カテゴリー: F1マシン

F1イタリアGPの開始に向けて、前戦ベルギーGP終了時点の各ドライバーのパワーユニットの使用状況を振り返る。

ドライバーは、1シーズンにつき、内燃エンジン、MGU-H、ターボチャジャーを3基まで、MGU-K、コントロールエレクトロニクス、エネルギーストアを2基までペナルティなしで交換できる。

F1ベルギーGPでは、メルセデス、フェラーリ、ルノー、そして、ホンダと全パワーユニットメーカーがエンジンアップグレードを投入。ホンダは、アレクサンダー・アルボンとダニール・クビアトに“スペック4”エンジンを投入していた。

今週末のF1イタリアGPでは、マックス・フェルスタッペンとピエール・ガスリーにも“スペック4”が投入され、また、フェラーリのセバスチャン・ベッテルとシャルル・ルクレールも新型エンジンを搭載することを確認している。

ICE … 内燃機関（エンジン）
TC … ターボチャージャー
MGU-H … 運動エネルギー回生システム
MGU-K … 熱エネルギー回生システム
ES … エネルギー貯蔵装置（バッテリー）
CE … コントロールエレクトロニクス

F1は、新レギュレーションが導入される2021年にマシンに追加のディスプレイの搭載を検討しており、ボディワークに加えて、ホイールリムディスプレイの導入も議論されていると RaceFans.net が報じた。

F1は他のフォーミュラカーレースよりも先を進むための努力を進めており、ホイールリムに内蔵されるディスプレイは、トラックポジションやピットストップの回数といった様々な情報をファンに追加で提供することになるという。

2021年のF1世界選手権では現在の13インチから18インチにタイヤサイズの変更となる。

似たようなアイデアは過去にもテストされたが、スポーツにもたらされることはなかった。インディカーも2015年にホイールリムディスプレイをテストしたが、実際にレースに持ち込まれることはなかった。

F1チームは、2020年の22戦のカレンダーに対処するためにMGU-Kの使用基数を3基に増加するという妥協案に合意した。

現在の21戦でもパワーユニット関連のペナルティは多発しており、一部チームとパワーユニットメーカーは、コンポーネントの割り当て数の増加を推進していた。

信頼性に自信のあるチームは変更に抵抗していたが、最終的にMGU-KをICE（エンジン）、ターボ、MGU-Hの使用基数と同数の3基まで拡大することが最良の妥協案であることに同意した。エネルギーストアとコントロールエレクトロニクスの割り当ては2基のままとなる。

ルノーのF1チーム代表を務めるシリル・アビテブールは、この動きは“理にかなっている”と述べた。

「それは2021年に計画されていた。2020年の規制にはなかったが、21年の原則を20年に適用することで合意に至った」とシリル・アビテブールは Autosport にコメント。

「F1では常識的なことではないが、実際には少し苦労した。我々はブダペストではその妥協点に達した。

「夏休みの投票でそれらの文言を人々にを通すのは少し難しいと理解していたが、最終的にこれが起こっただ」

MGU-Kは、現在シーズンごとに2基に制限されている3つのコンポーメントの中で最も脆弱であると見なされている。

シリル・アビテブールは、新しい合意の背後にある追加の考慮事項として、MGU-Kから独立した他のコンポーネントを変更すると、多くの余分な作業が発生する可能性があると説明。実際、1度にユニット全体を交換する方がはるかに簡単であると理解されている。

F1カレンダーが22レースに増加することに対し、信頼性の懸念がないメルセデスでさえも、MGU-Kの許容量の増加が前向きなステップであることを認めている。

「特にガレージのメカニックにとっては良いことです」とシリル・アビテブールはコメント。

「現時点では、シーズンごとの内燃エンジンの数とMGU-Kの数には違いがあります。3基と2基だ。それはメカニックに混乱をもたらす可能性がある。MGU-KはICEに搭載されているため、両方に同じ割り当てを行うのは非常に理にかなっている」

「F1の一部の人はそれを気にしないかもしれないが、我々は気にしている。正確に同じ数を獲得することが重要だった。特にシーズンが長くなり、フライアウェイレースが増え、連戦も増えている」

しかし、シリル・アビテブールは、ルノーとしてはエネルギーストアとコントロールエレクトロニクスの割り当数もさらに増した方が好ましいと付け加えた。

「我々はそれを好んだが、個別のコンポーネントであることを受け入れなければならない。ロジスティックスと運用上の推論はそのコンポーネントには適用されない。だから、それは私たちにとってそれほど重要ではなかった」

F1ベルギーGPでのシーズン後半戦にむけて、夏休み前最後のレースとなったF1ハンガリーGP終了時点での各ドライバーのパワーユニットの使用状況を振り返る。

ドライバーは、1シーズンにつき、内燃エンジン、MGU-H、ターボチャジャーを3基まで、MGU-K、コントロールエレクトロニクス、エネルギーストアを2基までペナルティなしで交換できる。

F1ベルギーGPからアレクサンダー・アルボンとピエール・ガスリーが交代。パワーユニット使用基数はドライバーではなくマシンをベースに引き継がれるため、アルボンは前半12戦のガスリーの使用基数、逆にガスリーはアルボンのものが適用される。

F1ベルギーGPではホンダが“スペック4”エンジンをアレクサンダー・アルボンとダニール・クビアト、メルセデスが“フェーズ3”エンジンをワークスチームおよびカスタマーのウィリアムズとレーシングポイントに投入することを発表している。

ICE … 内燃機関（エンジン）
TC … ターボチャージャー
MGU-H … 運動エネルギー回生システム
MGU-K … 熱エネルギー回生システム
ES … エネルギー貯蔵装置（バッテリー）
CE … コントロールエレクトロニクス

F1は、2021年F1マシンの風洞モデルの画像を公開。新レギュレーションで目指している方向性を垣間見ることができる。

2021年には新しいレギュレーションが導入され、F1マシンのコンセプトは大きく変更する。最も重点が置かれているのが、先行マシンから発生する乱気流による後続マシンのダウンフォースの喪失だ。

現行マシンでは後続マシンはダウンフォースの50％を失っているが、2021年F1マシンのCFDと風洞モデルの測定によるとダウンフォースの喪失は5～10％まで軽減されると算出されている。

最大のコンセプトの変更は‟グラウンドエフェクト”型への移行だ。現在のF1マシンは、車体表面でダウンンフォースを生成しているが、その結果、乱気流が発生して後続マシンが近づけないという問題が発生している。

グラウンド・エフェクト・カーは、航空機の主翼による揚力発生原理を逆向きに応用したもので、連続の方程式（断面積が狭ければ流体の速度は上がる）とベルヌーイの定理（流体の速度が上がれば圧力は下がる）を利用している。そのため、空力付加物を車体表面に追加することなくダウンフォースを発生するため、後続マシンへの乱気流の発生を抑えることが可能となる。

それを実現するために多くの小型パーツが取り除かれ、現在のマシンよりもシンプルにになっている。

特にサイドポッドの前部とフロントウイングはシンプルになる。フロントウイングは今季から導入されたアウトウォッシュ型が徹底され、フェアリングがないシンプルなウイングがノーズ自体に接続されている。ノーズとフロントウイングの地上高は高く、より多くの空気をマシン下部に取り入れようとしている。

バージボードの要素はフロアと一体化され、気流は2つのチャンネルに分岐し、2つのディフューザーを跳ね上げたベンチュリー構造が巨大なダウンフォースを生み出す仕様となる。サイドポッドの形状も変更され、先端はよりノーズに近い位置へと移動している。リアウイングのコンセプトも変更となり、後続マシンのより高い位置にクリーンな空気が排出される。

タイヤは18インチの扁平タイヤに変更となり、ホイールリムはカバーされている。このホイールリムは標準パーツ化が予定されている。フロントタイヤにはブレーキダクト上部にフェアリングが装着され、マシン後方からの画像ではタイヤ周りの乱気流を抑えようとしていることが見て取れる。

F1エンジンメーカーは、パフォーマンスとコストの理由でパワーユニットの開発を凍結することを提案している。

Auto Motor und Sportによると、このアイデアは、パフォーマンスと予算の両面でトップ3チームとの競争に苦戦しているルノーによって支持されているという。

「予算の上限と公平な資金配分により、2つの要求が満たされるが、それだけでは十分ではない」とルノーのF1チーム代表を務めるシリル・アビテブールはコメント

「2021年以降、エンジン開発も凍結する必要がある。いずれにしろ、それまでに全員が同じレベルになるだろう」

メルセデスのF1チーム代表を務めるトト・ヴォルフは「4つのエンジンの出力とトルクが1％以内であることを較正済みのテストベンチで見つけた場合、開発を停止することは理にかなっている」と述べた。

また、レッドブル・ホンダを代表するヘルムート・マルコもこの提案を支持している。

「エンジンの凍結が必要だ。そうでなければ、コストが手に負えなくなる。最後のコンマ1秒は常に最も高価だ」とヘルムート・マルコはコメント。

「V8時代に開発の凍結によってどれだけのお金を節約できるかを見てきた。我々が今持っているこれらのモンスターでは節約はさらに大きくなるだろう」

F1は、新レギュレーションに基づいて製造された2021年F1マシンの風洞モデルのテスト動画と画像を初公開した。

2021年のF1世界選手権では、コース上でのバトルやオーバーテイクを改善することを目的として新レギュレーションが導入され、F1マシンは大きく様変わりすることになる。昨年9月、リバティ・メディアとFIA（国際自動車連盟）は2021年F1マシンのコンセプトカーを公開。

その後、2021年のビジョンを実現するためにCFD（計算流体力学）を使用した前例のない量の研究開発が行われてきた。

次のステップは、風洞実験でそのデータを確認するだった。先月のF1ドイツGPに先立ち、最新の2021年F1マシンの最新モデルが厳格な秘密の条件下でザウバー風洞に設置され、広範なテストが行​​われた。すでに1月には2018年の60％モデルが使用された最初の走行、3月には13インチホイールを搭載した2021年F1マシンの2回目のテストが行​​われていた。

テスト結果は全チームで共有されますが、アルファロメオ・レーシングが有利にならないように、ザウバーの独立コンサルタントグループが風洞を走らせた。

公開された画像ではフロントタイヤを覆うカバーが印象的。サイドポッドエリアやリアウィングなどの要素は、最終仕様でも同じままであると予想されますが、画像で確認できる平面的なフロントウィングは開発が続けるにつれて進化することを期待されている。

動画では、18インチタイヤが奏功された2021年F1マシンのの50％スケールモデルの風洞での走行を確認できる。マシンの後ろを上下に動くレーキがあり、マシン後方の空気の流れを測定。F1とFIAはマシンの後流を監視し、追従性を向上させていく。

F1の最高技術責任者を務めるパット・シモンズは「我々が行っている風洞試験は、チームが実施するものとはは少し異なります」とコメント。

「チームは、マシンを動かす際のさまざまな姿勢を通じて、マシンにかかる力のみに集中しています。当然、我々もそれらの力がどのようなものであるか、特にマシンの動きに応じてそれらの力がどのように変化するかに興味を持っていますが、マシンの後ろの乱気流に何が起こっているかにさらに関心を持っています」

「そのため、我々はCFDでほとんどの開発を行っています。CFDはチームでは一般的に使用されないかなり高度な手法を使用していますが、物理シミュレーションで仮想シミュレーションをバックアップしたいと考えています。また、60％モデルではなく50％モデルを使用することを選択し、風洞内でそのモデルをかなり長く実行することを選択し、マシンの後流を最適に検査する機会が得られました」

ザウバー風洞を使用する利点は、スイスのオペレーションに非常に優れた自動レーキシステムがあることだ。

FIAのシングルシーター技術担当責任者であるニコラス・トンバジスは、後方に設置されたレーキは「ヨー感度のあるピトー管で構成されており、方向、圧力、流れの速度など、主に速度成分と圧力を測定できます」と語る。

「そのようにして、CFDで予測されているものが正しいことを確認できます。これらの構成の作業の大部分、99％はCFDで行われています。これらすべての基本的なポイントは、後続車が直面する損失を削減することにあります。先行車の空気力学の簡素化によって後流を制御する方法が多くないため、後流性能にも役立ちます。一方、これらの小さな非常に敏感なデバイスをすべて備えていない後続車は、混乱の影響を受けにくくなります」

従来、100％スケールのマシンは風洞では使用されていない。数年前、モデルの製造に莫大な費用がかかっていたため使用が禁止されていたからだ。大部分のチームは60％モデルを使用するようになったが、F1とFIAは50％スケールを使用することを選択した。

「トンネル内のスペースが少なくて済むため、クルマの長さの観点から、さらに後ろを見ることができます」とパット・シモンズは語る。

「そこにフルサイズのマシンがあると想定すれば、マシンの10分の1しか見えなため、50％が良い妥協案となります。モデルの詳細レベルを十分に得ることができ、まだ後ろに距離があります。最近のチームは、60％を超える傾向にあります。モデリングには利点がありますが、最近の製造技術、特に積層造形などにより、最近では非常に正確な50％モデルを作成できます」

研究開発チームが後流をテストするために後ろに2台目の車を置いていない理由を疑問に思うかもしれない。だが、パット・シモンズはそれは“必要ではない”と語る。

「2008年にそれを行いました。2009年に向けたオーバーテイクの研究を実施しました。そのためには、実際には小さすぎる1/4スケールモデルに縮小する必要がありました。我々がそれを行うことを無効としています。ザウバーのような大きな風洞であっても、実際に非常に近いマシンで1つの構成しか実行できませんでした。我々がやろうとしているのは、実際のシミュレーションツールとしてCFDを使用することです。これは相関関係が重要となります」

結果はどうだったの？
2021年規則の主要な目標の1つは、オーバーテイクを増加させることにある。これを実現するために、マシンがより密接に互いに追従することを可能にする方法を見つけることが追及され、後流を減らすための多くの研究が行われている。

そのために何ヶ月もの間CFDテストが実施された。風洞での一連の走行がそのような結果が明らかになったのだろう？

「基本的にCFDは正しかった」とニコラス・トンバジスは語る。

「大きな驚きはなかった。したがって、現在の50％のレベルと比較して、後流の乱れは5〜10％だが、テストしている正確な構成などに依存する」

パット・シモンズも、結果は「プロジェクトを開始したときに達成できると思っていたものを実際に超えている」と語る。「現在の構成では結果は並外れている」

ブラウンGPとジェンソンバトンがF1世界選手権で優勝した2009年と空力レギュレーションがオーバーホールされた2017年にも研究プログラムが行われていたが、現在ほど洗練され、徹底的なものはなかった

「もちろん、このレベルの強度は、物事にかかりきりになれるマンパワーという点でチームができることにはほど遠いが、我々には小さいながらも優れた空気力学のチームがあります。制限されていないので、どのチームよりもはるかに多くのコンピューティングパワーにアクセスできます」とパット・シモンズは語る。

「アマゾンウェブサービス（AWS）接続を通じて、スーパーコンピューターを使用しており、非常に多くのコンピューティングコアを実行しています。CFDでは、環境を多数の小さなセルに分割する必要があり、それらのセルごとに方程式を解きます。典型的なチーム環境では、192個のコアを使用して9,500万個のセルを解決しています」

「現在の構成では、1152個のコアを使用しており、最大5億5,000万個のセルを解決しています。そして、来年には最大2300コアに移行する可能性があります。チームが使用するよりも桁違いに多くのコンピューターパワーを使用しており、2台のマシンのシミュレーションを使用することができます。」

F1チームはどのような役割を果たしているのか？
F1とFIAは、10月の締め切りに間に合うように2021年レギュレーションを完成させるために研究開発に協力しているが、チームを除外しているわけではない。実際、それはまったく逆となる。チームはデータの収集と開発プロセスを支援するよう招待されており、FIAは現在のプロジェクトに割り当てられた時間外にテストを行うことを許可している。

「チームは非常に素晴らしく、それを行うためのリソースを持っているチームは、我々のために多くのプロジェクトに取り組んできました。そして、彼らは皆、何が起こっているかを完全に知らされています」とパット・シモンズはコメント。

「我々は数か月ごとに会議を開いて、ジオメトリを送信し、それを独自のCFD環境で実行し、結果をフィードバックしています。彼らは彼らが望むように関与してきました。一部のチームはリソースを投入できません。すべてのチームの結果は、カットオフポイントに到達するまで共有されます。カットオフポイントになると、宣言されたルール内で操作する必要があります」