2021年F1マシン：勢力図を変えた空力ルールの変更点をおさらい
新型コロナウイルスの影響を受け、F1は大幅なレギュレーション変更の導入を2022年に延期することを決定。2021年は基本的に2020年のシャシーをそのまま使用することになった、FIA（国際自動車連盟）はダウンフォースを制限するためにルール上で介入した。
リア周りのダウンフォースを制限するこれらのルール変更は、当初、そこまで競争力に影響はないと考えられていた。しかし、実際に2021年F1マシンがコース上を走ると王者メルセデスが大幅にパフォーマンスを低下させていることが判明。ライバルのレッドブル・ホンダがパフォーマンスを向上させていることから“レーキ角”を焦点に様々な議論を生んでいる、ここで改めて2021年のルール変更についておさらいする。
タイヤによる空力制限
2021年の技術変更の主な動機は、安定した技術ルールの下で毎年自然に発生するマシンの開発と性能の向上により、ピレリのタイヤが受けるメカニカル的なストレスを制限することにあった。
18インチのピレリのF1タイヤのデビューは2022年に延期されたため、F1は現在の13インチのタイヤを継続している。同じコンパウンドが過去2シーズンで使用されており、より大きなダウンフォースでは伝達される力を吸収することができなかっただろう。
これに加えて、新型コロナウイルスによって、ピレリは2020年の最初の6か月間、21本のタイヤの開発プログラムに適切に取り組むことができなかった。昨年後半で、ピレリはタイヤの構造を強化し、より高い応力に耐えられるように注意を払った。
昨年のシルバーストンでの2回のレースは、現在のF1マシンでタイヤがどれだけのストレスを経験しなければならないかを示す明確な例となった。レース優勝者のルイス・ハミルトンを含むいくつかのマシンがタイヤの故障に見舞われた。ハミルトンは3輪でラインを横切って勝利を収めました。これは、タイヤ酷使するサーキットでの高いタイヤ摩耗とブリスターによるものだった。
11月1日、FIAは2021年シーズンのピレリのタイヤを承認した。これは、以前にホモロゲートされたタイヤよりも大きなカーカスを備えている。それらはより大きなメカニカル的な力に対処するのにより効率的であり、より低い圧力でもブリスターが減少することが期待されている。
FIAはダウンフォースを10％削減することを目指した
タイヤへの介入にもかかわらず、FIAのニコラス・トンバジスは、全体的なダウンフォースを2020年と比較して約10％削減することを目的として、2021年の空力ルールを修正するために介入した。これは明らかに、新しいシーズンに向けてタイヤの安全マージンを維持することを目的としていた。
ダウンフォースを制限するために、FIAは当初、2019年以降、以前よりも広い面積を持つリアウイングによって生成されるダウンフォースを制限することによって介入することを考えていた。しかし、FIAの技術者は、代わりにフロア面積に介入することを決定し、後車軸（RWCL）に向かって斜めにカットすることで空力的影響を減らした。
フロアでのカットは、マシンの縦軸に直交するCC平面から正確に開始される。これは、エンジンマウントが配置されているフレームの後部と一致する（技術第3.7条に従って、フロントアクスルから1800mm）
フロアは2020年の構成と比較して約3分の1縮小される。これにより、リアタイヤへの空気の流れの影響を減らす複雑なスロットとエアチャネルが自動的に消える。様々なダクトは、マシンの空気力学が空気の流れを密閉するのに役立ち、シングルシーターのグラウンドエフェクトとリアディフューザーの効率を高める一種の“ミニスカート”を再現しえちた。
しかし、フロア面積の削減だけでは全体的なダウンフォースを目標の10％を達成するためには十分ではないため、技術会議で強い疑問を引き起こした。F1チームのテクニカルディレクターは、チームがパフォーマンス不足を迅速に回復できるという事実に強い疑問を表明していた。
したがって、FIAは、ディフューザーとリアブレーキダクトの制限に直接介入する空力ルールに2つの注記を追加した。
ディフューザーの場合、ルールにより、車の中心線から250mmの横方向のオフセットで抽出チャネルの内部エリアに制限が課されられる。2020年と比較すると、フィン（つまり、抽出チャネルの内部ドリフト）は、車の基準面から50mm未満である必要がある。これは、底部の中央部分の“段差”と実質的に一致する。これは、フロア斜めのカットとともに2021年マシンのリアダウンフォースを減らすのに役立ち、ディフューザーの効率を制限する。
一方、リアブレーキダクトの変更は、カンチレバーウィングレットに関係しているため、エンジニアによる極端な探求によって、マシンのこの領域が非常に複雑になり、マシンの最小要素からでも最大の空力効果を発揮していた。
何年もの間、フロントとリアの両方のブレーキダクトは、ブレーキシステムを冷却するという単一のタスクを実行しておらず、空力要素となっている。後部では、一連のカンリレバーフィンが可能な限り最大の荷重を後車軸に伝達し、コーナリング時に最高のトラクションと最大のグリップを実現しようとしている。ハブキャリアの背面図を表す下の図では、FIAが後輪軸から50mmの高さで、ウィングレットのカンチレバー延長を80mmに制限した様子を観察できる。黄色で強調表示するウィングレットは、ブレーキベルからブレーキグリップの後ろに突き出ている。
“ハイレーキ”と“ローレーキ”
現在のグリッドのF1マシンは、レッドブル・ホンダの“ハイレーキ＋ショートホイールベース”とメルセデスの“ローレーキ＋ロングホイールベース”を両端としてコンセプトが分かれる。
レッドブルの“ハイレーキ”とはフロントよりもリアの車高を高くして前傾姿勢を取らせることで、フロントを密封させてリアとの気圧の差を作り出し、マシン全体をディフューザーのように機能させてダウンフォースを発生させようというコンセプト。マシン側面から乱流がフロア下に入り込むとダウンフォース発生量に変化を及ぼすというデメリットがあった。
一方、メルセデスの“ローレーキ”は、前後の車高に変化をつけず、ロングホイールベースによってフロア面積を大きくとってフロアを地面に近することでダウンフォースを発生させるとコンセプトとなる。
2021年の空力ルールの変更は、両方のコンセプトに異なる影響を与えるが、現段階ではローレーキのマシンが打撃を受けていると考えられている。
フロア面積の縮小とそれに伴う複雑なスロットの制限は両方のコンセプトに影響を与えているが、最も影響が大きいのはディフューザーの寸歩の変更だと考えられている。
レッドブル・レーシングは、バーレーンでリアが非常に安定しており、リアのダウンフォースの損失が最も少ないように見える。これは、ダウンフォースだけでなく、タイヤの摩耗やオーバーヒートにも寄与する。
ハイレーキのコンセプトが魅力的な理由は、リアのギャップを大きくすることでディフューザーのパフォーマンスを向上させ、空気の流れを急速に拡大させ、強力な真空効果を生み出すことにある。
ハイレーキで非常に高い最低地上高を採用していたレッドブルは、すでに地面から離れたドリフトでディフューザーを操作することに慣れており、ライバルとは異なり、それがもたらす不利な点を克服することをすでに学んでいる。そのため、ディフューザーの寸法変更の影響が少なかったと考えられている。
Z字型のフロアデザインがトレンドに？
2021年のF1マシンは、空力ルールの変更に対応したフロアソリューションで2つの相反した設計トレンドを見せているが、最終的には“Z字型”のフロアが主流になっていきそうだ。
メルセデス、アストンマーティン、レッドブル、アルファタウリ、アルピーヌの5チームは、フロアが先細りになり始める場所から約200mm後方に斜めのカットアウトを作成した。この手法は、利用可能な総フロア面積の一部を放棄することになるが、フロアの形状に関してより柔軟性がある。
Z字型のフロアは、基本的にマシンの中心線に対して平行なフロアエッジを備えており、上記5チームは、斜めのエッジがリアへの気流に与える影響と考えたことを示唆している。
カテゴリー： F1 / F1マシン
