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まとめ記事(コンテンツ)
2024/04/20
GRエアロスタビライジングボディコートと三段論法【改訂版】
オートメッセウェブの記事によれば、理屈はアルミテープチューンと一緒で、
『空気は+の帯電をし、ボディにも+の電荷を持っている。磁石の斥力(せきりょく)と同じ極同士を近づけたときの反発力と同じことが起きて、本来ボディラインに沿ってきれいに流れてほしい空気が、ボディから剥離。ボディと空気の流れに隙間ができて、そのクリアランスでクルマが上下左右に動き、不安定感や遊びの原因にとなる。
そこで「GRエアロスタビライジングボディコート」を塗ると、ボディの帯電による悪さがなくなり、風洞実験や、CFD(数値流体力学)通りの空力効果が得られる』とのこと(原文ママ)
・・・本当なら凄いです。
更に、トヨタの担当者によると、効果はかなり体感しやすいらしく、次のように低速からでも違いが解るのだと説明しています。
『例えば、団扇。団扇の速度は秒速30cmぐらいですが、空気の抵抗は感じますよね。秒速30cmは時速にすると1.08km。たった1km/hでも、1800mm×1400mmのクルマのボディ(前投影面積)が動けば、微低速でも空気の抵抗はけっこうあります。だから空気の流れがちょっとでもよくなれば、動き出しからだって変わります』(原文ママ)
ここまで聞いて、「なるほど、確かに扇子程度でも空気の抵抗は感じるんだから、車の抵抗はたとえ微速域でも相当なものだよな。うん、これは期待できそうだ!」と思った方は、素直というか、
詐欺に引っかかりやすいタイプかもしれません(※1)
三段論法をご存知ですか?
三段論法は、西洋の哲学者アリストテレスが提唱したものです。
大前提:全ての人間は死ぬ ◯
小前提:ソクラテスは人間である ◯
結論:ゆえにソクラテスは死ぬ ◯
で有名ですね。
一方、トヨタの担当者の話は、
大前提:帯電は空力性能に悪影響を及ぼす ◯(だとして)
小前提:たった1km/hでも、車の受ける空気抵抗は大きい △(ここで論理が少し飛躍)
結論:ゆえにGRエアロスタビライジングボディコートを塗って除電すれば、低速域からでも違いが分かる ✕(都合よく飛躍しすぎ)
という訳で、実は三段論法になっていません。
解りやすい事実を並べて相手の関心を惹きつけ、都合よく丸め込む・・・なんだか投資セミナーの説法を聞いているみたいですね。
まあ冗談はともかく真面目な話をすると、トヨタの言い分は「帯電するとクーロン力で空気が剥離し、ボディとの間に隙間ができるので、車が(揚力で?)揺さぶられ不安定になる」ため、「GRエアロスタビライジングボディコートを塗って除電しなさい」という理屈のようです。
では、まずはトヨタの説明を見てみましょう。

↑アルミテープのときのマスコミ配布資料の一つ(境界層の厚さ)。画像はモーターファンの記事より引用。
これがどのように計測されたデータなのか(果たして信頼できるデータなのか)がさっぱり解らないため、コメントしようがないのですが、この表によれば、帯電の有無(2KVと0V)で確かに違いが見られる。
ただ、境界層の実効厚さを図から推測すると、せいぜい1ミリ程度の違いであり、仮にこのデータが正しくても、アルミテープの有無で2KVと0Vの差が出る訳ではないので、詐欺師がよく使う「効果を視覚的に訴えるためのトリック」にも見えるのだが・・・

↑同じくアルミテープのときのマスコミ配布資料(境界層の増大、剥離)。画像はモーターファンの記事より引用。
初歩的かつ単純化されたモデルを使って、帯電により境界層が増大し、剥離が起こると言う説明を行っている。
ただ、飛行機の翼を横から見た2次元図ならこれで説明できるのでしょうが、自動車の場合はもっと複雑な形状をしていますが(航空分野では翼形状を対象に2次元解析が有効だが、自動車は3次元複雑形状であるからこそCFD解析が有効)、それはそうとして、本当にクーロン力(静電力)によって境界層の増大や剥離が起きるのでしょうか?
ではここで、境界層とは何か、また剥離はなぜ起こるか、そしてそれによりどのような影響が出るのかを考えてみましょう。
まず、大前提として、
境界層や剥離は、流体の粘性力によって生じます。(※2)
理想流体と違い、空気のように現実に存在する流体は粘性流体なので、壁面の近くではその粘性力(せん断力)により空気抵抗(粘性抵抗)が生じます。
それにより、壁面近くに境界層と呼ばれる空気の流れが遅い(=圧力が高い)層ができます。
そのため、流体は後方に行くに従って物体の形状に沿って流れる事が難しくなり、剥離が起こります。

剥離が起こると後方に大きな渦(=低圧)が出来ますが、これが抗力(後ろ向きへ引っ張る力)となって、空気抵抗(慣性抵抗)が増大する訳です。
ホームの白線近くで急行なり特急なりが通過した直後、線路側に危うく吸い込まれそうになった経験をした方もいると思いますが、あれがまさにそうです。
ところで、ゴルフボールの表面に飛距離を伸ばすためのディンプル加工がされていますが、なぜ飛距離が長くなるかというと、あのディンプルによって表面に小さな渦、つまり乱流を起こしているからです。
素人考えでは空気は綺麗に流れた方が良いように思いますが、むしろ乱流にすることで剥離角を大きくできるので(つまり剥離点を後方にずらせるので)、その結果、後方の大きな渦を(層流に比べ)小さくすることができます。
それで抗力を抑える事が出来るので、飛距離が伸びる訳です。

このように、境界層や剥離は流体の持つ粘性力に起因し、剥離が起こると空気抵抗(慣性抵抗)が増えるので、好ましくないのです。
という訳で、トヨタの言う「クーロン力で剥離が起きて(※3)、車の挙動が不安定化する」なる説は、
オカルトパーツ業者がよく使う「疑似科学」なのです。
っていうか、これが本当なら1世紀ぶりに物理法則(プラントルの境界層理論)を塗り替える快挙なんだが(笑)
ついでにもう一つダメ出しすると、電磁気学の視点で言えば、空気(外部電場)とボディ(導体)の間でクーロン力が働けば、空気が剥がれるのではなく、ボディに静電誘導が起こるだけです。
結局のところトヨタの理論は、効果が感じられたという幾人かのテストドライバーの主張を基に、勝手な仮説を組み立て、先の団扇の話と同様に(流体力学の専門用語を用いて)素人向けにもっともらしく説明しているだけの代物であり、専門家からは「粘性力も知らないのか」と鼻で笑われる戯言レベルです。
そもそも、ボディを見回しただけでも、ドアミラーやルーフアンテナ、ドアハンドルなどの目立つ突起物があるし、モールやパネルの隙間(チリ)だってあるし、下回りを覗けば突起物だらけだし、タイヤのような回転体もあるので、ボディ表面の空気の流れは複雑です(※4)
なので、仮に(理屈はともかく)剥離点をいくらか後方にズラせたとしても、ゴルフボールのように単純にはいかないでしょう。
だいいち、帯電するだけで流体中の物体に力(それも質量の大きな自動車を低速域から上下左右に揺さぶる程の大きな力)が働くなら、疾うの昔に誰かが気づいてそのメカニズムを解明し、「ナントカの法則」なんて名前が付いていなければおかしいし、逆にトヨタの言う理論(現象)が本当なら、脱炭素にも貢献する技術として、世界中から脚光を浴びるはずですが、発表後10年近く経つのに、
未だに注目されていないのは何故でしょう?
なお、流体力学の今のトレンドは、鮫肌にヒントを得たリブレット加工ですが、これは境界層の空気の流れ(渦)をボディから遠ざけることで、空気抵抗(粘性抵抗)を低減するというものです。
粘性抵抗が減るという事は、剥離も抑えられるのでしょうから、慣性抵抗も減る効果が期待できます。
なので、仮にクーロン力がいくらかでも働く事によって僅かな隙間ができるなら、むしろ歓迎すべき事柄です。

↑これはオカルトではありません(画像は、日経クロステックの記事より引用)
参考)https://www.aero.jaxa.jp/spsite/rensai/column/21.html
もっとも、走行によって摩擦帯電が起きた場合、空気とボディの両者がともに正電荷を持つはずがないし(電気量保存の法則)、また先ほども少し触れましたが、外部から電場(正電荷)の影響を受ければ、導体であるボディには静電誘導が起きてボディ表面に電子(負電荷)が集まるため、トヨタの言うような「空気もボディもプラスの電荷をもつので、斥力が働いて空気が剥がれる」はあり得ません。
百歩譲って、トヨタの担当者(テストドライバーが中心メンバー?)が、流体力学以前に電気量保存の法則や静電誘導を知らなかったとしても、あくまでトヨタという法人として発表している以上、誰かしら(良識ある社員が)止められなかったのかと不思議に思います・・・もしかして「森の象さん」の直轄案件だったので、誰も口を挟めなかった?
ところで、以前「学生時代に流体力学を少しカジった事がある」という某自動車ライターが、アルミテープの理論を得意げに解説しているのを見掛けましたが、流体力学を多少でもカジった事があるなら、流体の粘性力の話ぐらいは覚えておいて欲しかったですね(カーメディアに噓記事が多いのは、このように書き手のレベルが低いから)
いずれにしても、これがオカルトでないと言うなら、詐欺紛いのしょうもない説明ではなく、実際に効果がどれだけあるのかを具体的に示してもらいたい。
今時は空洞実験室がなくても性能の良い汎用のCFDソフトがあるようですが、トヨタともなれば立派な空洞実験室を持っているのだから、「アルミテープの有無で、どれだけ空気抵抗が改善するか」は簡単にデータが取れるハズ。
また、コンピューターシミュレーション全盛の今は、ドアの開閉フィーリングのような感性領域に至るまで数値解析しているのだから、「帯電を抑えることで、どれだけクルマの無駄な動きが抑えられるか」というシミュレーションをするのも簡単なハズなのに、
それを何故公表しないのでしょう?(※5)

↑ダメダメ3匹(画像はJARO提供)
有名な大手企業が、機能性表示食品を「個人の感想です」を免罪符にしてバンバン売る時代です(営利企業ですから当たり前です。それを否定はしません)
「あのトヨタが言っているんだから間違いはないだろう」とか、「効果があるからこそ特許も取ったんだろう」ではなく、
自分で考える癖をつけることが重要ではないでしょうか?
注釈
(※1)
自由落下ではないので、質量が大きいほど空気抵抗による影響は小さくなり、逆に質量が小さいほど空気抵抗による影響は大きくなります。
誰にでも解りやすいように説明するのは大事ですが、団扇と車をさも同列であるかのように説明するようでは、詐欺師と一緒です。
(※2)
流体の粘性力は、流体中に存在する速度の大きい分子と小さい分子が互いに衝突したり、壁面に衝突したりすることで運動量が減少し、流れを減速させる力のことで、流体分子間あるいは壁面に対して働く摩擦力と言い換えられる。
(※3)
量子論的な超ミクロの世界で見れば、万物(原子間運動など)の大元はクーロン力であるという説明も出来ると思いますが、ここで言っているのはそういう半哲学的な世界の話ではない。
(※4)
空力改善による車両安定を目指すなら、アンダーフロアやリヤのホイールハウスに自作カバーを付けて、いっそドアミラーすら畳んで走ったほうが、よほど効果があるでしょう。
もちろん、「GRコート(あるいはアルミテープ)を施工したら、走り出しから安定感が増した」などと寝事を言う人は、窓を開けて走るなど論外です。
(※5)
Youtubeで比較走行動画を公開しているようですが、コメント欄をみればわかるように、あれでは本当の比較にはなっていません(ハンドルの切り方やブレーキの踏み方、風向や風速等が同一条件ではないため・・・よく見ると肝心のメーターを隠していますので、侵入スピードも違っているのではないでしょうか?)
元レースドライバーの評論家でも呼んで、走った感想を述べさせる程度にしておけば良いものを、この動画はちょっとやりすぎです(JARO、いや消費者庁の出番ですね)
https://www.youtube.com/watch?v=yzkiVhyG6qM&t=5s
Posted at 2024/04/20 17:11:07
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