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2010年11月12日

モータースポーツ&電動レーシングカート ツインリンクもてぎで感じた空気抵抗と空力の話


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先日のツインリンクもてぎで開催されたHDXの話を少し。

HDXで用意してくれたレンタル用のスーパーカート4台と、常連のエントラントさん達が使用していた自前のスーパーカートではLAPタイムで10秒近い差がありました。

レンタル用のスーパーカートは全て、私を含めて今回初めてエントリーした選手が使用しました。

ストレートの伸びなども明らかに違って見えたので、レンタル組の面々は「さすがにレンタルマシンではチューニングが合ってないんだろうな。」と話していました。

ちょうど田口さんからデモ用にお借りしていた「デジスパイス」で計測していたので、常連さんとUさん、私のデータ比較をしてみました。

確かに常連さんのマシンの最高速は私達より5〜10km/h高いデータを示していました。もちろん加速度もきわめて高い。

1LAP4.8kmありますから、平均速度100km/hと平均速度105km/hで比較しても、8秒以上のタイム差が生まれますね。

マシンのセッティングや腕の違いの議論は結論が出そうにありませんが(正直なところ腕の差が本質的な差だと思ってますけど・・・)、空力性能について少し検討してみようと思います。

実は、ステアリングから手を離して他車に合図をしようとした時に、空気で肩ごと持って行かれそうになりました。

一般的なレーシングカートではまず経験しない、空気の力。

そこで「空気抵抗の差」がどの程度意味を持っていたかここで少し検討してみたいと思います。

ご存知の通り、一般的に空気抵抗Fは

 F=Cd(1/2)ρAV^2
  Cd=抗力係数
  A=前面投影面積
  ρ=空気密度
  V=速度

と表せます。

ここで言うFは、空気抵抗に打ち勝つために「クルマが発揮している力」でもあります。

式を簡単にして比較したいので、

 Cd(1/2)ρ=K=const.

とすると

 F=KAV^2

よって

 V=√(F/(KA))

と表せます。

マシンの力と速度と空気とぶつかる面積の関係式になりましたね。

ここからは、レンタルカートは同じFを発揮できるとして検討を進めましょう。

普通にシートに座っているとき、レンタルカートは速度V1で走れるとします。

 V1=√(F/(KA))

と表しましょう。

では、空気とぶつかる面積が10%少ない時の速度V2はどうなるでしょう?

面積が10%少ないのですから、

 V2=√(F/(0.9KA))

と表せることになりますね。

さて、この式でレンタルカートを平均最高速度120km/hと仮定したときに、それがどう変わるかを見てみます。

 V1=120km/h

とおきますから、

 V2=√(1/0.9)×120=1.05×120=126.49km/h

と1.05倍速くなり、6km/h以上速くなることが判りました。

では10%の「空気とぶつかる面積の差」とはどの程度の面積なのでしょう?

前方から見たときの、一般的なレーシングカートの寸法を調べると、

 幅:140cm
 高さ:60cm

だそうです。実際には複雑な形をしていますが、単純に長方形に見立てて面積を計算すると、

 幅140cm×高さ60cm=8400cm2

となりますね。

この面積の10%は840cm2ということになりますから、正方形で考えると1辺が28.98275349cm相当の面積です。

ここで、人間の肩幅を50cmとすると、16.8cm姿勢を下げることで10%の空力低減効果を味方に付けることができる計算になります。

また、空気抵抗は一般的に80km/h以上から影響を受けると言われています。

デジスパイスのデータを見たところ、最低速度のコーナーでも70〜80km/hでした。
どのマシンも、常に空気抵抗の影響を受け続けていたと考えて良いでしょう。

以上の計算は最高速がどの程度変わるか?という計算ですが、クルマに対する抵抗力と考えても同じです。

実際のマシンを前方から見たときの面積は小さいものです。

ですから、ドライバーの姿勢はまともに空気抵抗に影響を与えるはずです。

普通に立った姿勢で走り続ければ、走行中は常に1.05倍の力をムダに受け続けていることになるわけです。

逆に、寝れば寝るほど加速性能も最高速も向上する。

もちろんこの計算は大雑把な値ですから、実際には半分以下程度と考えてもまだ大きな値かもしれません。

ただし僅差を争うレベルになってくれば、確実に空力特性が影響し始めるカテゴリーなんだな・・・ということが判りました。

スーパー・カートも奥が深いです。




posted by papacchi at 19:16| Comment(0) | 8.活動費 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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