ポルシェ 911 GT3 RS(991) VERUS ENGINEERING Ventusエアロ解説

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ポルシェ 911 GT3 RS(991) VERUS ENGINEERING Ventusエアロ解説

  • 対応ポルシェ 911 GT3 RS(991)
  • 出典VERUS「Performance of Verus Engineering Ventus Packages」(991 Porsche GT3 RS/2022年11月)

Ventusパッケージは、米VERUS Engineeringがポルシェ911 GT3 RS(991)用に開発した段階式のエアロキットです。中心になるV1Xリアウイングは、CFDと随伴(アドジョイント)最適化で形状を詰めたあと、風洞テストで解析値との相関を確認しています。フロントは接地効果を使うスプリッターで荷重を受け持ち、純正の時点で高い空力性能をさらに引き上げます。

このページでは、メーカー発行の技術資料(2022年11月版)に載っているデータと解析画像を、当店で日本語に訳して解説します。

主な数値(メーカー資料より) 値
フロントスプリッターの空力効率(L/D) 46(カバー)/26(Fディフューザー)
V1Xリアウイングの翼角調整範囲 0°〜15°
V1Xリアウイングの翼弦/スパン 300mm/1950mm
CADモデルと実車スキャンの誤差 0.8mm未満
CFD解析ソルバー OpenFOAM v6
ポルシェ911 GT3 RS(991)の車体まわりの流れをCFDで可視化した断面図
図1 車体中心断面での流れ。ルーフ上で加速する流れ(暖色)と、床下からリアへ抜ける流れの全体がわかります。

パッケージ構成

Ventus 1(純正エアロを保ちつつフロントを少し足したい方向け)

構成はダイブプレーンのみです。ウイングもディフューザーも純正のまま使います。

  • デュアルダイブプレーン(カナード)
Ventus 1のフロントビュー。ダイブプレーンを青色表示
図3 フロント。バンパー両脇の青い部品がダイブプレーンです。緑色の純正ウイングはそのまま使います。

Ventus 2(リアの荷重を本格的に増やしたい方向け)

純正アップライトの位置にボルトオンできるV1Xウイングに交換し、ダイブプレーンで前後のバランスを取る構成です。

  • デュアルダイブプレーン(カナード)
  • V1Xリアウイング
Ventus 2のフロントビュー。V1Xウイングとダイブプレーンを青色表示
図4A フロント。純正より大きく効率の高いV1Xウイング(青)が載ります。
Ventus 2の床下ビュー。装着部品を青色表示
図4B 床下。床下は純正のままで、ダイブプレーン(前端の青)とウイングだけの構成です。

Ventus 3(競技・タイムアタック志向の方向け)

フロントディフューザー付きのスプリッターが床下前方に強い負圧を作ります。その分ウイングの角度も立てられる最大構成です。

  • Ventus 2の全部品
  • フロントスプリッター(ディフューザー開放仕様)
Ventus 3のフロントビュー。スプリッター、ダイブプレーン、V1Xウイングを青色表示
図5A フロント。バンパー下にスプリッターの前縁(青)が加わります。
Ventus 3の床下ビュー。フロントディフューザー開放仕様のスプリッター
図5B 床下。スプリッター(青)に組み込まれた緑色のトンネルがフロントディフューザーで、ここが負圧の発生源です。

Ventus 3-1(フラットパネル仕様)

Ventus 3と同じ構成で、スプリッターのフロントディフューザーを塞いだ(フラットパネル)仕様です。フロントの効きを抑えたバランスで、効率を重視したセットアップです。

  • Ventus 2の全部品
  • フロントスプリッター(ディフューザー閉塞仕様)

資料では、フラットパネルは純正ウイングと組み合わせる場合、フロントディフューザーはVERUSのウイング(V1X)と組み合わせる場合に適した仕様とされています。

Ventus 3-1の床下ビュー。フラットパネル仕様のスプリッター
図6 床下。図5Bと比べると、ディフューザーのトンネルが塞がれて平らな面(青)になっています。

911(991)用VERUSパーツ一覧を見る

構成一覧

部品 Ventus 1 Ventus 2 Ventus 3 Ventus 3-1
デュアルダイブプレーン(カナード) ● ● ● ●
V1Xリアウイング(純正アップライト位置) - ● ● ●
フロントスプリッター(ディフューザー開放) - - ● -
フロントスプリッター(ディフューザー閉塞) - - - ●

各部品は単品でも装着できますが、安全で予測しやすい挙動を保ちながら確実にタイムを縮めるには、パッケージ単位での導入が最良とメーカーは案内しています。

データで見る効果

下のグラフは、Ventus 1〜3それぞれのダウンフォースとドラッグを、対気速度ごとに示したものです。V1Xウイングは12°、比較の基準になる純正ウイングは最大の11°に設定しています。空力の力は速度の2乗に比例して増えるので、曲線は右に行くほど上がります。

見るべきは、各パッケージのダウンフォースの線とドラッグの線の差です。Ventus 3(青)は100mph(約161km/h)で650lbs前後のダウンフォースを生み、ドラッグはその半分以下です。効率の良いダウンフォースがラップタイムを縮めるという、VERUSの設計の考え方がそのまま表れています。

Ventus 2でも、ダウンフォースは全速度域でドラッグを大きく上回ります。Ventus 1はダイブプレーンだけの構成なので変化は穏やかで、段階的に揃えていく出発点の位置付けです。

991 GT3 RSのVentusパッケージ別ダウンフォースとドラッグの速度特性グラフ
図2 パッケージ別のダウンフォースとドラッグ。横軸は対気速度[mph]、縦軸は力[lbs]。1lbs≒0.45kg、100mph≒161km/h。V1Xは12°、純正ウイングは最大11°設定。

スプリッター2仕様の使い分け

フロントディフューザーを塞いだカバー仕様は、効率(L/D)が46と非常に高い値です。ディフューザー開放仕様は効率の数値こそ26に下がりますが、フロントのダウンフォースそのものが大きく増えます。その分リアウイングの角度も立てられるため、車両全体ではより大きな荷重を得られます。

スプリッター仕様 効率(L/D) 適した組み合わせ
カバー(フラットパネル) 46 純正ウイング
フロントディフューザー 26 V1Xウイング

スプリッターアセンブリ全体をシミュレーションしたときの効率と、資料が示す推奨の組み合わせ。

部品ごとの解説

ダイブプレーン(カナード) 全パッケージ

最低地上高を変えずに、フロントのダウンフォースを少し足したいときに向く部品です。板そのものが受ける力(上面が高圧、下面が低圧)は大きくなく、主な役割は車体まわりの流れを整えることです。意図的に作る渦がフェンダー内の空気を抜き、ボディに働くリフトを減らします。

ダイブプレーンが作る渦を可視化したCFD画像
図7 ダイブプレーンを通った流れが渦になり、フェンダー脇から車体の上方へ巻き上がっていきます(ストリームライン)。この渦がフェンダー内の空気を引き抜きます。

素材:2×2ツイルカーボン(クリアコート仕上げ)/取付:位置決めテンプレート+両面テープ

V1Xリアウイング Ventus 2・3・3-1

このパッケージの中心になる部品です。翼型はCFDと随伴(アドジョイント)最適化で設計し、風洞テストで解析値との相関を確認しています。高い効率を保ったまま大きなダウンフォースを生みます。圧力係数(Cp)は上面が+0.7を超えないのに対し、下面は−1を下回ります。働きの大半は下面(負圧面)が担っています。

失速の仕方にも特徴があります。V1Xはトレーリングエッジから緩やかに失速するよう意図的に設計されており、翼角を大きくした領域でも挙動が急に変わりにくく、調整の幅を広く取れます。翼角は0〜15°で調整でき、取付は純正アップライト位置へのボルトオンです。

V1Xウイング装着車を正面から見た圧力分布CFD画像
図8 正面から見た表面圧力分布。ウイングの上面が赤(高圧)です。見えない下面側では、−1を下回る強い負圧が生じています。
V1Xウイング単体の翼角別ダウンフォース・ドラッグ特性グラフ
図9 V1Xウイング単体の翼角別データ(0〜14°、スパン1950mm時)。資料の注記では、スパンを50mm短くするごとにダウンフォースは約5.3%、ドラッグは約2.8%減ります。

素材:2×2ツイル・プリプレグカーボン(クリアコート)/取付:純正アップライト位置へボルトオン/翼角:0〜15°/翼弦:300mm

ウイングアップライト Ventus 2・3・3-1

V1Xを支えるアップライトは、先に空力面から形を決めています。前縁を丸め、後縁をナイフエッジ状に絞った断面で、翼下面の流れを乱しません。そのうえでFEA(構造解析)により重量と強度を最適化しました。肉抜きのポケットで軽くしながら、V1Xが生む荷重に耐える強度を持たせており、ポケットが空力を損なわないことも確認されています。

FEA最適化されたウイングアップライトの最終形状
図10 アップライトの最終形状。三角形の肉抜きポケットと、下に向かって細くなるナイフエッジの後縁が見えます。

設計:空力形状を先に決定→FEAで重量・強度を最適化

フロントスプリッター(2仕様) Ventus 3・3-1

フロントのダウンフォースを大きく増やすための部品で、路面との間で働く接地効果(グラウンドエフェクト)を利用します。解析はアセンブリ全体で行っています。仕様はフラットパネル(カバー)とフロントディフューザーの2種類から選べ、前者は純正ウイング、後者はV1Xウイングとの組み合わせを想定しています(効率の値は「スプリッター2仕様の使い分け」の表を参照)。

フロントディフューザーはスプリッター下面の低圧の範囲を広げ、フロントの荷重を大きく増やします。その分リアウイングの角度も立てられるので、バランスを保ったまま車両全体のダウンフォースを増やせます。取付はシャシー各部への固定のみで、切削加工は要りません。素材は衝撃に強いカーボンポリウィーブです。

スプリッター下面の圧力分布。前端に強い低圧域
図11 スプリッター下面の圧力分布。前端の濃紺の帯が、資料でいう「ピーク低圧領域」で、ここが車体を路面へ引き下げます。
フロントディフューザーを通る流れを床下から見たCFD画像
図12 床下から見た流れ。フロントディフューザーの入口で流速が上がり(黄緑)、床下を通ってリアへ抜けていきます。

素材:カーボンポリウィーブ/取付:シャシー複数点に固定・加工不要/仕様:フラットパネル・フロントディフューザー

CFD画像の読み方

このページやメーカー資料に出てくる解析画像は、色の意味を知っておくと読みやすくなります。主な表示方法は次のとおりです。

ストリームライン(流線) 空気の通り道を線で表したもの。色は流速で、赤系が速く、青系が遅い流れです。図7・図12のように、部品が流れをどこへ導いているかを見るのに使います。
CpZ(上下方向の圧力分布) 車体のどこでダウンフォースやリフトが生まれているかを示します。青がダウンフォース、赤がリフトの発生域です。図11の濃紺の帯が、力を生んでいる場所です。
CpX(前後方向の圧力分布) ドラッグがどこで発生しているかを示します。赤が抵抗を生む場所、青が車を前へ押す側の場所です。
Cp(圧力係数) 大気圧を0とした相対的な圧力です。0より下が低圧(吸われる側)、上が高圧(押される側)。単位のない数なので、速度が変わっても比べられます。
LIC/ウォールシア(表面の流れ) LICは表面を流れる空気をオイルフローのように表示したもの、ウォールシアは表面の摩擦力の分布です。流れの剥離や急な変化を見つけるのに使います。
ポイント 空力係数の増減を表す単位で、1ポイントは係数0.001です。CdやClの変化量を表すときに使います。

開発の裏付け

実車スキャンから作った解析モデル

解析の精度は、もとになるモデルの精度で決まります。991 GT3 RSのCADモデルは、実車スキャンと照合して最も誤差の大きい箇所でも0.8mm未満に収めています。スルーダクトやラジエーターダクトまで解析モデルに含めています。

3DスキャンデータとCADモデルの照合画像
図13 スキャンデータ(青)とCADモデル(グレー)の重ね合わせ。まだらに見えるのは、両者の差がごく小さいためです。緑はV1Xウイングのモデルです。

直進だけを前提にしないCFD

解析には有限体積法CFDのOpenFOAM v6(SIMPLE法、K-Omega SST乱流モデル)を使っています。実際の走行ではほぼ起こらない完全な直進状態ではなく、0.5°のヨー角を基本条件にしています。境界条件は自動車空力で標準的な、車両全体の設定です。

フルカーCFD解析の可視化。表面圧力とストリームライン
図14 車両全体の解析。表面圧力(ウイング上面の赤が高圧)と、フロントから床下とルーフへ分かれていく流線を重ねて表示しています。

風洞での相関確認と実績のある設計手法

V1Xウイングは風洞テストで解析値との相関を確かめており、解析の数値を信頼できることを開発の前提にしています。各部品は過去の製品で実績のある設計手法をもとに、純正部品のようなフィットに仕上げています。車体への恒久的な加工はありません。エンジンには手を入れないため、純正保証もそのまま残ります。

構成のご相談

走り方(街乗り中心、走行会、タイムアタック)と現在の仕様(ウイングを純正のまま使うかなど)をお知らせいただければ、上のデータをもとに構成をご提案します。単品から段階的に導入するご相談もお受けしています。


適合:ポルシェ 911 GT3 RS(991)。図版と数値はVERUS Engineering発行「Performance of Verus Engineering Ventus Packages」(991 Porsche GT3 RS/2022年11月21日)によるもので、解説は同資料をもとにRK-ONLINEが構成・翻訳しました。