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地面効果(じめんこうか)はグラウンド・エフェクトの訳で地表効果とも訳されるが、以下の2つの異なった分野について言及されることが多い。

#レーシング・カーのボディー下面を適切な形状にすると負圧が発生しダウンフォースが得られる現象

#航空機の翼が地表近くを飛行する場合に揚力が大きくなる現象

いずれも地面により空気の移動が制限されるため、車体や翼の下面に生じる圧力の変化がより顕著に現れる現象である。

似た現象に離対気流があるが、こちらは主に十分なボデー整形を行わずに車高だけを低く調整した一般車に多く発生し、車体に揚力を生む特有の現象である。

◆ 自動車における地面効果

◇ 車におけるグラウンド・エフェクトとその出現

レーシングカーでは、車体下面をベンチュリ管形状に整形させることによって車体下面を負圧にして、下向きの力の発生を利用したものを「グラウンド・エフェクト・カー(ウイングカー)」とよんでいる。いわゆるベルヌーイの定理を利用したものである。コーリン・チャップマンのF1カーであるロータス78が導入したのが最初とされている。

グラウンド・エフェクトを獲得するためにはウィング構造を保つサイドポンツーンが高い剛性を持ち、ダウンフォースを受けても容易に変型しないことが必要とされた。これらはレーシングカーにカーボンファイバーなどの新素材を導入していくきっかけとなった。

◆ グラウンド・エフェクト・カーの問題点

  スカートとダウンフォース喪失時の危険性

グラウンド・エフェクトはサイドポンツーンの形状だけではなく、サイドポンツーン下面と地面との間の空間が外界と遮断されていることに強く依存する。そのためグラウンド・エフェクト・カーは、サイドポンツーンの横に可動式の硬質のスカートを備え、スカートを地面に接触させて空気を遮断している。つまり車体の一部を地面にたらし、ガリガリと引きずりながら走っているという事になる。最初のグランド・エフェクト・カーであるロータス78では、ブラシを用いて遮断を行っていたが十分ではなかった。このスカートによる空気の遮断が何らかの原因によって阻害されると、ダウンフォースが急激に失われマシンは非常に危険な状態となる。グラウンド・エフェクトが発揮されている場合、タイヤのグリップ力が飛躍的に高まり横滑りしにくくなるため、コーナーリング時にも速度をそれほど落とさないで済む。これがグラウンド・エフェクト・カーの最大の利点であるが、その状態でグラウンド・エフェクトが失われるとマシンは超高速で横滑りしてコースアウトし、激しくクラッシュする可能性が高い。コーナーリング時のみならずストレート走行時であっても、グラウンド・エフェクト効果が失われた場合には、マシンはしばしばコントロール不能となり、宙を舞うこともあるなど、ドライバーのみならずコースマーシャルや観客をも事故に巻き込む危険性を持つ。

  ポーパシングの危険性

また、グラウンド・エフェクトが起因となる問題としてポーパシングもある。ポーパシングとは、マシンのピッチングをグラウンド・エフェクト効果が増幅させてしまう現象で、加減速時や路面の凸凹などでマシンが上下に振動した際に、グラウンド・エフェクト効果が失われてマシンが大きく跳ねた後に、効果が回復してマシンが強く路面に吸い付けられることを繰り返し、激しいピッチングを繰り返して止まらなくなってしまうものである。1999年のル・マン24時間レースにおいて空力を追求したメルセデスベンツ・CLRが激しいポーパシングの末にコントロール不能となりダウンフォースを失い、クラッシュするシーンがみられた。ポーパシングの発生とそれによる高速走行時における操作不能の状態はレーシングカーにとって致命的な欠陥であった。

  サスペンション欠如による運転手への負担増

グラウンド・エフェクト・カーには非常に強い下向きの力がかかるため、サスペンションのスプリングレートは極端に高く設定しなければならない。またサイドスカートが地面から離れないよう、サスペンションの作動する幅は短く制限されてしまい、結果的にサスペンションが無いに等しい状態になる。さらにポーパシングが、それを解消するためのスプリングレートの硬化に拍車をかけた。その結果ドライバーの身体には、路面からの衝撃がほとんど直接伝わってしまうという過酷な状況が生まれてしまった。世界チャンピオンのニキ・ラウダは「グラウンド・エフェクト・カーはドライバーのテクニックの巧拙ではなく、高速のままコーナーに突っ込めるかどうかの度胸が問われるだけ。身体にかかる負担も大きく、非常に危険で非人間的」と激しく非難していた。

  技術面における一般的展開の可能性

さらに言うならば、自動車がタイヤ以外の車体の一部(スカート)を常に地面に接触させ引きずっているというのは、一般車への技術的フィードバックが全くできない異常な状態であると表現できる。これは自動車レースというものの社会的な存在意義に抵触すると言えるだろう。グラウンド・エフェクト・カーのような危険な自動車が市販される可能性は考えられなかった。

◇ 各カテゴリにおける歴史

  F1

前述の通り、1977年のロータス78がF1における元祖とされる。グラウンド・エフェクトを用いることによってタイヤの垂直荷重を上げグリップを向上させることによりコーナーリング速度を飛躍的に上げることが可能であり、当時のF1界ではグラウンド・エフェクトを用いなければ勝つことが困難となり、急速に普及した。

1981年にはサイドスカート下部から地面まで6cm以上の間隔を空け地面に接触させることが禁止されたが、これは停車状態での車検でチェックされるだけだった。そこでチーム・ロータスは車体を2重構造にしたマシン「ロータス・88」を設計。停車状態では車体のどこも地面に接触していないが、ある程度のスピードで走りグラウンド・エフェクトが発生し始めると、2重の車体の一方が地面に下がって路面に接触し、可動スカートが存在するのと同じ状態になるのだ。この機構は他のチームの反対があったことや、「空力装置は可動不可」という規制に抵触することから禁止された。(ロータス88には、グラウンド・エフェクトの追求によるサスペンションの硬化やポーパシングを解決し、ドライバビリティを向上させる目的もあった)。

ロータス88と同様に規制をかいくぐろうとするアイディアはいくつか登場した。その中でもブラバムは、同年のマシン「BT49C」に「ハイドロ・ニューマチック・サスペンション」という機構を搭載した。これは、油圧で車高を調整できる機構で、ピットイン時には車高を上げて車検に対応させ、走行時には車高を下げサイドスカートを地面に接触させグラウンド・エフェクトの効果を得るものであった。同機構は他チームも次々と採用したことから、サイドスカートの接触を禁止した規制は意味を成さなくなってしまった(この年、BT49Cに乗っていたネルソン・ピケがチャンピオンとなっている)。

1982年に発生したジル・ヴィルヌーヴの事故死やディディエ・ピローニの大事故による引退等も、グラウンド・エフェクト・カーの重大な問題点が一因だったと言えるかも知れない。それら数々の事故もあって、F1においてはフラットボトム(車体底面の一部を平らにしなければならない)という規制が行われ、事実上グラウンド・エフェクト・カーは参加できなくなっている。

F1でフラットボトム規制が行われた後、シャシー後部の底を跳ね上げた構造(ディフューザー)にすることで、限定的ではあるがグラウンド・エフェクトを得ることが可能となった。その後、シャシー後部のディフューザー設置に制限が設けられ、ギヤボックスケースをディフューザー形状にすることでグラウンド・エフェクトを得ようとするようになっている。サイドポンツーン部分の底を上げるステップドボトムへと規制が厳しくなった現在でも、この構造が使用されている。

  日本国内

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