空力について

質問

ゴルフボールの表面には無数のディンプルがつけられていますね。
これで気流の剥離を抑え、直進性を高め、距離を伸ばすのらしいですが、

では、なぜモータスポーツのＦ－１マシンの表面は平滑なのでしょうか。

気流の速度はゴルフボールと近似していますし、さまざまな空力デバイスを付加し、剥離の影響を最小限に抑えようとする最たる物なのに、ディンプルは皆無です、また類似した考え方も見受けられません。

初歩の空力学は理解していますが、これだけは納得いきません。
ご教授ねがいます。

回答No.6

SCNK · ベストアンサー

境界層の厚さの違いです。境界層は対気速度が大きいほど薄くなります。また同じ形状ならば、大きい方が、比率としての厚みが小さくなります。

下の回答にもあるとおり、ディンプルはボーテックスゼネレータの一種ですが、小さすぎれば境界層に埋没してしまい意味をなしませんし、逆に大きすぎれば、境界層から大きく突き出し、抵抗になります。

Ｆー１マシンは、一定の速度で走行するわけではありませんから、設計が難しいのではありませんかね。

それにＦー１マシンは形状そのものが、後方に乱流を引きにくくなっていることもあるでしょう。ゴルフボールの形状は変えようがありませんからね。

そういえば大砲の砲弾にＢＢ弾（とは行っても小さい仁丹みたいなやつじゃないですよ。）というのがあります。砲弾の後ろの部分で火薬を燃やして、あたかも砲弾の後ろの部分が流線型のように発生ガスで整流するのです。燃えるゴルフボールなんていうのが作れれば、ディンプルはいらなくなるかもしれません。遠くからも曳光を曳いて良く見えるでしょうね。

お礼

ありがとう！
スッキリクッキリ納得です！

回答No.5

sqw-99

ぜんぜん違うから。
ボール先端から半分は、圧縮した空気を受け、
半分より後ろは、空気は剥離します。

剥離すれば乱流や減圧で、速度が落ち、一方向へ滑ります。

ディンプルの理由は、
ディンプルで、流体を内側に流れを変えて剥離しないようにするため。
空気を引っ張ろうと考案しているように思えます。
こう思っただけ。＾＾；

ゴルフボールと野球のボールは、全く違う空力特性です。
Ｆ－１マシンと飛行機、新幹線は、全く違う空力特性です。

画一した見方では、永久にカルマン渦など見つけられないよ。

補足

仰ること、全て理解した上での質問ですよ。
Ｆ－１の場合。ラジエターの取り入れ口、サイドポンツーンの頂上付近にｄジンプルをつければ隔離は抑えられ、リアへ有効な気流を導く事ができると考えたのです。

別に画一的な見方はしていません。

回答No.4

ElectricGamo

ディンプルとはゴルフボール上の流れを層流から乱流へと移行させることにより剥離のポイントを後ろにして抵抗を減らすためもので、いわゆる境界層制御と呼ばれる技術に入ります。

同じ役目を果たすものに、ボルティクスジェネレーターと呼ばれるものがあり航空機等で使われています。航空機の翼についてる小さな突起状のものがそれです。

ボルティクスジェネレーターはF-1で一時期搭載されたものの禁止になったそうです。禁止の理由は知りません。

ディンプルもボルティクスジェネレーターも必要な場所にだけ付ければ役に立つのですが、ゴルフボールは回転しながら飛ぶので全面につけなければ意味がありません。ですので全面がディンプルだらけで平滑ではありません。一方で、航空機やF1は流れに対して同じ面を向けているので、必要な箇所にだけつけることになります。だから見た目には平滑です。

また、ゴルフボールにディンプルがついているのは形状に工夫をする余地がないのも理由としてあります。球形ではなくて流線形に出来ればもっと飛ぶでしょうが、そんなゴルフボールは作れません。一方のF1や航空機では形状を流線形にすることで十分に抵抗を減らせます。

ですので境界層制御をするよりも前に流線形にするなど形状の最適化をする方が、限られた時間と資金で結果を出さないといけないモータースポーツでは、空力的によい結果を出せるということでしょう。

補足

解答ありがとうございます。
とても分かりやすい説明、感謝！です。

まずボーテックスジェネレーターですが、Ｆ－１では、ダウンフォース削減の目的で禁止事項となりました。
ＮＯ，さんの補足とダブりますが、近代Ｆ－１では、サイドポンツーンの入り口～中央付近では高くなり、後部に行くに従って急速に低く左右に絞られる形状となってきています。
これはより多くの気流をリアウイング下部へ導くためなんですが、
その「中央付近の盛り上がり」を観察していて・・・・・「ここで空気は剥離するだろう？　なぜ何も対策はなされてないのか？と思ったわけです（ヒマジン）。
この部分だけは、複雑怪奇なＦ－１でも、単純な部分ですから、私にも分かる（ような）気がしたわけです。

ちなみに、単純な揚力計算くらいなら理解できるレベルです。

やはり、風洞に携わってる人でないと解答は持っていないのでしょうか。
余談ですが、Ｆ－１雑誌で空力特集があれば、目は通しますが、マトモな説明は今まで皆無でした。
とにかく、回答者さんの分かりやすい説明には、再度感謝申し上げます。

回答No.3

yaginumasan

ゴルフボールはディンプルをつけると確かによく飛びますが、
Ｆ－１については、数値実験の結果、ディンプルをつけると遅くなるからでしょう。

一応、今のところ、もっともらしい説明をしておきます。実際には、乱流についてまだほとんど何もわかっていないというのが本当のところなので、ウソかもしれません。

ゴルフボールにディンプル、乱流を発生させることで、剥離点が後ろになって、その結果、揚力が増えるので飛びます。一方で、乱流が発生することで抗力は増えます。ゴルフボールの場合は、揚力が増える効果が抗力が増える効果よりも大きいので、飛ぶようになります。

この理論がもし、そのままＦ－１にも適用できるなら（ここが結構あやしい）、ディンプルをつけることで、ダウンフォースを増やせますが、抗力（いわゆる空気抵抗）が増えます。Ｆ－１の場合には、結果としてマイナス面が大きいんでしょう。

補足

解答ありがとうございます。
私見ですが（間違っていたらごめんなさい）、ゴルフボールのディンプルと揚力の相関関係は低いのではないでしょうか。
ベルヌーイの定理（この言葉はずかしいですね・笑）での翼の上面・下面の気圧差により・・・の「気圧差から発生指せる揚力」とは、空気の粘性からもたらされるもので、ミクロ単位の渦を指すのですよね？

つまりディンプルは、剥離ポイントの発生を遅らせ、カルマン渦を整える・・・・・二次的に抵抗も低くなると解釈しています。

う～ん、間違えていたらバシバシ指摘お願いします。

回答No.2

tnt

ゴルフボールは回転しているけど
Ｆ１マシンは回転していないからではありませんか？

補足

解答ありがとうございます。
Ｆ－１は回転しないとのことですが、
物体の表裏で気流の流れ速度が変わる物全て、回転（均一な面圧を受けない）と同等と考えますが？

回答No.1

overtone

広告が見栄え良く貼れなくなるからじゃない？

レギュレーションは どうなんでしょうね？

F-1は 直線をただ早く走るだけではないですし。

補足

投稿ありがとうございます。
広告の視認性にはほとんど影響はないと思いますよ。
またレギュレーションでは禁止されていません。
疑問ですねえ。