レーシングカーの空力 — トラブルシューティングガイド

症状: CFDのダウンフォースが風洞と10%以上乖離

対策:

• 地面境界条件の確認: 移動壁になっているか、境界層吸い出しは設定されているか
• ホイール回転: MRFのゾーンサイズと回転軸が正しいか確認
• 風洞ブロッケージ: 風洞テストの閉塞補正が適用されているか確認
• ラジエータ: 多孔体モデルの圧力損失係数が実測値と一致しているか
• 支持装置: 風洞のストラット・スティングによる干渉を考慮

症状: ディフューザーのダウンフォースが風洞/実車より過大

原因: RANSがフロア下面の薄い境界層からの剥離を遅らせる傾向

対策:

• SST k-omegaモデルを使用（k-epsilonは剥離を過小予測）
• フロア下面のプリズム層を$y^+=1$で確保
• 非定常RANS or DDESで剥離の非定常性を考慮
• ディフューザー拡大角が10度を超える場合は剥離に注意

症状: 定常RANSで$C_L$/$C_D$が振動して収束しない

原因: 大規模な渦放出が定常解に収まらない

対策:

• 振動の周波数を確認。物理的な渦放出なら非定常解析に移行
• 非物理的な振動なら: CFL数を下げる、1次精度で初期化してから2次に切り替え
• ホイール後方やリアウイングの渦はそもそも非定常現象なので、定常解には限界がある
• 時間平均値で空力係数を評価する

対策:

• ウイング前縁・後縁に十分な解像度を確保（前縁半径に対して10セル以上）
• ディフューザーのシール部（サイドエッジ）のメッシュを細分化
• 後流の解像度を段階的に評価（粗→中→密で$\Delta C_L < 1%$を確認）
• ウイングの翼端渦が解像されているか可視化で確認

• 同一条件の徹底: 風洞のフリーストリーム乱流強度、温度、レイノルズ数をCFDで再現
• 風洞モデルの忠実な再現: 支持装置、ターンテーブル、移動ベルトをCFDでモデル化
• 系統的な検証: 単体部品（ウイング単体、フロア単体）から積み上げて検証
• デルタ評価: 絶対値ではなくベースラインからの変化量で相関を確認

フルカーでいきなり合わせようとしても原因特定が困難だ。ウイング単体→ウイング+ボディ→フルカーと段階的に複雑度を上げて、各段階でCFDと風洞の相関を確認するのがベストプラクティスだよ。