場合、翼を下から突き上げるような気流を生みます。
この下からの気流は
・翼の迎え角が減少するため、揚力(今回の場合はダウンフォース)を減少させる
・気流の方向が変わるため、揚力の働く方向が車体垂直から後方よりになり、揚力の一部が効力として作用するようになる。
で、この渦を上手い具合に向きを変えて逃してやれば、上記の副作用を抑制できます。
こんな効果(#３さんが書かれている「整流作用」になるのかな)が有るのではないかと。

(上記では、単に翼の作用だけに着目しましたが、他にもボディに絡んだ気流を整えたりする作用も有るかと思います。)

お礼

再度、ありがとうございます。かなり、分かってきました。

回答No.3

kentarou2333

F1 の場合は、ダウンフォースが必要なため、飛行機の翼とちょうど、上下逆向きの形になります。

ご存知かもしれませんが、F1 の場合タイヤのグリップを獲得するために、タイヤが地面をグリップするように上から押さえつけてやる必要があるわけです。

そのため、モナコなどのコーナーが多いサーキット用のセッティングでは、普通の乗用車よりも空気抵抗が大きくなるようです。

車重に比べて大きすぎるエンジン、高速でのコーナーリングでの横Ｇ、ともにタイヤがグリップしてこそです。

飛行機の翼の形状は揚力で浮くために上向きの力となりますが、F1 の場合は、下向きの力が必要なため、下向きの力となります。

一方、一般車の後付けパーツの場合は、たしかに単なるかっこよさのためという性質は否めませんが、ご存知の様に標準で装備されているものもあります。車重が F1 の２倍以上ありますし、エンジンも弱く、高速のコーナーリングも特にないため、ダウンフォースの獲得は特に必要とされておらず、主に車体後部の空気の流れを整えて空気抵抗を減らすために存在しています。

そういう意味で、F1 はダウンフォースの獲得（空気抵抗の増加）を目的としているのに対して、乗用車の場合は、空気の整流（空気抵抗の減少）を目的としているという点に注意が必要です。

ただ、NSX などのパーツになるとダウンフォース目的のものもあるでしょうし、形は目的によって異なるというのが乗用車の場合は出てくると思います。

お礼

ああ、なるほど。　そう言った面では、メーカーも一応、考えているわけなのですね。
　実際、標準装備の物で、どれくらいの速度から効果が出るのかは分かりませんが・・・

回答No.2

foobar

あの側板、どちらかというと、飛行機の垂直尾翼よりも、主翼先端についてるウイングレットに近いような気がします。翼端の渦を制御して抗力増加を抑える効果があるような気が、、。（もっとも、100km/h以下の速度域でどれくらい有効なのかは、？？？ですが）

お礼

ウイングレットと言うと、旅客機の羽のふちが上に折れ曲がっているやつ？
＞翼端の渦を制御して抗力増加を抑える効果
　具体的に、どの様な現象が起こるのでしょうか？　疎くてすみません。