考えるのは不快ですが、時速65マイル（時速104.6キロメートル）で車をレンガの壁に打ち込んだ場合にどうなるか想像してみてください。金属はねじれて裂けるでしょう。ガラスが粉々になります。あなたを守るためにエアバッグが爆発するでしょう。しかし、現代の自動車の安全性がすべて進歩したとしても、これは立ち去るのが難しい事故になるでしょう。車は単にレンガの壁を通り抜けるように設計されていません。
しかし、車が通過するように設計され、長い間使用されてきた別のタイプの「壁」があります。それは、高速で車両を押す空気の壁です。
私たちのほとんどは、空気や風を壁とは考えていません。低速で、外があまり風が強くない日には、空気が私たちの車とどのように相互作用するかに気付くのは難しいです。しかし、高速で、そして非常に風の強い日には、空気抵抗 （空気によって移動するオブジェクトに作用する力-ドラッグとしても定義されます ）車が加速し、処理し、燃費を達成する方法に多大な影響を及ぼします。
ここで、空気力学の科学が活躍します。 空気力学 力とその結果として生じる空気中の物体の動きの研究です[出典：NASA]。数十年の間、車は空気力学を念頭に置いて設計されており、自動車メーカーは、空気の「壁」を簡単に切り抜け、日常の運転への影響を少なくするさまざまな革新を考案してきました。
基本的に、空気の流れを念頭に置いて設計された車を使用することは、加速の難しさが少なく、エンジンが車を空気の壁に押し込むのと同じくらい激しく働く必要がないため、より良い燃費数値を達成できることを意味します。
エンジニアはこれを行うためのいくつかの方法を開発しました。たとえば、車両の外側のより丸みを帯びたデザインと形状は、空気が可能な限り最小の抵抗で車の周りを流れるように空気を導くように作られています。一部の高性能車には、車の下側をスムーズに通過する部品があります。多くにはネタバレも含まれています -リアウィングとも呼ばれます -空気が車の車輪を持ち上げて高速で不安定にするのを防ぐため。ただし、後で読むように、車に見られるスポイラーのほとんどは、何よりも装飾用です。
この記事では、空気力学と空気抵抗の物理学、これらの要素を念頭に置いて自動車がどのように設計されたかの歴史、そして「より環境に優しい」自動車への傾向とともに、空気力学がこれまで以上に重要になっていることを見ていきます。
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空気力学が自動車にどのように適用されるかを見る前に、基本的な考え方を理解できるように、物理学の復習コースを少し紹介します。
オブジェクトが大気中を移動すると、オブジェクトを取り巻く空気が移動します。オブジェクトは重力と抗力にもさらされます。 ドラッグ 固体オブジェクトが水や空気などの流体媒体を移動するときに生成されます。抗力は速度とともに増加します。オブジェクトの移動速度が速いほど、抗力が大きくなります。
ニュートンの法則で説明されている要素を使用して、オブジェクトの動きを測定します。これらには、質量、速度、重量、外力、および加速度が含まれます。
抗力は加速に直接影響します。オブジェクトの加速度（a）は、その重量（W）から抗力（D）を引いたものをその質量（m）で割ったものです。重量は、オブジェクトの質量にそれに作用する重力を掛けたものであることを忘れないでください。重力が小さいため、月で体重が変化しますが、質量は同じままです。もっと簡単に言えば：
a =（W-D）/ m
（出典：NASA）
オブジェクトが加速すると、その速度と抗力が増加し、最終的には抗力が重量と等しくなるポイントになります。この場合、それ以上の加速は発生しません。この方程式のオブジェクトが車であるとしましょう。これは、車がどんどん速く移動するにつれて、ますます多くの空気が車を押し、加速できる量を制限し、特定の速度に制限することを意味します。
これらすべてが自動車デザインにどのように当てはまりますか？さて、それは重要な数、つまり抗力係数を理解するのに役立ちます。これは、オブジェクトが空中を移動するのがどれだけ簡単かを決定する主な要因の1つです。抗力係数（Cd）は、抗力（D）を密度（r）の量で割ったものに、速度（V）の半分を掛けたものに面積（A）を掛けたものに等しくなります。読みやすくするには：
Cd =D /（A * .5 * r * V ^ 2）
[出典：NASA]
現実的には、車の設計者が空力的な意図を持って車を製造している場合、どのくらいの抗力係数を目指しますか？次のページで調べてください。
抗力係数（Cd）は、自動車などの物体にかかる空気抵抗の力を測定する数値であることを学びました。ここで、車が道路を移動するときに車を押す空気の力を想像してみてください。時速70マイル（時速112.7キロメートル）では、時速35マイル（時速56.3キロメートル）の4倍の力が車に作用します[出典：エリオットシンク]。
車の空力能力は、車両の抗力係数を使用して測定されます。基本的に、Cdが低いほど、車は空力的になり、空気の壁を通り抜けて車を押しやすくなります。
いくつかのCd番号を見てみましょう。 1970年代と80年代の箱型の古いボルボ車を覚えていますか？古いボルボ960セダンは0.36のCdを達成します。新しいボルボははるかに滑らかで曲がりくねっていて、S80セダンは.28のCdを達成します[出典：Elliott-Sink]。これは、あなたがすでに推測できたかもしれない何かを証明します-より滑らかで、より合理化された形状は、箱型のものよりも空力的です。なぜそれが正確なのですか？
自然界で最も空力的なもの、つまりティアドロップを見てみましょう。ティアドロップはすべての側面が滑らかで丸く、上部が先細になっています。地面に落ちると、空気がスムーズに流れます。これは車の場合も同じです。滑らかで丸みを帯びた表面により、空気が車両上を流れるようになり、体への空気の「押し込み」が減少します。
今日、ほとんどの車は約.30のCdを達成しています。 SUVは、サイズが大きく、収容人数が多く、エンジンを冷却するために大きなグリルが必要になることが多いため、車よりも箱型になる傾向があり、Cdは.30〜.40以上です。ピックアップトラック（意図的に箱型のデザイン）は、通常、約.40 [出典：Siuru]です。
多くの人がトヨタプリウスハイブリッドの「ユニークな」外観に疑問を呈していますが、それは正当な理由で非常に空力的な形状をしています。他の効率的な特性の中で、.26のそのCdはそれが非常に高い走行距離を達成するのを助けます。実際、車のCdをわずか0.01減らすと、ガロンあたり0.2マイル（1リットルあたり0.09キロメートル）の燃費が向上する可能性があります[出典：Siuru]。
次のページでは、空力設計の歴史を検証します。
科学者は、空力形状を作成するために何が必要かを長い間認識してきましたが、それらの原理が自動車デザインに適用されるまでにはしばらく時間がかかりました。
初期の車には空力的なものは何もありませんでした。フォードの独創的なモデルTを見てください-それは馬車から馬を引いたように見えます-確かに非常に箱型のデザインです。これらの初期の車の多くは、比較的遅いため、空気力学について心配する必要はありませんでした。ただし、1900年代初頭の一部のレーシングカーには、ある程度のテーパーと空力機能が組み込まれていました。
1921年、ドイツの発明家エドムント・ルンプラーは、「ティアドロップカー」を意味するルンプラー・トロップフェンオートを作成しました。自然界で最も空力的な形状であるティアドロップに基づいて、Cdはわずか0.27でしたが、その独特の外観は一般の人々には決して受け入れられませんでした。約100個しか作られていません[出典：価格]。
アメリカ側では、空力設計の最大の飛躍の1つは、1930年代にクライスラーエアフローで実現しました。飛行中の鳥に触発されたAirflowは、空気力学を念頭に置いて設計された最初の車の1つでした。それはいくつかのユニークな建設技術を使用し、ほぼ50-50の重量配分（ハンドリングを改善するためのフロントアクスルとリアアクスル間の均等な重量配分）を持っていましたが、大恐慌に疲れた人々はその型破りな外観と車に恋をすることはありませんでしたフロップと見なされました。それでも、その合理化された設計は時代をはるかに超えていました。
1950年代と60年代になると、自動車の空気力学における最大の進歩のいくつかはレースから生まれました。もともと、エンジニアはさまざまな設計を試しました。流線型の形状は、車の速度を上げ、高速でのハンドリングを向上させるのに役立つことを知っていました。それは最終的に、可能な限り最も空力的なレースカーを作るという非常に正確な科学へと進化しました。フロントとリアのスポイラー、シャベル型のノーズ、エアロキットは、車の上部に空気を流し続け、前輪と後輪に必要なダウンフォースを作り出すためにますます一般的になりました[出典：F1ネットワーク]。
>消費者側では、ロータス、シトロエン、ポルシェなどの企業が非常に合理化されたデザインを開発しましたが、これらは主に高性能スポーツカーに適用され、一般的なドライバーの日常の車両には適用されませんでした。それは1980年代にアウディ100、当時前代未聞のCdが.30の乗用セダンで変わり始めました。今日、ほぼすべての車が何らかの方法で空気力学を念頭に置いて設計されています[出典：エドガー]。
その変化が起こるのを助けたのは何ですか？答え：風洞。次のページでは、風洞が自動車の設計にどのように不可欠になったかを探ります。
車の空力効果をリアルタイムで測定するために、エンジニアは航空機業界からツールである風洞を借りました。
本質的に、風洞は、内部の物体の上に空気の流れを作り出すファンを備えた巨大なチューブです。これは、車、飛行機、またはエンジニアが空気抵抗を測定する必要があるその他のものである可能性があります。エンジニアは、トンネルの後ろの部屋から、空気が物体と相互作用する方法、気流がさまざまな表面を流れる方法を研究します。
内部の車や飛行機は決して動きませんが、ファンは実際の状況をシミュレートするためにさまざまな速度で風を作り出します。実際の車が使用されないこともあります。設計者は、風の抵抗を測定するために、車両の正確な縮尺モデルに依存することがよくあります。風がトンネル内の車の上を移動すると、コンピューターを使用して抗力係数（Cd）が計算されます。
風洞は本当に新しいものではありません。彼らは1800年代後半から、多くの初期の航空機の試みで気流を測定するために存在してきました。ライト兄弟でさえ1つ持っていました。第二次世界大戦後、競争で優位に立つことを求めているレースカーのエンジニアは、彼らの車の空力機器の有効性を測定するためにそれらを使用し始めました。その技術は後に乗用車やトラックにも採用されました。
しかし、近年、数百万ドル規模の大きな風洞の使用はますます少なくなっています。車や航空機の空気力学を測定する最良の方法として、コンピューターシミュレーションが風洞に取って代わり始めています。多くの場合、風洞は、コンピュータシミュレーションが正確であることを確認するために呼び出されることがほとんどです[出典：日]。
多くの人は、車の後ろにスポイラーを追加することは、車をより空力的にするための優れた方法であると考えています。次のセクションでは、車両へのさまざまなタイプの空力アドオンを調べ、パフォーマンスと燃費向上におけるそれらの役割を調べます。
空気力学には単なる抗力以上のものがあります。リフトとダウンフォースと呼ばれる他の要因もあります。 リフト は、物体の重量に対抗し、物体を空中に持ち上げてそこに保持する力です。 ダウンフォース 揚力の反対です-地面の方向に物体を押す力[出典：NASA]。
フォーミュラワンのレースカーの抗力係数は非常に低いと思うかもしれません。超空力の車の方が速いですよね？この場合ではありません。典型的なF1カーのCdは約0.70です。
なぜこのタイプのレースカーは時速200マイル（時速321.9キロメートル）以上の速度で運転できるのに、あなたが想像したほど空力的ではないのですか？これは、F1カーが可能な限り多くのダウンフォースを生成するように作られているためです。彼らが移動している速度で、そしてそれらの非常に軽量で、これらの車は実際にいくつかの速度で揚力を経験し始めます-物理学はそれらを飛行機のように離陸させます。明らかに、車は空中を飛ぶことを意図しておらず、車が空中に浮かぶと、壊滅的な衝突を意味する可能性があります。このため、車を高速で地上に維持するにはダウンフォースを最大化する必要があり、これは高いCdが必要であることを意味します。
フォーミュラワンカーは、車両の前後に取り付けられたウィングまたはスポイラーを使用してこれを実現します。これらの翼は、車を地面に押し付ける気流に流れを導きます。これは、ダウンフォースとしてよく知られています。これによりコーナリングスピードが最大になりますが、車に適切な直線速度を与えるために、リフトと慎重にバランスを取る必要があります[出典：スミス]。
多くの生産車には、ダウンフォースを生成するための空力アドオンが含まれています。日産GT-Rスーパーカーはその見た目で自動車プレスでいくらか批判されていますが、ボディ全体が車の上に空気を送り、楕円形のリアスポイラーを通って戻るように設計されており、十分なダウンフォースを生成します。フェラーリの599GTBフィオラノには、空気を後方に送るように設計されたフライングバットレスBピラーがあります。これらは、抗力を減らすのに役立ちます[出典：クラシックドライバー]。
しかし、ホンダやトヨタのセダンのように、日常の車にはたくさんのネタバレや翼があります。それらは本当に車に空力的な利点を追加しますか？場合によっては、少し高速な安定性を追加できます。たとえば、元のアウディTTのリアデッキリッドにはスポイラーがありませんでしたが、丸みを帯びたボディがリフトを生み出しすぎて、いくつかの難破船の要因となった可能性があるため、アウディはスポイラーを追加しました[出典：エドガー]。
ただし、ほとんどの場合、普通の車の後ろに大きなスポイラーをボルトで固定しても、パフォーマンス、速度、または処理全体の処理には役立ちません。場合によっては、アンダーステアを増やしたり、コーナーへの抵抗を増やしたりすることもあります。ただし、ホンダシビックのトランクに巨大なスポイラーが似合うと思う場合は、他の人に言わせないでください。
自動車の空気力学およびその他の関連トピックの詳細については、次のページに進んでリンクをたどってください。