空気抵抗とは?空気抵抗係数Cdに代表される走行中の抵抗【バイク用語辞典:走行性能編】

■走行抵抗のうち低速域は転がり抵抗、高速域になると空気抵抗が支配的

●速度の2乗に比例するので車速の上昇とともに増大

走行中の車体周りの空気の流れをスムーズにすることが空気抵抗を減少させることになります。空気抵抗は、前面投影面積と車速の2乗に比例するので、ライダーの体格や姿勢が大きな影響を及ぼし、また車速とともに増大します。

走行を妨げる走行抵抗のひとつである空気抵抗について、解説します。

●バイクを走らせる駆動力と走行抵抗

バイクは、エンジンの出力を動力として駆動タイヤが路面を蹴る駆動力で前進します。車両が一定速度で走行するときに必要な駆動力Fdは次式で表されます。

 Fd = Ur・Wt・g【転がり抵抗】 + (1/2)・R・Cd・A・V2【空気抵抗】 + g・Wt・sinθ【登坂抵抗】
Ur:タイヤの転がり抵抗係数、Wt:(人+車)質量、g:重力加速度、R:空気の密度、Cd:空気抵抗係数、A:前面投影面積、V:車速、θ:登坂勾配

走行抵抗
走行抵抗
平坦路での走行抵抗
平坦路での走行抵抗

右辺の第1項はタイヤの転がり抵抗、第2項は空気抵抗、第3項は坂路を登るときに生じる登坂抵抗です。走行を妨げる右辺の走行抵抗と駆動力が釣り合っているときに一定速度で走行し、駆動力が勝ればバイクは加速します。

●空気抵抗

空気抵抗は、以下のように空気抵抗係数Cdと前面投影面積A、車速で決まります。空気抵抗は、車速の2乗に比例するので高速になればなるほど、走行抵抗のうち空気抵抗の割合が大きくなります。

空気抵抗 = (1/2)・R・Cd・A・V2

前面投影面積
前面投影面積

空気抵抗係数Cdは車両の形状で決まる係数、Aの前面投影面積は車両を真正面から見たときの面積です。空気抵抗は、空気が流れやすいような線型が低く、飛行機の翼のCd値は0.1程度、立て板が1.25で、一般のクルマは0.25~0.4、もっとも低いプリウスは0.25です。

バイクは、前後の長さに対して高さや幅が短く、突起している部分が多いので、Cdはクルマの約2倍の0.6~0.9程度あります。

前面投影面積は、バイクを前から見たときの面積です。当然、面積が小さいほど空気抵抗は小さくなります。Cd値が同じでも投影面積が大きければ、その分走行抵抗は増大します。

バイクの場合、ライダーの身体の面積が前面投影面積に占める割合が大きいので、車体のスタイルよりライダーの体格や乗車姿勢の違いの方が大きく影響します。例えば、ライダーが通常の運転姿勢から前傾姿勢をとると、前面投影面積が10%程度減少します。

空気抵抗は、車速とともに増大しますが、クルマに比べると走行抵抗のうち空気抵抗の占める割合が大きいという特徴があります。

●空気抵抗係数Cdと揚力係数CL

Cdを限りなく小さくすると、飛行機の翼のような形状になりますが、こうなると飛行機のようにクルマを持ち上げる力、揚力が発生します。この特性を表す数値を揚力係数CLで表します。

揚力が発生すると、車体を路面に押えつけるダウンフォースが低下して、操縦安定性や直進安定性が悪化します。Cdが減少するとCLが増える傾向にあるので、両者のバランスを取ることが重要です。スーパースポーツやレーサーでは、Cdを低減しながら一方で揚力を抑えてダウンフォースを強化するために空力パーツを装着しています。


空気抵抗は、空気が車体の表面を流れるときの摩擦抵抗と空気の流れが乱されて後方の圧力が低下して渦が発生して車体を引き込む力による抵抗に大別できます。

バイクの走行抵抗はクルマの1/3~1/5程度ですが、高速走行時に空気抵抗が占める割合がクルマより高いのが特徴です。

(Mr.ソラン)