camion ご存じでしたか？トラックの空気抵抗係数（Cd値）は、F1マシンよりも優れているのです。

そうなのです。この記事のタイトルは正しいのです。トラックの空気抵抗係数は、F1マシンよりも優れています。そして毎日お乗りの乗用車よりも優れているのです。空気力学の基本原理に馴染みのない方には驚きかもしれません。しかし、理由があります。そして信じられないかもしれませんが、思っているよりも簡単です。

トラックはF1マシンよりも有利な空気抵抗係数を持っていますが、F1の方が空気抵抗は小さいのです。

理解するには、まず重要な概念をいくつか押さえ、空気抵抗と空気抵抗係数を混同しないことが大切です。イメージをつかんでいただくために言えば、トラックの空気抵抗係数は0.6から0.7の間ですが、例外もあります。例えばのTeslaトラックは、驚くべきことに0.36というCx値が発表されています。一方、F1マシンは1前後、市販の乗用車は通常0.30前後です。そして、この空気抵抗係数が低いほど、空気抵抗を小さくするうえで有利になります。

しかし、空気抵抗には他の要因も関わっています。ここが重要なポイントです。トラックはF1マシンよりも有利な空気抵抗係数を持っていますが、F1の方が空気抵抗は小さいのです。詳しく見ていきましょう。

空気抵抗

空気抵抗とは、空気中を移動する物体（この場合は乗用車、トラック、あるいはF1マシン）に対して働く、運動に反対する力のことです。この抵抗は計算式で求められますが、覚える必要はありません。空気の密度、物体の前面投影面積、空気抵抗係数、そして物体の空気に対する速度の二乗の積である、という点だけ知っておけば十分です。

比較する対象は同じ物体なので、ここでは空気の密度や速度は気にしなくて構いません。覚えておいてほしいのは、物体の最終的な空気抵抗は、他の要因とともに、空気抵抗係数と前面投影面積、つまりその物体が風を受ける面積によって決まり、両者にそれぞれ比例するということです。

空気抵抗係数

一方、空気抵抗係数は、抗力係数とも呼ばれ、特定の面積に関連付けられた無次元数（単位を持たない数値）です。流体中（ここでは空気）を移動する物体が受ける抵抗を、空気の流れを完全に止めてしまう物体の抵抗と比較して数値化したものです。

空気の流れに垂直に当たる壁や平板を考えてみましょう。その空気抵抗係数はCx=1となります。空気の流れに垂直な平板は、板の後ろで空気が渦を巻くため、Cxは1.2以上となります。そのため、自動車の空気力学では後部の設計が非常に重要であり、この部分を変えるだけでCxも車種によって大きく変わるのです。

すでに述べたように、Cxが低いほど空気抵抗の面では有利です。幾何学的な物体の空気抵抗係数の例としては、球体で0.47、円錐で0.50、立方体で1.05などがあります。冒頭で触れた数値を振り返ると、一般的な量産乗用車の空気抵抗係数Cxは0.25から0.30の間、トラックは約0.7、そして、リアウイングを可変させたF1マシンは、モンツァのようなサーキットでは0.7から0.8、モナコでは1.2近くにまで達します。

ここでは、車両が進む方向であるX軸方向の係数のみに注目しますが、横方向のCy、垂直方向のCzという係数も存在します。直接の対象ではありませんが、F1では、ウイングの調整によって、Cxを犠牲にして高いCz（ダウンフォースを生む）を得ています。そのため、ダウンフォースが少なくて済む「高速」サーキットでは、F1マシンの空気抵抗係数は低速サーキットでの値よりも優れています。低速サーキットでは空気抵抗の影響が小さい一方、車体を地面に押し付けてコーナリング性能を高めることが重要になるからです。

前面投影面積

前面投影面積は、この式の中で最も理解しやすい項目です。物体が進むために動かさなければならない空気の塊の大きさ、つまり正面から見たときの面積のことです。車両の場合、ボディの寸法がこれにあたりますが、ドアミラーやタイヤなども含まれます。

乗用車の前面投影面積はおよそ2平方メートル、F1のシングルシーターは約1.4平方メートル、現代のトラックは8から9平方メートルほどです。明らかに、広い室内空間を確保するのに最も効率的な形状（トラックの場合は箱型）は、前面投影面積が大きくなるため、空気抵抗の面では最も非効率です。

空気力学を向上させるため、トラックなどではルーフに整流板（デフレクター）を取り付けることがあります。これらの整流板は前面投影面積を変えるものではありませんが、空気抵抗係数を改善します。アウディ e-tron のような市販車では、従来のドアミラーをバーチャルミラーに置き換えることで、前面投影面積を減らし、Cxも改善するという両方の効果が得られます。

また、空気力学を語るうえで重要なのは車体後部の設計です。前部と同じくらい重要で、空気が前部のボディを流れ、後部からすばやくスムーズに抜けるようにすることが求められます。速度の異なる「層」を作って乱流を生むと、空気力学が損なわれてしまいます。ただし、ここでは詳しくは扱いません。

トラック、F1、そして数学

ここまでの3つの概念を理解すれば、この記事の問いに答える式もずっと分かりやすくなります。空気抵抗係数だけでは、前面投影面積と組み合わせない限り、あまり意味がないのです。

空気抵抗係数が同じであれば、前面投影面積が大きい物体ほど空気抵抗は大きくなります。だからこそ、同じ出力のセダンよりもSUVの方が燃費が悪くなるのです。Cxは同等であっても、SUVの方が前面投影面積が大きいからです。

確かにF1の空気抵抗係数は、トラックよりも不利であることが分かりました。しかし、空気抵抗は空気抵抗係数（Cx）と前面投影面積（S）の積に比例するため、F1の方が空気抵抗は小さくなります。この積をSCxと呼ぶと、F1のSCxは1.4から1.5ほどであるのに対し、トラックのSCxはF1の約4倍になります。空気抵抗係数はトラックの方が有利でも、空気抵抗は逆に大きくなるのです。

もう一つ興味深いのは速度の要素です。空気抵抗は空気密度、SCx、そして速度の二乗に比例すると説明しました。計算ツールを使えば、トラックが最高速度の約100km/hで走行したときと、その3倍の速度で走行するF1が受ける空気抵抗の差を確認できます。

ここでもう一つお伝えしておくと、空気抵抗、速度、出力の間にも関係があり、知っておくと役立ちます。具体的には、ある空気抵抗に打ち勝つために必要な出力は、速度に比例するのではなく、速度の三乗に比例します。そのため、空気力学的にそれほど優れていない車でも、わずか150CVで時速200kmに到達できることがあります。一方で、空気力学を変えずに最高速度を2倍にするには、出力を6倍以上に増やす必要があります。しかしそれはまた別のお話で、次の記事のテーマになるでしょう。