リアウィング（スポイラー）の整風効果

Question

wikipediaの「エアロパーツ」という記事によると、リアウィング（スポイラー）は、渦の発生を抑え、整風効果があるという記述になっています。

リアウィングによって、ダウンフォースが得られるのは、何となくわかりますが、どちらかというと空気抵抗になるものと思っていましたので、整風効果があるというのがピンときませんでした。
リアウィングがどのように渦の発生を抑え、整風効果を発揮しているのか、さらに詳しい説明をいただけたら、ありがたく思います。

prop_and_jet · Accepted Answer

これ（http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%82%A2%E3%83%AD%E3%83%91%E3%83%BC%E3%83%84）ですね？

一般論として、Wikipediaは、一般人が記載していますので、場合によってはデタラメが記載されていることもありますね。アメリカなどでも、時々この点で社会問題として話題になることもあるようです。
（ご存知でしたね。）
（別に上記がデタラメとは言っていませんが、そのうち誰かが書き直すのでしょう。）


ということで、ここgoo/OKWaveと同じく、参考にはなりますが、絶対ではありません。

私も、上記URL見ましたが、途中で面倒くさくなって読むのやめてしまいましたが、回答は してみます。


ところで、申し遅れました。私はパイロットです。

だからなんだ？と言わないで下さい。一応、いろいろ学んできました。


さて、整流効果（整風効果?）ですが、

実はこのあたりって、難しいのです。机上の計算ではなかなか専門家でも分からず、結局は、巨大な風洞施設で実験してみて、実験と試作の繰り返しでのみベストなものが出てくるのです。これは、車のエアロパーツもそうですし、航空機の設計も、実はそうなのです。
（http://www.suzukisport.com/profi/windtunnel/windtunnel.html）

つまり、そのような巨大施設も使えないような会社が設計したエアロパーツなどは、総じてニセモノ（空力効果はほとんどデタラメ）と考えてもよいものです。

例えば、東海道新幹線の設計時、超高速ですれ違う場合はものすごいことになるだろうと当時の設計士は考え、に対して、停止中の列車の横を通過する場合はそれほどでもないであろうと当時の設計士は机上で計算し、

すれ違い線路は互いの間隔（上下線の間隔）を広く取り、追い越し区間の列車同士の間隔はそれほど取らない設計にしたのです。

実際に造ってみたら大失敗。超高速ですれ違う時はな～んでもなし。

停止中の「こだま」を「ひかり」が追い越す時のこだま内での振動たるや、設計士技術士をびっくりさせるものでした。

という話は、有名ですよね。

日本国内でも有数の技術士集団が設計したであろう机上での計算も、このようにハズレる難しさが、空力の問題ですね。



さて、その前に、エアロパーツの目的ですが、

これは、当然、ダウンフォースを狙ったものですね。

ただしこれは、Ｆ１のように本気でダウンフォースを得ようとしたら、緻密な机上の計算と試作と実験を繰り返す必要がありますが、

例えば、市販車向けに、「リフト（車体が浮き上がろうとする力）をぶち壊す」ことを目的とするだけなら、適当に何らかを後ろに貼り付ければそれなりの効果は出てきます。

いずれにせよ、どのようなものを付けようが、それは全てドラッグ（空気抵抗）になるものです。

とりあえず、（http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2519843.html）の ANo.9 をご覧下さい。



ちょっと話の方向を変えて、

ダウンフォース（ネガティブリフト）とドラッグ（空気抵抗）の話は置いておいて。

整流効果ですが、これは、例えば、車体をフラッシュサーフェス化すれば絶大です。（そうしますとドラッグもかなり低下します）

ただし、車体をフラッシュサーフェス化しますと、高速下で極端なリフト（車体が浮き上がる力）が生じてしまうのです。

これでは危険です。よって、ポルシェやアウディのTTクーペなどは、仕方なくあのようなリアウィングを付けるのですね。

この場合、ネガティブリフトを上手に使う形状、整流された空気を上手に使った設計にしても良いのですが、

そんなもの無視して、リフトだけをブレイクする何かを貼り付けても、それなりの効果を発揮します。

どちらにしても それは間違いなくドラッグになりますが、

整流された気流を受ける設計のほうのウイングのほうが、得られるネガティブリフトに対するドラッグの量は、少なくできるでしょう。

いずれにせよ、ネガティブリフトを得るためには、必ずドラッグは発生してしまいます。


逆に言うと、車のような構造体では、フラッシュサーフェス化して燃費の良いボディーを作りますと、速度が上がれば上がるほどリフトがかなり上がってしまうのです。

このため、何とかドラッグの発生を最小限に抑えながらネガティブリフトを発生させるウイングを付けようと設計しますと、どうしても整流のことは考えませんと良い物は出来ません。


おもしろい話で、整流が良過ぎると、かえって扱い難いほどシビアなものになってしまうため、わざと気流の流れを少し乱すようなものをその前方に取り付けたりすることもあります。

または、あまりに高速下では、そのエアースピードの速さゆえ、失速してしまう場合もあります（翼上の気流の剥離）。このため、サーフェス上の気流の速度を落す目的で使われる場合もあります。

これは、車の世界ではこれまであまりやってこなかったことですが、航空機の世界では、結構使われてきた技術です。

後方のウイングの舵が上手く作用するように、その前方に、ある意味気流の乱れ（気流の渦）を生じさせるような突起を小さく付けたりするのですね。

同じ原理であると思われる、ランサーのオプションのルーフ後端に取り付ける整流装置などは、非常におもしろいですよね。
（http://response.jp/issue/2005/0308/article68720_1.images/82992.html）

また、近年の車では、前輪の前に。数センチの板が取り付けられていますよね。あれも、燃費向上させるために、あの部分ではドラッグになってしまうような板をあえて取り付け、気流を意図的に乱してその後方のタイヤで受けるドラッグの量を減らそうとしているのでしょうね。あれも整流板の一種と考えて良いものでしょうね。



市販車に付けられているウイングで、トータルでゼロリフト以下にするようなものは基本的にないでしょうね。あるとしても、自分で角度が変えられるようなタイプのものをかなり立たせてゼロリフト以下になる感じでしょう。

つまり、車体自体がリフトを発生し、それをウイングのネガティブリフトで打ち消してリフトを軽減する。といった範囲に抑えませんと、燃費が悪くなってしまって市販車では無駄です。


効率的にリアウイングを使うには、例えば、前方から はしってきた風が、ウイング自体に対して上方から最大でも12゜を越えない範囲で上手く当たりませんと、効率的にはそのウイングは働きません。アングルオブアタックと言うのですが、これ（AofA）が12゜を越えた時点で失速です。


ということは、そのウイングが付いている位置では、実際にはどの方向からどういった風が流れ込んでくるのかが分かっていませんと、どういった角度のウイングを付ければ良いのかすら分からないのです。

付けたあとで角度が調整できるタイプのものでしたら、いろいろ実験して簡単に確かめることもできますが、公道上ではまず無理でしょう。毎回条件が違いすぎて、比べることもできません。




純正のものも含め、おおかたのエアロパーツは、飾り的要素の強いものでしょう。

例えば海外、欧米などでは、日本のクラウンような、野暮ったいごってりとした高級感の車など無いわけで（一部古典的なものはありますが）、

一般のファミリーカーやパーソナルカーでは、大型車も含めて皆、スポーティーにまとめることが一般です。

フルサイズのセダンでも、最高グレードになってくると、リップスポイラーやサイドスポイラーやらリアウイングが上手に付いてまとめられるものが、高級車です。

そのようなものも、ダウンフォース云々よりか、デザインのほうを重視した設計でしょうね。なるべくドラッグを発生しない範囲で、かっこ良いもの。あわよくばネガティブリフトも。といった順番でしょう。




＞リアウィングがどのように渦の発生を抑え、整風効果を発揮しているのか、さらに詳しい説明をいただけたら、ありがたく思います。

例えば、例ですが、マークXのＳパッケージのトランクに付けられたような形状のものは、あえて後方に巻き込む風を切って、巻き込ませないようにしてリフトを切って、ひょっとすると、ある速度域では、ドラッグまで切って軽減しているかもしれません。

上記までの説明と矛盾しているように感じるかもしれませんが、

空気が後方で、失速するかしないかの状態で失速してそれが続きますと、最もドラッグが発生しているポイントの状態が続くことになります。

そこで意図的に初期の段階から空気の流れを後方に真っ直ぐ流してしまい、ある意味、トランク後方の上部ではかなり低い速度から意図的に失速させてしまうのです。

実車実験や風洞などで良い結果が得られる場所に上手く付けられれば、例えば時速100km/hで最高の結果（ドラッグをも多少の軽減）が得られるかもしれません。

似ているものとして、航空機のウイングレットなどもそうですね。ストレイト＆レベルででも発生するメインウイングボルテックスを最小にする目的で付けられるウイングレット。
ボルテックスが起きていますと、ものすごくドラッグが発生して、常にかなりの力で翼端が後方に引っぱられているのです。そのボルテックスを少なくしてやるウイングレットを翼端にわざわざ付けてやることで、その分重くもなりCd値も単純にみると悪化するであろうに、ボルテックスが抑えられ、実は飛躍的にドラッグが減少するという結果になっています。これでかなりの燃費の削減になるようです。

これと同じで、ある速度域では、後部に風が巻き込まないようにすることにより、かえってドラッグも減少させることに成功するのかもしれません。
（マークXのものがこれに成功しているかどうかは当方全く分かりません。）



＞魚のように尻尾のほうにむかってすぼむような形状をしていれば、この後端部の空気が薄くなる現象がかなり解消され、ほとんど渦も起こらず、後ろへ引き戻す力も発生しないと思います。

その通りです。そのような形状にすれば、ドラッグはミニマムになります。


＞ただし、単純に平たい流線型の車体にした場合、高速になるほど、車体全体が浮かび上がる現象が起きると思います。

「平たい」の意味（どのようなものをイメージ？）が分かりませんが、例えば、翼断面形状、スプーンを伏せたような形状のことでしょうか？
それでしたら、答えはYes。　浮かび上がります。


＞そこでダウンフォースを稼ぐ、リアウィングなのですが、ウィングの形状を考えると、どちらかといえば、車体の後端部の空気が薄くなることを軽減するようには思えず、余計に渦が発生してしまうような気がします。

全くその通りです。


＞なので、ウィングを装着することで、渦が減るのか（整風効果があるのか）という疑問を持ったわけです^^

つまり、車体直後方へ積極的に風を送り込み、後方の風の剥離を抑えてやる効果があるのか？　というご質問ですね？

答えは、「その効果は全くありません。」

特に、例えば、サーキットを走るような競技車に付けられるウイングや、その他市販車でも高速移動が可能な設計がされた車に付けられるウイングで、そのようなことを目的としたものは一切存在しないでしょう。

例えば、仮にあるとすれば、海外で見たオプションですが、１Ｂｏｘ車の遅い車で、翼を反対向きに付けるタイプのものがありますね。低速時に積極的に風を後方に取り込んで、燃費が良くなるために付けるものなのか、それとも他の目的があるのか、当方には分かりませんでした。

また、日本でも、例えば、クロカン車の一部でリアウイングのようなものが反対向きで付けられた純正のものがありますね。

古くは、ワンダーシビック３ドア車のリアに付けられたウイングのようなもの（http://www.honda.co.jp/factbook/auto/CIVIC/19830922/cv83-020.html）ですね。

これらは、ドラッグだの燃費云々の話ではなく、

例えば、雪解け道をガ～って走ってきた観光バスとかで、リアだけメッチャクチャ泥で汚いのとか、見たことありますよね？

リアに巻き込む風に乗った路面の泥粒が、後部にヒタヒタと付くのですね。

これを防止するために、後方上部からリア部に一気に吹き下ろす気流を作ってやることで、汚れが巻き込まれて付くことを防ぎ、リアガラス部の視界を良好に保つ目的のものです。

つまり、このように、汚れ防止のために整流された空気を後部に供給するタイプのものはありますが、ダウンフォースどころか、どちらかというとリフト側の作用になっていることでしょう。

ただし、車体自体の形状が、リアがスパンと切った形状の車に採用されますので、どっちみち多少のリフトが発生したところで、車体は浮き上がりなどしません。


よって、ダウンフォースを目的としたウイングでは、間違いなく後方へは乱気流を発しながら、車体は かなりのドラッグの影響を受けています。



＞渦が減るような形状のウィングもあるでしょうが、市販車のリアボンネットなどに取り付けたウィングの場合、どうなのでしょうか？？

はっきりとした回答をしようとしますと、車種個別の、風洞での結果の写真でも見ませんと、何とも言えません。

リアに大きく巻き込む風を、ある速度域ではトランクリッドでスパッと切り去るような効果のあるものもあることでしょう。

ルーフからリアウインドウを伝ってトランクリッド上部を流れてきた気流をスパッと後方へ追いやり、代わりに側面からの気流で補うようなことを目的とした設計の車体は、あるでしょうね。

（セオリー通りに設計が成功したかどうかは分かりませんが。）

話はズレますが、今の日本の燃費表示の10・15モードでは、Cd値を良くして燃費を良くしても、数値にあまり表れないのです。Cd値などメチャクチャなＲＶ車がのさばれる社会なのですね。京都議定書は聞いたことあるかと思いますが、日本は、2008年～2012年の間に温室効果ガスを1990年時点より６％削減しなければなりません。ところが、実際は、減るどころか、逆に８％も増えてしまっています。これから１４％も削減しなくてはならないのです。増えた部分の大部分は、マイカーなど、民生・運輸部門です。
（昔「60km/h時」という燃費表示がありましたが、）、「80km/h時」または「100km/h時」など、表示を義務付けて、妙なＲＶ車を根絶して、Cd値の良いデザインの車を設計するように促す必要が出てきた時期ですよね。本来とっくになっているべきです。



＞なるほど、そうですね！わたしも、ウィングとスポイラーは別物と考えていました。

全く同じ意味のものですね。ただ、ウイングは、翼形状、スポイラーはある意味エアーブレーキ、つまり、ドラッグを発生させることによってリフトをブレイクする目的のものですので、まさしく、リフトをブレイクする目的のためにドラッグが発生してしまうウイングと、全く同じ目的のものです。
形が翼っぽかったらウイングで、スポイラーっぽかったらスポイラーです。
スポイラーって、何？
スポイラーとは、航空機のメインウイング上に付けられた、着陸と同時にはね上がって、車輪ブレーキが効きやすくなるように機体を地面に押し付ける、また、同時にドラッグも発生させてエアーブレーキの役割もする、あの板ですね。
自動車用では、同じく、フロント下またはリア上部に取り付け、ダウンフォースを生じさせる翼のことですね。当然、このためにドラッグが発生します。


＞これらの用語が、教科書のようなもので定義されているわけではないので、人によって、いろいろな意味で使われていてそれはそれでいいとは思いますが。

まあ、英語ですので、英語圏での意味と全く同じであることが好ましいですよね。


＞もうすこし詳しい情報、面白い情報があれば、大変感謝します^^

例えば、自動車競技用などで、ダウンフォースを発生させる目的のものは、ほぼ間違いなくドラッグを発生させてしまうと考えて良いでしょう。

例えば、最も顕著な例で、ドラッグなど発生したら遅くなって不利な自動車競技、の中でも最高峰のＦ１。

必要なダウンフォースを得るために、すさまじいドラッグが発生してしまうようです。
（http://www.honda.co.jp/F1/spcontents2006/f1catalogue/04/）

Ｆ１でなくても、スピードを競う全ての自動車競技車両に取り付けられたウイングは、ダウンフォース（ネガティブリフト）を得る目的で付けられており、必ずドラッグを発生させてしまっています。

ダウンフォースを得るためにウイング角を上げたら、最高速度が落ちる。という話は、サーキットなどで良く聞くと思います。

最高速を取るか、ダウンフォースを取るか、サーキットの世界では常に頭を悩ますところのようです。
（まあ、ラリーでも同じですが。）

Sasakik · Answer

徒然なるままに、思いついたことを書き連ねたことを最初にお詫びしておきます。

ダウンフォースはボディにかける力と勘違いされている方が多いようですが、ダウンフォースはタイヤにかかり、接地圧（タイヤを押しつける力）が増えればいいのです。

ウィングが一般化する前のル・マンカーなどは、ロングテール化による整流効果（空気抵抗軽減）を狙ったデザインが主流でした・・・他のレース向け（標準仕様）にくらべ、リアオーバーハングが１ｍ以上長いマシンもあったくらいです。

ウィングを考案したのは、アメリカのデザイナー／レーサーのジム・ホールと言われています。可動式のモノを「エアロ・フリッパー」とも呼んでいましたね。

初期のウィングは、ダウンフォースを効率よくタイヤに伝えるためサスペンションアップライトに付いていました。また、ウィングの位置も、効率向上のためボディカウルから出来るだけ離れた位置になるよう、空気抵抗にならないよう細いステーで取り付けられていました・・・田宮の１／１２ゴールドリーフ・ロータスを作ったことのある方には判ると思います。
「怪鳥」と呼ばれたNissanR381もリアのサスペンションアップライトにウィングが付いていて、サスペンション連動で左右のウィングの角度が変化する・・・コーナーに合わせたダウンフォースが得られる、と言う仕組みでした。
で、何故、今のようなウィングの位置になったのかというと、”細いステーでサスペンションアップライトに・・・”ステーが折れたり、サスペンションが壊れたりの事故が多発したため、レギュレーションで禁止されたからです。

ついでに触れておきますと、以前も空力に関連する質問に対して回答したのですが、ちょっと前までF-1では、「ダウンフォースを得るためには空力は犠牲にしても良い」デザインでした。普通の乗用車でもCd値（空気抵抗係数、小さい方が抵抗が少ない）が0．4以下が常識の時代に推定0．7以上だったそうです。その代わりCl値（リフト係数）がマイナス（乗用車はプラスが普通）だったそうです。F-1も空力専門家の参加が普通になってからは大分変わったようですが・・・剥き出しのタイヤが回転しているので、どれくらい軽減されたのでしょうか？

ついでのついで・・・最近の飛行機に主翼の端が上方に折れ曲がったモノ（ウィングレット、ウィングチップフェンスなど）が増えていますが、コレは、渦流（ある種の気流の乱れ）を起こして空気が機体から剥がれやすくなる（空気抵抗が軽減される）ようにして燃費向上を狙った技術です。

manekane · Answer

スポイラーとウイングは違うものと考えたほうが良いでしょう。
スポイラーは空気抵抗を下げるものでウイングは空気抵抗でボディを下に押し付けるものです。
普通セダンのトランクの端っこに小さくあるものがスポイラーでランエボの様にそそり立っているものがウイングというみたいです。

初代アウディＴＴはテール部分が丸い形状で高速走行時、空気がはがれにくくてリヤが浮き上がり不安定になるということでリップスポイラーを付けて空気をスパッとボディからはがすように対策したのだと思います。
昔のクーペにコーダトロンカという形状があります。
流線型のボディのリヤ部分を断ち切った形状でリヤまで流線型が続くものより空力が良くなったそうです。

まあ空気が渦を巻くということは上に持ち上げる力が働くということにもなりますので押さえつけるのでなくスポイラーは浮き上がらないようにするものという風に考えてもよいのではないですか。

nttxinc · Answer

ダウンフォースは、
ポルシェの自動格納を見ても解るように、
それなりに高速でないと効果は出ません。

車の後側はストンと切り落とされた形になっていますよね。
そこに渦流が発生して、
イメージ的に言うとその渦が車を後へ引っ張ると、
その渦を起こりにくくするために、
羽根を付けて、
あたかも車の後がなだらかであるように、
空気の流れを整える。
こんな感じなんですけど、
実際にはサーキットでもなければ、
効果があるスピードで走り続けられるわけもないので、
航空方面の理論を借りてきた売り文句にすぎないかと。

リアウィング（スポイラー）の整風効果

これ（

この回答への補足

徒然なるままに、思いついたことを書き連ねたことを最初にお詫びしておきます。

この回答への補足

スポイラーとウイングは違うものと考えたほうが良いでしょう。

この回答への補足

ダウンフォースは、

この回答への補足

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