学生フォーミュラにおける車体周りの空力解析事例茨城大学学生フォーミュラ部テクニカルディレクター江口勇仁目次 1. 2. 3. 4. 学生フォーミュラの紹介ウィングの必要性エアロデバイスのコンセプト車体周りの空力解析事例全日本学生フォーミュラ大会公益社団法人自動車技術会（JSAE）主催～車づくりを題材としたものづくりの総合力を競う大会～学生が構想・設計・製作したフォーミュラスタイルのレーシングマシンによる競技会エコパ（静岡県掛川市） 2014年度第12回大会日本・中国・タイなどから全90チームが参加審査内容静的審査デザイン 150点コスト 100点動的審査 325点プレゼン 75点 675点加速性能旋回性能 75点 50点オートクロス 150点 + 車検（0点）合計1000点満点で審査エンデュランス 400点動的競技オートクロス・エンデュランス平均車速50kph 87％以上がコーナーオートクロス映像ウィングの必要性平均車速約50kphで本当に効果があるのか？必要なのか？ウィングの必要性一般車との車両諸元の違いホイールベース mm トレッド mm エンジンパワー ps タイヤ径 inch 車重 kg 学生フォーミュラ 1600 1200 80 13 240 圧倒的に軽い！一般車 2400 1500 240 17 1250 ウィングの必要性タイヤデータ 75kg 線形的な領域で使用している荷重を上げることによるCFの損失が少ない！ウィングの必要性 R＝9.0の定常円旋回におけるタイム感度輪荷重増大 -0.00137s/kg ダウンフォース27kg 車重20kg増重心高20mm上昇重心高上昇・・・0.000109s/mm 重量増大・・・0.00021s/kg スキッドパッド1周当たり 0.22sのラップタイム向上ウィングの必要性過渡特性エアロの荷重を加えてもCSが大きく線形領域を超えることはない CS (kg/deg) Nominal Load vs CS @14psi 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 IA = 0 IA = 1 IA = 2 IA = 3 IA = 4 過渡特性の悪化はほぼ見られないヨーレート応答シミュレーション結果多項式 (IA = 0) 0 30 60 90 120 150 180 8 Nominal Load (kg) 7 yaw rate[deg/s] 6 ヨーレート立ち上がりの向上 5 4 エアロあり 3 エアロなし 2 1 0 0.5 0.52 0.54 0.56 Time[s] 0.58 0.6 エアロコンセプトレギュレーション変更リアウィングの高さ、幅の制限フロントウィングの高さ制限約20％のダウンフォース減が予測されるエアロコンセプト車体の動き（ロール・ピッチ・ヨー）が大きい。。。姿勢変化に強くないといけないエアロコンセプトマシンコンセプト Fastest with Ease ・・・誰もが速く走れる車を目指すエアロコンセプトダウンフォース・空力中心の安定化目標値 DF@40kph 35kgf Load distribution 50:50 Weight 15kg 解析条件 • 3Dハーフモデル解析 • 約280万メッシュ • ポリヘドラルメッシュ • K-ω乱流 • 40kph • 流体領域：4m×6m×10m フロントウィング • • • • 2エレメント 3次元ウィングスリット入り翼端板バネ下マウントフロントウィング翼端の負圧保護のため翼端のみ地上とのクリアランスを確保翼下面への空気の補填として翼端板にスリット追加フロントウィング 33.8% DF増加アンダーフロアバネ上マウントのため姿勢変化によりグラウンドクリアランスが変化する姿勢変化に強いアンダーフロアを創るには。。。？アンダーフロア単体モデルで姿勢変化したときの挙動を解析ロール時の挙動 60 Downforce(N) 50 40 30 Downforce(N) ロール Downforce(N) ロールなし 20 10 0 20 40 60 80 Initial ground height(mm) イニシャル地上高の変化による通常時・ロール時のダウンフォースの変化はほとんど見られないアンダーフロアディフューザー前後位置を変化させた時のピッチング解析ピッチ変化なし 1.8degピッチ(ブレーキング時) ディフューザ位置 0mm 流れ方向ディフューザ位置 800mm ディフューザーの位置でピッチングしたときの挙動は大きく変わるアンダーフロア 350 70 300 Movement of CoP(mm) 80 Downforce(N) 60 50 40 30 ピッチなしピッチ有 20 250 200 150 100 10 50 0 0 0 200 400 600 Position of Diffuzer(mm) 800 ディフューザ位置が車両中心から後方に行くほどピッチ時の DFは増加しづらくなる 0 200 400 600 Position of Diffuzer(mm) 800 ディフューザ位置が後方に行くほどピッチ時の空力中心位置の移動量が大きいディフューザ位置（負圧中心位置）は極力車両中心付近へアンダーフロア車両中心付近に負圧中心を配置フロントウィングのアップウォッシュに対応するためサイドにトンネル状ディフューザを設置アンダーフロアディフューザにスリットを配置することで縦渦を生成 15%のDF増加アンダーフロアディフューザを追加負圧の増加 12%のDF増加リアウィング • 3エレメント • 2次元ウィング • バネしたマウントリアウィングサージタンク、ドライバーヘルメットなどの障害物最大高さ1200 ｍｍ以下制限フロントウィングのアップウォッシュ限られたスペースの中で如何にフレッシュエアを翼下面に集められるかがカギとなるリアウィング限られたスペースで効率的にDF を稼ぐためスラットを採用翼下面流速、負圧の増加リアウィングスラットなしスラットあり 15.5%のDF増加リアウィング翼の支持をロッドではなく翼端板を直接固定に変更 4％のDF損失を排除最終仕様 DF@40kph Load distribution Movement of CoP(pitching) 35.3kgf 59:41 14mm 完ご清聴ありがとうございました。