2023年F1マシン：サイドポッドの気流の処理に開発の余地
この変更は、リアタイヤ前の約1mに適用されます。また、アンダーフロアトンネルの最下部も10mm高くなる。
この変更を単純に昨年のマシンに当てはめると、アンダーフロアが生み出すダウンフォースと、地上高に対する感度の両方が低下することになる。そうすれば、ポーパシングを減らす効果があるのは明らかだ。FIAのニコラス・トンバジスは、この変更によっておよそ0.5秒のコストがかかると述べているが、これは各チームに分散する500人余りのエンジニアがこの部分の再最適化と開発に取りかかる前の話である。
当然ながら、各チームがベストなコンセプトを追求する中で、サイドポッドの視覚的に変化していくだろう。しかし、視覚的な部分が必ずしもパフォーマンスの決め手となるとは限らない。特にグランドエフェクトカーは、アンダーフロアが強力なため、なかなか目に見えない部分だ。
フロアサイドのリアセクションが高くなるということは、フロアの前方コーナー部分をより強く働かせようとすることになる。つまり、フロアの先端部の高さや、前面しか見えない4枚のターンベーンの位置や曲率が、その部分のパフォーマンス、ひいてはアンダーフロア全体のパフォーマンスに大きな影響を与えることになる。
この部分をより強く働かせるには、吸気流をより外側に向ける必要がある。これにより、アンダグロアのそのセクションの圧力が下がり、また、このターニングベーンによって発生するアウトウォッシュフローは、側面が 15mm 持ち上げられたアンダーフロアのさらに後方の端で圧力を低下させる。また、ディフューザーはフロアのリーディングエッジ（前縁）の中心に近い部分から流れを取り込むため、アンダーフロアの外側のエッジでは外界から遠く離れていることを意味する。
もうひとつの重要なポイントは、前輪とアンダーフロアのリーディングエッジのギャップを開けることだ。オープンホイールのクルマが作り出す乱気流をコントロールすることは、アンダーフロアのパフォーマンスにとって非常に重要でだ。2022年以前のレギュレーションでは、チームは非常に複雑なバージボードの配置でこれを実現していたが、新ルールでは禁止されている。しかし、エアロダイナミクスの専門家が、同じロジックを別の方法で適用することを止めるものではない。
最大ホイールベースが3.6mに設定されているため、単純に前輪をサイドポッドの外側のコーナーから前方に移動させることはできない。昨年はほとんどのチームがその最大値かそれに近い値を出していたが、アルファロメオだけは短いマシンを選んだ。
ほとんどのF1チームが重量制限に苦労したように、短いクルマにはメリットがある。しかし、2023年の最低重量796kgと3.6mのホイールベースを考慮すると、重量対長さの比率は2.21kg/cmとなる。つまり、わずかに短いクルマのダウンフォースロスを調査する価値は十分にあるということだ。もし、最低重量制限をオーバーしているのであれば、5cm短くすることで最大11kgの軽量化になり、毎周コンマ3秒の短縮になる。これは、時速250kmで25～30kgのゼロドラッグダウンフォースに相当するもので、決して無視できるものではない。設計仕様の早い段階で正しい妥協点を見出すことが重要となる。
したがって、ホイールベースを少し短くして、サイドポッドのフロントコーナーをさらに後方に移動させ、フロントタイヤとのギャップを広げる解決策が、優先研究リストの上位に入るだろう。
だが、サイドインパクトストラクチャーの位置の関係で、それを実現するのは簡単ではない。メルセデスは、前方上部構造をバックミラーの取り付け部を兼ねたフェアリングに搭載することで、斬新な方法を発見した。ただ、レギュレーションを100％遵守すること、そして今はレギュレーションの意図さえも遵守することに注意しなければならない。
すべての車、特にレッドブルとフェラーリのサイドポッドのフロントコーナーに見られるアンダーカットは、2つの側面衝突構造の間の領域にあった。
メルセデスはこのアンダーカットがなく、むしろ背の高い三角形のラジエーターインレットがシャシーサイドに寄っていた。前方上部のサイドインパクトストラクチャーの位置が斬新だったことで、メルセデスはフロントタイヤとのギャップを最も大きく取ることを可能にした。しかし、そのコンセプトの裏づけとなるパフォーマンスは得られなかった。
ラジエーターがアンダーフロアのリーディングエッジに接続されているために提示されているほど多くの気流を流すことができない。ラジエーターの入口に圧力がかかり、アンダーフロアの圧力が低い場合、これら 2つを近づけるということは、高圧を逃がす方法が 1 つしかないことを意味する。それは車の真下であり、アンダーフロアのパフォーマンスを低下させる。
レッドブルとフェラーリ、そして他の数チームが行ったように、高圧が車体下の低圧から逃げないような車体形状を作ることができれば、アンダーフロアのパフォーマンスはより安定する。
この流れが、アンダーフロアのパフォーマンスを安定させない。アンダーカットがあることで、この流れは、メインの流れ構造に実際の混乱を引き起こすことなく、車の側面を通過できる。また、サイドポッドの表面の大部分がフロントタイヤから離れる。
アンダーカットの形状だけを取り出して、この部分に断面線を引くと、レッドブルが一番深い。しかし、フェラーリではトレーディングエッジ（後縁）がよりアグレッシブになっている。この曲率は、フロア下の垂直ターニングベーンが生み出す流れと相まって、後方に向かうフロアを密閉するのに役立つ。このあたりは、2023年にさまざまな空力的ソリューションを目にすることになるだろう。
気を付けなければならないのは、重量配分だ。レギュレーション内では、これはかなり厳密に定義されている。
第4条：質量
4.1 最小重量
燃料を除いた車両の重量は、競技中常に 796kg を下回ってはならない。
4.2 質量分布
車両が水平面に置かれている状態で、前車軸と後車軸で測定された質量は、予選中常に、第 4.1 条に規定された質量をそれぞれ 0.445 と 0.540 で割った値より小さくなってはならない。0.5kg単位で四捨五入する。
この車軸の最小重量を考慮すると、重量配分は前荷重44.5％から46％の間で変化させることができることになる。これを燃料タンクが満タンのときと空っぽのときでできるだけ安定させること、少なくとも、燃料の積載量を変化させても、最も安定したベストバランスを得られる方向に動かすことが、課題のひとつとなる。
この重量配分の動きが、予選ではよくても、決勝ではそうでないという大きな要因になる。通常、予選ではフロントウイングに荷重をかけ、空力的な中心を前にしてフロントタイヤを働かせる。そして決勝では、リアタイヤをより長く保護するためにフロントウイングの角度を小さくする。
しかし、もし重量配分が逆方向（つまり燃料を追加したときに後方）に動けば、マシンのメカニカルバランスが崩れ、今度はバランスを取るためにフロントウイングの荷重をより減らして、リアタイヤのデグラデーションを抑えようとする必要が出てくるのだ。
2023年のマシンの研究の方向性を決めるとしたら、ホイールベースを少し短くして、たとえば3.55メートルにして重量を減らし、フロントタイヤとの間隔を広げながら、フロアのフロント部分をより強く働かせる解決策を見出すことができる。
2023年F1マシンの全貌は、バーレーンGPの最終日、あるいは開幕戦の初日まで見ることはできないだろう。なぜなら、各チームとも最新のアイデアをギリギリまで秘密にしておきたいからだ。
カテゴリー： F1 / F1マシン
