自動車の空気抵抗の低減策

質問

車の空気抵抗は車体後部で気流が車体から剥離するところで起こる(車体後部が真空になるのでそちらに引っ張られる)のが大きく、だから空気抵抗を低減した車はみんな車体後部が下がっています。つまり高さが一定で後ろまで行くワゴン車なんかは不利という事です。この剥離をなくしたら空気抵抗はどのくらい下がるのでしょうか？

例えばプリウスの後部に屋根から降りてくるラインに平行にとまではいいませんが、ポルシェ911のように丸く降りていくような斜めの板をつけて延長する(例えば70km/hを超えたら自動的にそんな整流板が出てくる)としたら、現在CD値0.24のプリウスの空気抵抗はどのくらい下がるのでしょうか？

冷静に考えればエンジンは空気を吸い込んで後方に排気しているのだから、しかも温度が上がった分だけ吸気時よりもかなり膨張した状態で捨てているのだから、それを車体後部の真空になる場所に捨てれば、真空を埋めて空気抵抗はかなり減らせたりしませんか？

そもそも例えばまっ平らな板を風に直角にあてた場合のCD値というのはいくらで、例えば正三角柱の底面を風に垂直にあてた場合のCD値というのはいくらになるのでしょうか？

回答No.3

chiha2525_ · ベストアンサー

具体的な式などは知りませんが、おおよそ私が得た知識では、前方からの空気抵抗と後方へ引っ張られる空気抵抗がほぼ等しくなるのが60km/hあたりのようです。
前方からの空気抵抗というのは速度に比例しますが、後方のは２乗に比例しますので、速度が２倍になれば空気抵抗は４倍と言われる所以です。

cd値は空気抵抗値を前面投影面積で割ったあたいなので、前から見た面積が小さくなるとcd値が大きくなる（悪化する？）という矛盾がありますので、あまり参考にならないと思っています。（抵抗値自体をちゃんと算出すれば別ですが）

ポルシェなどの可変翼は、速度が出たときのリフトアップ（浮き）に対抗するものです。自動車というのは飛行機の羽のように上がぽっこりで下が平らな”かまぼこ”型をしています。速度が300km/hなどになると車体が浮いてしまうので、それを抑えるものです。羽は普段はタダの空気抵抗にしかなりません。
ヨーロッパのほうで、前と後ろが下がったデザインが好まれる（ポルシェ９１１を思い浮かべてくれたらよいと思います）ので、そのようなクルマが多かったですが、今では（前方はラジエーターやエンジン部分などで隠してありますが）中心部から上下対象に円弧を合わせたようなものに変わりつつあると思っています。（ピックアップはフェラーリなど一部にしか見られませんが・・）

空気抵抗に戻ると、前面投影面積が同じなら前方の抵抗は、垂直平面なけ軽自動車（やバスやトラック）でも４５度跳ね上げプリウス様自動車でもあまり変わらないようです。また上記のように（60km/hまで同じなので）80km/hくらいまでなら後方の抵抗もそれほど変わりないようです。

お礼

物理的考察に富んだご回答ありがとうございます。すると空気抵抗は常に(1/2)ρV^2に比例するわけでもないし、そもそも速度ごとに空気抵抗係数CD値は違うという事ですね。大変勉強になりました。

回答No.6

tetsumyi

もちろんドームですから、経費を抑えるために出来るだけ小さい断面積（東京都の地下トンネルの様な）で作りますから車が下のほうを走るような感覚ではありません。
常に車が走っている状態ですから、風速は落ち様がありません。
自動運転で制御された状態となれば理想的で、将来は必ずこうなると考えます。
当然ですがドームの壁は、鳥の羽のように空気摩擦が最小になる様な加工をします。

さらに将来は、車が空気浮上となれば燃費はとんでもなく良くなる可能性がある。

お礼

ご回答ありがとうございます。そもそも車が走っているから風速が上がるというのであれば車に対して空気抵抗になっているはずで意味が通りません。

それに低く作ると言っても問題は高速道路は道幅が広いのでトンネルも構造上高くなりがちです。トンネル以外もトラックの3.8mとかの車高を考えるとあまり低くはできません。そのトラックは重いので転がり抵抗が大きく、しかも制限速度も80km/hと低いので空気抵抗を減らす意味が小さいです。リニアモーターカーのようなチューブならわかりますが、おっしゃるような構想の意味は低いでしょう。

それに自動制御(自動運転？)を視野に入れるのなら、まずコンボイ走行のほうが圧倒的に先でしょう。

あと自動車が空気浮上になる頃には高々4，5人乗りの車が1.5トンもあって2000ccで150馬力ものエンジンを積んでいる時代がとっくに終わっていると思います。例えば100kgくらいのカプセルとかになっているかもしれません。どちらもSF的未来の話だと思います。

回答No.5

tetsumyi

No.2ですが
風洞内では一旦空気の流れを作ってしまえば、それを維持するのにエネルギーはそれほど必要ではないと思うのですがどうでしょう?
交通量が少ない高速道路なんて作るほうが間違っている。

お礼

どうでしょうね。ベルヌイの定理を考えれば風洞内の端はゆっくり、真ん中は速い空気の流れになりますが、車は路面付近にいるのでかなりチューブの端にいることになります。路面付近の風速を10m/sにしようと思えば風洞の中心では50m/sとかの風速になると思います。結構無駄が多くないですかね。
あと、いったん上がれば流体の速度が落ちないかどうかですが、程度問題の気がしますが、例えば流しそうめんの竹を平面でオーバルコースを作って水を流した時に水流をやめたらすぐに止まってしまいますから、いったん上がればというものでもないように思いますが、どうでしょうか。

回答No.4

foomufoomu

自動車に当てはまるのかは分かりませんが、
銃弾、砲弾は、前は流線形風に滑らかになっていますが、後ろはストンと切り落とした形になっています。
この後ろを、雨だれ形に徐々に細くなる形にした砲弾が作られたことがあるのですが、結果は切り落とし形とあまり変わらなかったそうです。
この部分の空気はあまり動かず、結果として徐々に細くなるのと気流が変わらない、という事のようです。
GT-Rなんかも後ろは切り落とし形に近いですし。。。

お礼

ご回答ありがとうございます。銃弾は加速するときに後ろの面がまっ平らでなければいけない気がします。雨だれ型ってどうやって発射するんでしょうね。GTRはそもそもクーペですから後は屋根から結構下がっています。ワゴンやハッチバックはクーペやセダンと比べると苦しいわけです。プリウスやインサイトは空気抵抗を減らすために屋根から後ろへ向けて下がっています。これをすると後席の天井高が下がってヘッドクリアランスが取りづらくなるのですが、空力のために下げています。究極的にはソーラーカーレースの車も空気抵抗を減らすためにかなり緩やかに後ろが下がっています。あれはそこに太陽電池を積んで面積を広げたい思惑もあるでしょうが、もしも空気を前で切り裂く抵抗が大きいならフロントを緩やかな勾配で広く取ればいいはずです。後ろを長く取っているというのはやはり後ろでの空気の剥離が問題だからだと思います。

回答No.2

tetsumyi

自動車は基本的、物理的に全く進歩していません。
空気抵抗を少なくするには、高速道路をドームで覆って内部を空気が流れる自動走行、定速度走行の風洞とすれば良い。
入り口、出口を加速、減速区間とする。

さらに自動車を空気浮上とすれば、エネルギーはほんの少しで高速走行可能となる。
必要なのは、風洞内の空気の流れを作るエネルギーとなる。

お礼

ご回答ありがとうございます。ドームにするのは面白いのですが、100km/hくらいでは割に合わないと思いますし、空いてる道路ではペイしないと思いますし、自動車の前面投影面積をはるかに超える断面の空気を流すことになりますし、かなり無駄が多そうです。でも屋根はナシで側壁防音壁のみで、道路上に30m/sまで上げなくても路面付近だけでも10m/sくらいの風を吹かせられれば100km/hが64km/hになるのでずいぶん改善しそうです。

回答No.1

mpascal

エアロスタビライジングフィン http://clicccar.com/2012/12/06/206522/ とか、将来的には、プラズマアクチュエーター http://www.jsme-fed.org/newsletters/2007_12/no2.html　とかに期待しているですがね。

お礼

ご回答ありがとうございます。かなり面白いですね。エアロスタビライジングフィンは少し目的が違うのでしょうが、こんな小さなもので済めばさらに良いですね。