ダウンフォース

ダウンフォース (down force) は、走行そうこうする自動車じどうしゃに対たいして空そら力りょくによって発生はっせいする、負まけの揚力ようりょく、つまり自動車じどうしゃが地面じめんに押おさえつけられる向むきに発生はっせいする力ちからである。

ダウンフォースの必要ひつよう性せい

現代げんだいのレーシングカーでは、加減かげん速そくを機敏きびんにするために車体しゃたい重量じゅうりょうを抑おさえつつ、タイヤのグリップ力りょくを確保かくほするために、空そら力りょくによるタイヤ負荷ふかの上昇じょうしょうすなわちダウンフォースを得えるように設計せっけいされている。

タイヤの摩擦まさつ力りょくを単純たんじゅんに表あらわすと

摩擦まさつ力りょく=摩擦まさつ係数けいすう×垂直すいちょく抗力こうりょく（＝タイヤを地面じめんに押おし付つける力ちから）

であるが、規則きそくによりタイヤの摩擦まさつ係数けいすうは全ぜん車両しゃりょうでほぼ同一どういつであるため、グリップ力りょくを高たかめ、コーナリングパワー（CP）を稼かせぐには、タイヤを地面じめんに押おし付つける力ちからを増加ぞうかさせなければならない。しかし車体しゃたい全体ぜんたいの質量しつりょうを増加ぞうかさせてこれを実現じつげんした場合ばあいは、カーブ走行そうこう中ちゅうに慣性かんせい力りょくと慣性かんせいモーメントが大おおきくなり不利ふりな上うえ、加減かげん速そくも鈍にぶくなるため、車体しゃたい重量じゅうりょうを増加ぞうかさせずにタイヤを地面じめんに強つよく押おし付つける必要ひつようがあった。そこでウイングを装着そうちゃくし空気くうきの力ちからで車体しゃたいを下向したむきに押おし付つける方法ほうほうが考案こうあんされた。空そら力りょくでタイヤを地面じめんに強つよく押おし付つけても車体しゃたいの質量しつりょうが増ふえたわけではないので、慣性かんせいは大おおきくならず車くるまの機敏きびんな動うごきを妨さまたげることはない。

直ちょく線路せんろにおいても高速こうそく走行そうこう時じにはタイヤの路面ろめん追従ついしょう性せいの低下ていかが起おこるが、適度てきどなダウンフォースでタイヤを地面じめんに押おしつけることによりこれを防ふせぎ、操縦そうじゅう安定あんてい性せいの悪化あっかやタイヤの空転くうてん、最悪さいあくの状況じょうきょうである「リフト」の発生はっせいを抑制よくせいすることができる。

大おおきなウイングなどで強つよいダウンフォースを得えられれば旋回せんかい時じの速度そくど限界げんかいを上昇じょうしょうさせることができるが、同時どうじに誘導ゆうどう抗力こうりょく（空気くうき抵抗ていこう）も増ますことになり直線ちょくせん走行そうこう時じの最さい高速度こうそくどや高速こうそく走行そうこう時じの加速かそく性能せいのうが犠牲ぎせいになるため、そのバランスは重要じゅうようである。

ダウンフォース発生はっせい機構きこう

詳くわしくは「エアロパーツ」参照さんしょう

ウイング

ダウンフォースの発生はっせい機構きこうとしてはまず、ウイングが開発かいはつされた。板いたを水平すいへいから進行しんこう方向ほうこう下向したむきに傾かたむけて前進ぜんしんさせると、前方ぜんぽうから流ながれてくる空気くうきの圧力あつりょく差さにより、下向したむきのモーメントが発生はっせいする。これを利用りようするために車体しゃたいの前部ぜんぶと後部こうぶに2枚まいの板いたを搭載とうさいした車くるまが登場とうじょうする。

1960年代ねんだい、軽量けいりょうなレーシングカーは急速きゅうそくに高たかまったエンジンパワーをいかに効率こうりつよく駆動くどう力りょくに変換へんかんするかが課題かだいとなっていた。1966年ねんにシャパラルが後こう輪わ（駆動くどう輪わ）アップライト（ばね下か）に支柱しちゅうを取とった巨大きょだいなウイングを装着そうちゃくし、空気くうき力りょくにより強力きょうりょくなダウンフォースを得えることで、トラクション不足ふそくの解決かいけつを試こころみた。まもなくばね下かへの空そら力りょく付加ふか物ぶつ設置せっちは競技きょうぎ規則きそくで禁止きんしされたが、この試こころみは現在げんざいでは形かたちを変かえているものの、規則きそくで許ゆるされるほぼ全すべてのカテゴリで用もちいられている。

現代げんだいにおけるウイングは、より少すくない抵抗ていこうで大おおきいダウンフォースが得えられるようにするため、飛行機ひこうきの翼つばさを上下じょうげ逆ぎゃくにしたような断面だんめん（翼つばさ型がた）になっている。

過度かどにダウンフォースを発生はっせいさせると誘導ゆうどう抵抗ていこうが増加ぞうかし、それに伴ともない直線ちょくせんでの最さい高速度こうそくどが低下ていかする。したがって直線ちょくせんとコーナーでは必要ひつようとされるダウンフォースの大おおきさが異ことなる。しかし、ほとんどのカテゴリのレースにおいて走行そうこう中ちゅうのウィング角度かくどを変化へんかさせることは禁きんじられているため、レースサーキットの形状けいじょう（直線ちょくせんとコーナーの割合わりあい）によるウィング角度かくどのセッティング決定けっていはチーム勝利しょうりのための重要じゅうような要素ようそとなっている。(F1では、2009年ねんよりドライバーが走行そうこう中ちゅうにフロントウィングの設定せっていを変更へんこうできるようになり、2011年ねんからは一定いってい区間くかんにおいてリアウィングの角度かくどを減へらし空気くうき抵抗ていこうを低減ていげんするDRS（ドラッグリダクションシステム)が登場とうじょうしている。)

ウイングカー

グラウンド・エフェクト・カー (ground effect car) と呼よぶこともある。

飛行機ひこうきが空そらを飛とぶために持もっている翼つばさは、前方ぜんぽうから空気くうきが流ながれてくると上面うわつらを流ながれる空気くうきの速度そくどが、下面かめんを流ながれる空気くうきの速度そくどよりも速はやくなるようになっている。ベルヌーイの定理ていりにより、上面うわつらを流ながれる空気くうきは下面かめんを流ながれる空気くうきよりも圧力あつりょくが小ちいさくなり、これが飛行機ひこうきを宙ちゅうに引ひき上あげるエネルギー（揚力ようりょく）となっている。

これに着目ちゃくもくしたF1 チーム・ロータスのコーリン・チャップマンは、ダウンフォースの発生はっせい源げんをウイングだけに頼たよるのではなく、F1車両しゃりょうを前まえから後うしろへ切きった断面だんめんを、この翼つばさを上下じょうげ逆ぎゃくにしたものと同おなじようにすれば効率こうりつ的てきにダウンフォースを得えられることに気きが付ついた。F1車両しゃりょうの幅はばは2メートルにも満みたなかったが、サイドスカートと呼よばれる、外気がいきが車体しゃたい下面かめんに流ながれ込こむのを防ふせぐ壁かべを作つくることで、ダウンフォースを得えるに十分じゅうぶんな車体しゃたい下面かめんの空気くうき流速りゅうそくを確保かくほすることができた。これをグラウンド・エフェクトと呼よぶ。そのアイディアは1977年ねんにロータス78で実現じつげんされた。

初期しょきのサイドスカートはブラシ状じょうのものであったが、すぐにサイドスカートはベニヤ板べにやいたになりローラーないしスプリングで地面じめんに押おし付つけられ、効果こうか的てきに車体しゃたい下部かぶの空気くうきを閉とじ込こめた。1981年ねんにローラー可動かどうスカートは禁止きんしされたが、何なん度どか別べつの方法ほうほうでサイドスカートは取とり付つけられた。

このウイングカーは車体しゃたい下部かぶが曲面きょくめんで構成こうせいされており、車体しゃたい中央ちゅうおうがもっとも地面じめんに近ちかく、車体しゃたい後部こうぶ下面かめんはせりあがっており、サイドスカートで閉とじられた空間くうかんはベンチュリー状じょうになっていた。ベルヌーイの定理ていりにより、流速りゅうそくが大おおきくなる車体しゃたい下部かぶでは空気圧くうきあつが大おおきく下さがり、下向したむきの揚力ようりょくが発生はっせいし、これがダウンフォースとなった。上面うわつらは平面へいめん部分ぶぶんが大おおきく空気くうき抵抗ていこうを低減ていげんし、ラジエターに空気くうきが入はいりやすくなっている。

ウイングカーは、丘おか状じょうの地形ちけいを走行そうこうするときなどにボディ下面かめんに一気いっきに空気くうきが入はいり込こむと、舞まい上あがってしまう。これによる事故じこが起おきたことから、1983年ねんにはF1でフラットボトム規定きていが適用てきようされ、車体しゃたい下部かぶの大だい部分ぶぶんは地面じめんに平行へいこうな平面へいめんで構成こうせいされなければならなくなった。F1におけるウイングカー自体じたいはこれで消滅しょうめつしたが、平面へいめんで構成こうせいされなければならないのは前後ぜんご輪わの間あいだだけであったため、これ以後いごも各車かくしゃとも後ご輪わ軸じくより後うしろはせりあがり形状けいじょうを形成けいせいしている。これをディフューザー (diffuser/拡散かくさん器き) と呼よぶ。ディフューザーは、車体しゃたい底面ていめんと路面ろめんとの間あいだで加速かそくし圧力あつりょくの下さがった空気くうきを、スムーズに拡散かくさんし大気たいき圧あつへと戻もどすための装置そうちである。ディフューザーの容積ようせきが大おおきいほど大量たいりょうで高速こうそくの気流きりゅうを車体しゃたい底面ていめんに流ながすことができるため、ダウンフォースの獲得かくとくには最もっとも重要じゅうようなエリアである。ディフューザーの効果こうかが顕著けんちょに表あらわれた例れいとして、2009年ねんのF1が挙あげられる。大だい容量ようりょうのディフューザーを備そなえたブラウンGPのBGP001が開幕かいまくから勝利しょうりを重かさね、ドライバー・コンストラクターのダブルタイトルを獲得かくとくする一因いちいんとなった。

2022年ねんからのF1ではグラウンド・エフェクトが解禁かいきんされたが、長年ながねん使つかわれずノウハウ不足ふそくであったこともあり、「ポーポイズ現象げんしょう」と呼よばれる激はげしい上下じょうげ運動うんどうでドライバーの健康けんこう問題もんだいに発展はってんするチームもいた。

ファンカー

ファンカーとして最初さいしょのものは、二人ふたり乗のりレーシングカーカテゴリのCan-AMで、シャパラル2シリーズの車体しゃたいにファンとファン駆動くどう用ようエンジンを取とり付つけたシャパラル2Jが1970年ねんに登場とうじょうした。車体しゃたい下部かぶの空気くうきを強制きょうせい的てきに吸すい上あげて、車体しゃたい下部かぶの空気圧くうきあつを下さげることで車体しゃたいに強力きょうりょくなダウンフォースを与あたえた。

F1では1977年ねんには多おおくのチームが前述ぜんじゅつのウイングカー構造こうぞうに追随ついずいしていたが、使用しようしていたエンジンの形状けいじょうが他たのチームと違ちがい、ウイングカー形状けいじょうに車体しゃたい下部かぶを形成けいせいすることの難むずかしかったF1ブラバムチームのゴードン・マレーは、ベルヌーイの定理ていりによるウイングカー化かを放棄ほうきし、シャパラル2Jのように車体しゃたい後部こうぶに巨大きょだいな排気はいきファンを取とり付つけ、車体しゃたい下部かぶの空気くうきを直接ちょくせつ吸すい出だすBT46Bを開発かいはつした。他た車しゃと同おなじようなサイドスカートを装備そうびしており、ウイングカーとは違ちがい車体しゃたい下部かぶの空気くうきをファンで吸すい出だすことでダウンフォースを発生はっせいさせた。

BT46Bはデビューした1978年ねんスウェーデンGPで圧勝あっしょうしたが、ルールの厳密げんみつ化かと明文化めいぶんかにより1戦せんのみの出走しゅっそうで出走しゅっそう禁止きんしとなった。詳くわしくはファン・カーを参照さんしょう。

これらの機構きこうは、空気くうきの流ながれによって発生はっせいするダウンフォースの大おおきさが車体しゃたいの速度そくどに左右さゆうされるウイングカー構造こうぞうと違ちがい、自由じゆうに車体しゃたい下部かぶの圧力あつりょくを調節ちょうせつできたために中ちゅう低速ていそくで圧倒的あっとうてきに有利ゆうりだった。

サイドポンツーン

1960年代ねんだい後半こうはんになると、F1などモータースポーツではタイヤの扁平へんぺい化かが進すすみ、前方ぜんぽう投影とうえい面積めんせきの増加ぞうかにより高速こうそく走行そうこう時じに発生はっせいするタイヤの空気くうき抵抗ていこうが大おおきくなってきた。そのために、フロントウィングで前輪ぜんりんを避さけるように気流きりゅうを調節ちょうせつしたり、フロントウィング自体じたいをラジエータとすること等とうで克服こくふくしていたが、1970年ねん前半ぜんはんには後こう輪わの前方ぜんぽうにラジエータあるいは吸気きゅうき口こうを設置せっちすることがトレンドとなった。1972年ねん、安全あんぜん性能せいのう向上こうじょうの観点かんてんから燃料ねんりょうタンクを保護ほごする衝撃しょうげき吸収きゅうしゅう構造こうぞうがレギュレーションにより義務付ぎむづけられたことから始はじまる。運転うんてん席せきサイド及および後方こうほうにある燃料ねんりょうタンクを保護ほごするためには、その両側りょうがわに衝撃しょうげき吸収きゅうしゅう構造こうぞうを設もうける必要ひつようがあった。初期しょきには発泡はっぽう材ざい等とうを取とり付つけることにより燃料ねんりょうタンクの保護ほごとしていたが、発泡はっぽう材ざいに替かわってラジエータやそのダクトを衝撃しょうげき吸収きゅうしゅう構造こうぞうとしたものがサイドポンツーンの走はしりである。

1970年代ねんだい後半こうはんになると、このサイドラジエータは前述ぜんじゅつのウィングカー構造こうぞうの構成こうせい部品ぶひんとなり、主要しゅようなダウンフォース発生はっせい装置そうちの一ひとつとなる。大おおきさも巨大きょだいになり、前輪ぜんりんと後こう輪わの間あいだの空間くうかんを全すべてカバーするまでに至いたる。

しかし1983年ねんにはウィングカー構造こうぞうが禁止きんしされたため、サイドラジエータは極端きょくたんに小ちいさいものが流行りゅうこうになった。1983年ねん初頭しょとうには極端きょくたんにサイドラジエータを小ちいさくしエンジンに密着みっちゃくさせ、1970年ねん頃ごろのようなスリムな車体しゃたいのティレル012-FordやブラバムBT52-BMWなどが登場とうじょうする。しかしこのころ流行りゅうこうしていた過か給きゅうエンジンの大おおきな発熱はつねつを処理しょりするため、この小ちいさいサイドラジエータは主流しゅりゅうにはならなかった。

1984年ねんになると、サイドラジエータを再度さいどダウンフォース発生はっせい装置そうちとして利用りようしようとするエンジニアが現あらわれ、また大型おおがた化かが推おし進すすめられることになる。この構造こうぞうは、サイドラジエータを前後ぜんご輪わの中なか間あいだほどまで前まえに移動いどうさせ、その後ご端はしと後こう輪わの間あいだに空間くうかんを作つくる。この空間くうかんには、前述ぜんじゅつのフラットボトム規定きていにより平面へいめんになった車体しゃたい底面ていめんの延長えんちょう上じょうに平たいらな板いたを設置せっちした。前方ぜんぽうから流ながれてきてサイドラジエータによって押おしのけられた空気くうきが、サイドラジエータと後こう輪わの間あいだにある空間くうかんに流ながれ込こむと、この板いたを押おし下さげてダウンフォースを発生はっせいさせる。また、この板いたが底面ていめん下かの気流きりゅうを整ととのえ後ご輪わに乱気流らんきりゅうを当あてないようにするという効果こうかもあった。

この構造こうぞうはサイドポンツーンとして定着ていちゃくし、1990年代ねんだい後半こうはんまで継続けいぞく的てきに、そして補助ほじょ的てきに用もちいられた。サイドポンツーンによるダウンフォースの発生はっせいはわずかなものであるが、ラジエータを前まえに出だしたことで車くるま重じゅうの前後ぜんごバランスが向上こうじょうし、運動うんどう性能せいのうの向上こうじょうに恩恵おんけいを与あたえたこと、コクピットを衝撃しょうげきから守まもる助たすけになったというのがその理由りゆうである。

(名前なまえの由来ゆらいはポンツーンを参照さんしょう)