本文へ移動
ニッサン・モータースポーツ・インターナショナル株式会社
Automotive & Transportation Simcenter
ニッサン・モータースポーツ・インターナショナル株式会社

コンストラクター、Simcenter STAR-CCM+を活用し、特徴的な低ドラッグ車を設計し、2014年のSUPER GTシリーズを獲得

神奈川県横浜市, Asia/Pacific

シーメンスPLMソフトウェアのソリューションは、ニッサン・モータースポーツ・インターナショナルでのCFD結果と風洞試験のシナジーの達成を支援

Automotive & Transportation Simcenter

コンストラクター、Simcenter STAR-CCM+を活用し、特徴的な低ドラッグ車を設計し、2014年のSUPER GTシリーズを獲得

神奈川県横浜市, Asia/Pacific

シーメンスPLMソフトウェアのソリューションは、ニッサン・モータースポーツ・インターナショナルでのCFD結果と風洞試験のシナジーの達成を支援

quotation marks 「CFDは流れという見えないものを可視化する、開発に欠かせないツールです。」 義隆氏 山本, 開発部 チーフエアロダイナミシスト ニッサン・モータースポーツ・インターナショナル株式会社
課題
  • 高額で時間のかかる風洞試験への依存を減らす
  • 流れ場の完全な理解
  • モータースポーツ技術を使用して高性能なロードカーの設計を推進し、ブランド価値を高める
成功の鍵
  • Simcenter STAR-CCM+を使用して風洞試験を補完し、ターンアラウンドタイムを短縮し、知見を得る
  • 風洞では不可能な本格的な車両解析を提供
  • 実験では見ることができない圧力と流れ場の特性を捕捉
成果
  • 2014年度SUPER GTシリーズを獲得
  • 低ドラッグ仕様を達成
  • CFD結果と風洞試験の相乗効果を達成
  • リアウィングの性能向上

ニッサン・モータースポーツ・インターナショナル株式会社

ニッサン・モータースポーツ・インターナショナル株式会社(以下、NISMO)は日産自動車のグループ会社であり、ル・マン24時間レースやSUPER GTといったレースへの参戦、自動車部品の設計・製 造・販 売 を 行って い ます。NISMOは1984年に設立され日産のワークスチームとして、さまざまなレースに挑戦し、数々の輝かしい成績を収めてきました。

www.nismo.co.jp/en

quotation marks 「CFDは流れという見えないものを可視化する、開発に欠かせないツールです。」 義隆氏 山本, 開発部 チーフエアロダイナミシスト ニッサン・モータースポーツ・インターナショナル株式会社

"不可欠なツール"

レース場での30年渡る優秀な結果にもかかわらず、ニッサン・モータースポーツ・インターナショナル株式会社(以下、NISMO)は常にレースカーをより速自動車/輸送機器く走らせる方法を模索しています。 近年、車両空力を担当するエンジニアが設計プロセスにおいてエアロパッケージを改善するのを支援する数値流体力学(CFD)のユニークな機能を活用しています。GTカー NISMO GT-Rの空力開発の責任者である山本 義隆氏は、「CFDは流れという見えないものを可視化する、開発に欠かせないツールです」と語ります。

SUPER GTシリーズ

国際自動車連盟(FIA)公認の国際レースであるSUPER GTは上位カテゴリーのGT500と下位カテゴリーのGT300と呼ばれる2つの異なるレギュレーションがあります。 GT500クラスは主に、日産、トヨタ、本田の3社やその関連企業が開発・製作したワークス車両から構成されています。GT300クラスは主にアマチュア向けの傾向があり、参加チームの大半がプライベーターで構成されています。

レースではこの2つの異なるカテゴリーの車両が同一のコースを走行し、その速度差から混走状態となります。抜きつ抜かれつの展開から、非常にエキサイティングなレースとなり、人気を博しています。 NISMOチームでは、この2つのカテゴリーの車両を開発・製作しています。特に自動車メーカーの威信をかけたGT500クラスの車両は、GT-Rをベースとして、車両開発を行っています。

2013年に、GTレースのレギュレーションがドイツのドイツツーリングカー選手権(DTM)シリーズにより合致するように改定され、2014年の日産GT-R NISMO GT500の機械的かつ空力的な変更をシミュレーションしました。この開発に製品ライフサイクル管理(PLM)の専門家であるシーメンスPLMソフトウェアのSimcenter STAR-CCM+™ソフトウェアが使用されました。

空力開発時の風洞実験とCFDの狭間でレースカー開発では、スケールモデルを用いた風洞実験が行われ、測定点による圧力の測定や、煙やタフト、PIVなどにより可視化されます。しかし実際に流れを完全に見ることは不可能です。一方で、近年のCFDソフトウェア、ハードウェア、およびコンピュータ能力の進歩により、エンジニアは詳細なCFDモデルの完全なレース車両を最初からシミュレーションすることが可能になり、他の方法では実行不可能な、設計に対する深い洞察を得ることができるようになりました。

Simcenter STAR-CCM+を活用することは、流体の流れ場の複雑な現象を理解するのに非常に役立ち、実験では得ることが難しい、詳細レベルでの情報の正確な表示と分析を可能にします。エンジニアは最も有望なソリューションだけをテストするために、さまざまな形状やwhat-ifシナリオを事前評価し、風洞実験の前に車両を仮想的に試験することができます。これにより、Simcenter STAR-CCM+は、風洞試験を補完する、レースカーの設計と開発のための広く受け入れられたツールとなりました。コンピュータリソースの急速な発展を考えると、数年後にさらにCFD技術が向上し、コンピュータもさらに強力になることで、CFDは物理的な試験に代わるデジタル風洞としての可能性を秘めているようです。

「例えば、小さなパーツを車両に付けた際に、車両後方にどういう影響を与えるのか、これは風洞試験で見ていてもわかりません。そのパーツがどこに効果があって、どうしてダウンフォースを得ることができたのかは、風洞試験だけでは分かりづらい。CFDは流れのメカニズムを知るという意味では不可欠です。GTカーも年々複雑になり、細かいデバイスも増え、経験だけでは対応が難しくなっています。 そこでSimcenter STAR-CCM+が必要になります」と山本氏は空力開発におけるSimcenter STAR-CCM+の貢献と風洞実験に対するアドバンテージを語ります。

CFDからのインスピレーション

レースカーの開発に携わるすべての空力エンジニアには、2つの重要な懸念事項があります。レースカーのタイヤをトラックに押し付け、コーナーで遠心力によって滑らないようにするためのダウンフォースの生成と、乱流によって引き起こされるドラッグと速度の減少を最小限に抑えることです。より速く走れば走るほど、より多くの低圧(より高速)の空気がレースカーの下部を流れ、より多くのダウンフォースを発生することができます。

一方で、速度の増加に伴いドラッグは増大しますが、これは望ましくありません。通常、最小限のドラッグで最大限のダウンフォースを生成するのが理想的です。しかし、これらの2つの力をバランスさせる、あるいは一方に寄せるといった、どういったエアロパッケージにするかは、トラックとコンディションに大きく依存します。厳しいターンのあるトラックには、ターンをスムーズに旋回するために、より高いダウンフォース仕様の車が必要です。しかし、富士スピードウェイのような直進路が長く、幅広でバンクのあるターンでは低ドラッグ仕様が要求されます。

さらに速い速度を達成するには、ドラッグの低減がより重要です。 NISMOでは2011年に、速度をさらに向上させる低ドラッグ仕様のエアロパッケージを開発し始めました。しかし、それ以前からドラッグレベルを維持しながらダウンフォースを増やすためのさまざまな改善は行われていました。低ドラッグ仕様を選択する理由の1つは、2012年の富士スピードウェイ向けに特別に設計されたエアロパッケージを準備することでした。長い直線コースのため、ドラッグの削減によりラップタイムが大幅に短縮できるためでした。

2013年度のロードラッグ仕様ではフロントフェンダーが切り立った壁のような形状をしており(図1)、非常に個性的なフロントマスクとなりました。山本氏のチームは、ドラッグを低減する可能性がある領域を見つけるためにSimcenter STAR-CCM+を利用した初期のCFDシミュレーションにより、2012年度の設計と比べてフェンダー部分の圧力が低いことを発見しました(図2)。山本氏は次のように説明します。「CFD解析の結果から、フロントフェンダーはドラッグを低減する有効な領域であることがわかりました。 レギュレーションの下で、その領域を拡大する唯一の手段は、それを縦に広げることでした。試行したところ、期待通りの結果が得られま し た 。」

それ以前は、形状を丸めてドラッグを低減しようとしましたが、CFDを活用することで、NISMOチームは流線型でなくても抵抗を減らすことができることがわかりました。 彼らは2014年のモデルでこの「メリハリを効かせた空力」アプローチを採用しました。これは、CFDでしか見ることのできない、圧力差を上手に活用して性能を上げることを意味します。

「風洞でも計測は可能ですが、可視化が必要であり、車両全体を可視化することはとても難しい。CFDは車全体を見るための効果的なツールです」と山本氏はCFDによる新しい成果を強調します。

CFDは、設計全体の連続性についての貴重な洞察を提供することで、山本氏のチームをより良い設計に導いてきましたが、風洞試験の置き換えというよりも、風洞の補助的な役割として使用されてきました。

CFDで改善が必要な分野の一つが、前方にある部品のウェイクを受ける部分の評価です。例えばタイヤのウェイクの評価はまだ難しいと感じています。ウェイクだけでなく、リアディフューザなどの逆圧力勾配のところとかもまだ100%ではないと。そこができれば風洞は要らなくなる時が来ると思います」と山本氏は語ります。

モータースポーツで培った技術の転用

GT500の車両開発は技術の粋を結集して開発されます。ここで得た知見を一般車両へ転用することはとてもに重要です。 NISMOは日産自動車とコラボし、フェアレディ Z NISMOやJUKE NISMOをなど、NISMOとバッジのついた車両を開発しています。

NISMOと名前がついたスポーツ系の車種では、レースカーのノウハウを取りいれ、開発を行っています。こういった部分で貢献しており、ハイパフォーマンスカーということを売りにしています。NISMOと名前がついた車は、実際にNISMOのエンジニアが空力の開発を行っており、実際に私も携わっています」と山本氏は語ります。

2014年、SUPER GTの車両レギュレーションは、DTMと統一され、大幅な改定が行われました。このため、各パーツにおいて、新レギュレーションに合わせた開発が必要となりました。

「2014年はDTMと統合されたレギュレーションが初めてだったため、色々な規定のどこがGTカーにとって有利/不利なのかがわかりませんでした。今では、それがわかるようになってきて、エクステリア上側はほぼノウハウが一定で、レギュレーションによる違いはありませんでした」と山本氏と語りました。

幻のリアフェンダーターニングベーン – リアウィングの効率を高めるのが狙い

2012年第2戦富士のレースにおいて、NISMOは「リアフェンダーのデザインは自由」としたレギュレ ーションを確認したうえで、リアフェンダーに翼断面を持つパーツを装着しました(図5)。翼断面とはいえ、リアウィングとは上下逆の断面を持ち、ダウンフォースではなくリフトを発生させます。F1ではスタンダードとなっている取り組みで、車両の前後およびセンター付近で局所的にリフトが発生しても、空気の流れを変えることによって結果的にリアの性能が上がり、全体の性能にとってはプラスになります。山本氏によれば、主な目標は、フォーミュラ(F)1シリーズのような外観を作り出すことでした。

図5(上)に見られるように、CFDの結果は、フェンダー前方のホイールアーチリップで跳ね上げられた気流によるリアフェンダーとトランクリッド上面の剥離を緩和したことを示しています。図5(下)に示されているように、リアフェンダーターニングベーンの追加により、流れパターンが変更され 、トランクリッドへの流れの付着が改善されました。これは最終的にドラッグを低減し、リアウィングの効率を改善するのに役立ちました。

ターニングベーンの上下逆さまの翼断面形状は、車両の前後およびセンター付近で局所的にリフトを発生させます。このため、ターニングベーン自身はダウンフォースを改善しません。しかし、空気の流れが変わることによりドラッグが減少し、リアの全体的な性能を向上させます。 しかし、ルール統轄側であるGTアソシエイション (GTA)は、新たに取り付けられたターニングベーンに対する解釈が異なっていました。レギュレーションではウィングは一枚と規定されていましたが、GTAはリアフェンダーターニングベーンを2枚目のウィングとみなしました。このため、公開車検で10分程度装着されただけでお蔵入りとなり、幻のアイテムとなりました。

最高レベルでの競い合い

NISMOは2014年にシリーズチャンピオンを獲得しました。NISMOの空力エンジニアは、Simcenter STAR-CCM+のシミュレーション結果と風洞試験の相乗効果により、最適なドラッグ仕様を達成しました。 NISMOのレースカー開発者は、Simcenter STAR-CCM+が正確な事前評価、フルスケールモデルの詳細な分析、可能な限り多くの仕様を評価する能力を備えているため、開発プロセスに不可欠なツールとして引き続き使用しています。

この記事のインタビューの後、同社はル・マン24時間に参加する計画を発表しました。 レースでの車両開発においてCFDはますます重要となります。 NISMOはモータースポーツ界の最高レベルで競争するためにSimcenter STAR-CCM+を活用します。

詳細を非表示 詳細を表示
ご質問はありますか?