【動画】 F1 | 2021年F1マシンの風洞モデルを初公開
2021年のF1世界選手権では、コース上でのバトルやオーバーテイクを改善することを目的として新レギュレーションが導入され、F1マシンは大きく様変わりすることになる。昨年9月、リバティ・メディアとFIA（国際自動車連盟）は2021年F1マシンのコンセプトカーを公開。
その後、2021年のビジョンを実現するためにCFD（計算流体力学）を使用した前例のない量の研究開発が行われてきた。
次のステップは、風洞実験でそのデータを確認するだった。先月のF1ドイツGPに先立ち、最新の2021年F1マシンの最新モデルが厳格な秘密の条件下でザウバー風洞に設置され、広範なテストが行われた。すでに1月には2018年の60％モデルが使用された最初の走行、3月には13インチホイールを搭載した2021年F1マシンの2回目のテストが行われていた。
テスト結果は全チームで共有されますが、アルファロメオ・レーシングが有利にならないように、ザウバーの独立コンサルタントグループが風洞を走らせた。
公開された画像ではフロントタイヤを覆うカバーが印象的。サイドポッドエリアやリアウィングなどの要素は、最終仕様でも同じままであると予想されますが、画像で確認できる平面的なフロントウィングは開発が続けるにつれて進化することを期待されている。
動画では、18インチタイヤが奏功された2021年F1マシンのの50％スケールモデルの風洞での走行を確認できる。マシンの後ろを上下に動くレーキがあり、マシン後方の空気の流れを測定。F1とFIAはマシンの後流を監視し、追従性を向上させていく。
F1の最高技術責任者を務めるパット・シモンズは「我々が行っている風洞試験は、チームが実施するものとはは少し異なります」とコメント。
「チームは、マシンを動かす際のさまざまな姿勢を通じて、マシンにかかる力のみに集中しています。当然、我々もそれらの力がどのようなものであるか、特にマシンの動きに応じてそれらの力がどのように変化するかに興味を持っていますが、マシンの後ろの乱気流に何が起こっているかにさらに関心を持っています」
「そのため、我々はCFDでほとんどの開発を行っています。CFDはチームでは一般的に使用されないかなり高度な手法を使用していますが、物理シミュレーションで仮想シミュレーションをバックアップしたいと考えています。また、60％モデルではなく50％モデルを使用することを選択し、風洞内でそのモデルをかなり長く実行することを選択し、マシンの後流を最適に検査する機会が得られました」
ザウバー風洞を使用する利点は、スイスのオペレーションに非常に優れた自動レーキシステムがあることだ。
FIAのシングルシーター技術担当責任者であるニコラス・トンバジスは、後方に設置されたレーキは「ヨー感度のあるピトー管で構成されており、方向、圧力、流れの速度など、主に速度成分と圧力を測定できます」と語る。
「そのようにして、CFDで予測されているものが正しいことを確認できます。これらの構成の作業の大部分、99％はCFDで行われています。これらすべての基本的なポイントは、後続車が直面する損失を削減することにあります。先行車の空気力学の簡素化によって後流を制御する方法が多くないため、後流性能にも役立ちます。一方、これらの小さな非常に敏感なデバイスをすべて備えていない後続車は、混乱の影響を受けにくくなります」
従来、100％スケールのマシンは風洞では使用されていない。数年前、モデルの製造に莫大な費用がかかっていたため使用が禁止されていたからだ。大部分のチームは60％モデルを使用するようになったが、F1とFIAは50％スケールを使用することを選択した。
「トンネル内のスペースが少なくて済むため、クルマの長さの観点から、さらに後ろを見ることができます」とパット・シモンズは語る。
「そこにフルサイズのマシンがあると想定すれば、マシンの10分の1しか見えなため、50％が良い妥協案となります。モデルの詳細レベルを十分に得ることができ、まだ後ろに距離があります。最近のチームは、60％を超える傾向にあります。モデリングには利点がありますが、最近の製造技術、特に積層造形などにより、最近では非常に正確な50％モデルを作成できます」
研究開発チームが後流をテストするために後ろに2台目の車を置いていない理由を疑問に思うかもしれない。だが、パット・シモンズはそれは“必要ではない”と語る。
「2008年にそれを行いました。2009年に向けたオーバーテイクの研究を実施しました。そのためには、実際には小さすぎる1/4スケールモデルに縮小する必要がありました。我々がそれを行うことを無効としています。ザウバーのような大きな風洞であっても、実際に非常に近いマシンで1つの構成しか実行できませんでした。我々がやろうとしているのは、実際のシミュレーションツールとしてCFDを使用することです。これは相関関係が重要となります」
結果はどうだったの？
2021年規則の主要な目標の1つは、オーバーテイクを増加させることにある。これを実現するために、マシンがより密接に互いに追従することを可能にする方法を見つけることが追及され、後流を減らすための多くの研究が行われている。
そのために何ヶ月もの間CFDテストが実施された。風洞での一連の走行がそのような結果が明らかになったのだろう？
「基本的にCFDは正しかった」とニコラス・トンバジスは語る。
「大きな驚きはなかった。したがって、現在の50％のレベルと比較して、後流の乱れは5〜10％だが、テストしている正確な構成などに依存する」
パット・シモンズも、結果は「プロジェクトを開始したときに達成できると思っていたものを実際に超えている」と語る。「現在の構成では結果は並外れている」
ブラウンGPとジェンソンバトンがF1世界選手権で優勝した2009年と空力レギュレーションがオーバーホールされた2017年にも研究プログラムが行われていたが、現在ほど洗練され、徹底的なものはなかった
「もちろん、このレベルの強度は、物事にかかりきりになれるマンパワーという点でチームができることにはほど遠いが、我々には小さいながらも優れた空気力学のチームがあります。制限されていないので、どのチームよりもはるかに多くのコンピューティングパワーにアクセスできます」とパット・シモンズは語る。
「アマゾンウェブサービス（AWS）接続を通じて、スーパーコンピューターを使用しており、非常に多くのコンピューティングコアを実行しています。CFDでは、環境を多数の小さなセルに分割する必要があり、それらのセルごとに方程式を解きます。典型的なチーム環境では、192個のコアを使用して9,500万個のセルを解決しています」
「現在の構成では、1152個のコアを使用しており、最大5億5,000万個のセルを解決しています。そして、来年には最大2300コアに移行する可能性があります。チームが使用するよりも桁違いに多くのコンピューターパワーを使用しており、2台のマシンのシミュレーションを使用することができます。」
F1チームはどのような役割を果たしているのか？
F1とFIAは、10月の締め切りに間に合うように2021年レギュレーションを完成させるために研究開発に協力しているが、チームを除外しているわけではない。実際、それはまったく逆となる。チームはデータの収集と開発プロセスを支援するよう招待されており、FIAは現在のプロジェクトに割り当てられた時間外にテストを行うことを許可している。
「チームは非常に素晴らしく、それを行うためのリソースを持っているチームは、我々のために多くのプロジェクトに取り組んできました。そして、彼らは皆、何が起こっているかを完全に知らされています」とパット・シモンズはコメント。
「我々は数か月ごとに会議を開いて、ジオメトリを送信し、それを独自のCFD環境で実行し、結果をフィードバックしています。彼らは彼らが望むように関与してきました。一部のチームはリソースを投入できません。すべてのチームの結果は、カットオフポイントに到達するまで共有されます。カットオフポイントになると、宣言されたルール内で操作する必要があります」
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