ダウンフォースを求めて

今の自動車には様々な空力パーツがついています。

ウィング
スポイラー

あたりはメジャーだと思います。
その他にも

ディフューザー
カナード
ボルテックスジェネレーター
フラットボトム
フェンダースパッツ
デフレクター
などなど・・・

ここで注目したいのがほとんどがダウンフォースを発生させるパーツだということ。


まず、一番わかりやすい翼型形状のウィングです。
一般的に翼の上面と下面の流速差により圧力差が発生すると言われています。(ベルヌーイの式より)
しかし、実際にはこれは間違いでコアンダ効果により揚力が発生しています。
論文などにより翼のリーディングエッジで上下に別れた流れはトレーディングエッジでは同時には合流しません。
翼においてのベルヌーイの式は破綻を起こします。

次にコアンダ効果というのは流体は粘性により物体に沿って流れるという法則です。翼には反り比により反っており流線が曲げられます。流線曲率定理より揚力が発生します。
つまり流速が増加するから圧力が低下するのではなく、圧力が低下するから流速が増加するのです。

これによりベルヌーイでは証明できなかった飛行機の背面飛行や上下対象の翼の問題も証明できます。

これがウィングのダウンフォースを発生させる理由です。

ウィングはこのほかにも抵抗を発せさせます。流線を曲げることでダウンフォースを発生させることを説明しましたが、それは鉛直下向きではなく斜め下なのです。ベクトル分解をすると後ろにも力がかかっています。


ではディフューザーは？
もともとディフューザーとはベンチュリーカーというのがF1でありましたが、それと同じです。

流路を拡大することで効率よく後ろからフロア下の風を抜くわけです。その結果フロア下は負圧になり、ダウンフォースを発生させます。

これが本来のディフューザーの効果です。しかしこれは車高の管理が難しく、アクティブサスも本来はこのベンチュリーカーの制御のために開発されたものなのです。
市販車レベルではウィングと同じでコアンダ効果によりリアにダウンフォースを発生させるためのものです。余程足を硬くするか、フルカスタマイズで制御を行わない限り無理です。F1ではウィングなどとのマッチングなどもあるくらいです。
ちなみにマルチエフェクターウィングといわれ、ロアウィングとディフューザーの相乗効果でそれぞれの翼失速を解消することが出来るそうです。

これも同様に抵抗があります。ただ、本来負圧領域である部分が減るのでCd値もります。どちらが大きく寄与しているかはわかりませんが；でももともとディフューザーはCd値を下げるために開発されたなんて『うわさ』も聞きます

しかしウィングやディフューザーではダウンフォースを発生させるパーツなので、やりすぎればリアが沈んだとき(加速)したときにはさらにリアを沈めてしまいフロントが怪しくなります。フロントにカナードなどを着け前後のバランスを整えるかサスペンションのセッティングを見直す必要があります。

要はバランスが大切なのです。