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自動車のホイールを考える。スポークの数/形状と空気抵抗は無関係か?

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自動車のホイールについて、色々と考えるわけです。
バイクであれば、スポーク断面が流線型なのはすでに普通であり、一部バイクのようにジャイロ効果を狙ってリムに肉付けを施したものもあります(つまり、ホイールに機能を与えている)。

しかし車はというと、意外や進歩が見られず、どちらかというとその進化の方向性はドレスアップへと向けられていると思います。
BBSに代表されるメッシュや、OZ、スピードラインに見られるマルチスポーク(しかもスポーク断面が流線型ではない)について、これらはスポークが多い分、空気の抵抗が多いと思うのですが実際どうなのでしょうね。

たとえば、BBSのメッシュ。スポーク1本あたりの進行方向に対する表面積が2cmX7cm=14平方cmだとすると、それが36本ある場合は504平方cm(実際は長いものと短いものがあるので一概にはこのとおりではありませんが)となるわけです。
それだけの面積が空気の抵抗を受けるわけですよね。
しかし、これが5本であれば70平方cm、つまり36本スポークの1/7です。
これを4輪に換算すると、通常のメッシュ(36本スポーク)では2016平方cm、5本スポークでは350平方cmが回転方向に対して平たい面を向けていることになり、その差はかなりのものとなります。

仮の計算では、デカイ板を車に、しかも進行方向に対して垂直に取り付けているようなものか、などと思ったりしますが、これらのスポークは回転方向に対して並列に並んでいるため、そしてボディの外側に位置するものでもなく、全面投影面積と同様に考えるのも無理があるかもしれません(かつ、回転を始めるとスポーク間の空気も一緒に回転するので渦をつくり、空気抵抗はあまり関係ないのかもしれない)。

その意味ではいったん回転を始めると(全て同じ方向に並んでいるために)空気抵抗値は無視できる範囲にあるのかなと考えたり、自動車のパワーから考えるとやはり無視できる範囲なのかな、と考えたり。
しかし、ここで思うのですが、水車や風車というものは、水や風の抵抗を受けて回転するものです。
そして、それらの羽根が適度に多いほうがより回転する(つまり抵抗を受けている)わけですよね。

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となると、ホイールのスポークも1本1本に抵抗を受けていると考えるのも妥当であり、これだけ設計・製造技術が進み、自動車において他の部品が進歩する中でホイールが取り残されている、というのは妙なものです(ポルシェのターボホイールがタービン効果を考慮されているというのは有名でしたが最近はあまり見ないので、やはりホイールと空気抵抗、ひいては空力はさほど関連性が無いのか)。
さらに考えるとタイヤのブロックパターンも多くてミゾが深いほど空気抵抗が増すのではないかと考えたり、キリが無いですよね。

かつ自転車ではスポークが流線型のものがあり、やはりスポークの抵抗はバカにならないのかもしれません。

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自動車のホイールに話を戻すと、例えばBBSは遠心力が偏るのを嫌ってバルブをリムにビルトインしたりしていますのでホイールにまつわる様々な問題と可能性について検討しているはずですが、未だメッシュ形状を採用しているということは、そして断面が流線型のスポークデザインを採用したホイールがないということは、それなりに理由があるのでしょう。
実際のところ角ばったマルチスポークもしくはメッシュホイールと、巧みに風の流れを計算した流面形ホイールとでは、実際に装着した場合、どの程度車に影響を及ぼすのか知りたいところです。

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