境界層



もっと詳しく言えば、速度の分布が変わらないわけではない、ここで流体分子の速度は

板に遠くつれて速くなる。分子の速度と流れ速度V∞と同じになると、この範囲内は境界

層と呼ばれてる。境界層の厚み（速度分布の範囲）は板の長さにつれて大きくなる。車

の場合は時速１００ｋｍ時、車の前部は何ｍｍくらい厚さが、後に向いて流れると、何ｃｍ

の厚さになることがある。厚い境界層はもっと多く粘性表面摩擦が生成する可能です。

もし、流体分子は平均速度の方向（平行）のように流れたら、層流と呼ばれて、でも同じく

平均速度で流体分子は瞬間に方向を変わることもある。この時、乱流と呼ばれている。長

さにつれて層流から過渡期で分子は擾乱られて、分子間の衝突が始まる。その間はエネ

ルギが失って、乱流になる。



レイノルズ数と剥離現象

層流と乱流の差は単に長さ（流体移動の距離）だけではない、実験によると、流れの速度、

流体の性質（密度、粘度）にも関係がある。だから、層流と乱流の区別ために一つ係数を

導き出した。レイノルズ数を呼ぶ、Re = ρVL/μ（ρ：密度、V：流れの速度、L：長さ

μ：粘度係数）。


図４は、円柱周りの流れの速度分布式によって、V = 2V₀sinθから見ると、θ角度が大き

くなるにつれて、速度も増えていく、A点についたら（θ=90）最大速度になる。しかも、

A点からB点まで、逆に速度が減っていくわけ、速度と圧力は反比例から、V_A>V_B => P_A<P_B

圧力は高いほうから低いほうに流れる、逆流になってしまって、流れが壁から離れてしまう

現象は剥離と呼ばれる。剥離の影響かというと、前の圧力は後ろの圧力よりおおきかったら

進めを阻まれて、抗力が生じる。まだ、非対称の物が前後の圧力差があるだけではなく、上

下も圧力差がある時、揚力も生じる）。これは今後から空気動力効率の研究で最もポイント

である。


圧力分布



流れの速度分布によって、各点の圧力はベルヌイ定理を用いて

P_０＋１/2ρV₀² = P + 1/2ρV₀²

P - P₀ = 1/2 ρV₀² (1-V²/V₀²)

Cｐ = (P - P₀ / 1/2 ρV₀²) = (1-V²/V₀²)

動圧（ 1/2 ρV₀²）流れの圧力の基準値とみなすと、Cｐ　は圧力と基準圧の比、圧力

係数という。図５、車の形で測定した表面の圧力係数分布。圧力の変化から見ると、どこ

で剥離しやすい、前後の圧差（抗力）、上下の圧差（揚力）もわかるようになる。あと一つ

は圧力分布を用いて、クーラーの入出口の位置がどこで設けたほかいいかわかた。


抗力、揚力

車の空気力学は二つ力よく討論されている。一つは垂直方向の圧力もう一つは平行方

向のせん断力（粘性）、前の話から言うと、この二つ力は抗力、揚力を生じるけ原因だ。

まだ、横の風が強かったら、車にとってもう一つ横の方向から力を作用する。でも、レース

カーの速度が速いから、横からの影響が無視してもかまわない。抗力はただ空気からだ

けてはない、様々なところから生じてくるから、例えば、　

１．表面摩擦
２．冷却抵抗
３．空気の剥離
４．揚力のため増加した抗力
５．走行抵抗
６．その他

冷却抵抗は空気が冷却器に流れたエネルギの損失。その他は影響はあまり大きくない。

例えば、窓が開けると、抗力も若干増える。走行抵抗は道路ころがり摩擦抵抗、でも、抵

抗力は速度につれて変わるわけではない。揚力のため増加した抗力については後のウィ

ングの研究で詳しく説明する。上述の空気の剥離は主に抗力を生じる原因だ。抗力の大

きさがわかっ欲しいから、色々な風洞実験が行われている。試作した1/20或いは1/4模

型は実験で得た抗力テーダと実車の抗力の間どのくらい差があるか？比較しにくいから、

D = C_D1/2ρV²A

(D：抵抗、C_D：抵抗係数、1/2ρV²：動圧、A：面積）

流速Vの流れが止まった時の圧力上昇分は1/2ρV²,流れ直角な面積はA。

この面積の流れがとまったとした時の力が1/2ρV²である。抵抗はこの力の何倍かと

言う係数で表す。この係数C_Dは抵抗係数という。この抵抗係数を用いて、各違う条件

下行う実験結果と比較すことができる。



結論

どうやって車にもっと速度が出せるか？方法は沢山ある。例えばエンジンのパワーを上

げる、ボディーの軽量化、抵抗の減少等。速度が速ければ速いほど空気動力効率の重

要性が高くなる。究極のレースの世界で、だた速度をのみならず、車の全体のバランス

を取るのは非常に大切なことである。固定なパワー、車重が決まった後aeroパーツを精

密の調整するによって様々なコーナで攻略する。速度を追求する人たちはまず空気力

学の大切さを認識しなければならないと思います。