かつてのF-1エンジンについて
「8気筒エンジンの最高出力時回転数は12気筒エンジンより1000rpm低く、12気筒エンジンと比べ無理のない余裕のある設計である」
と言えば笑われるだけです。しかし、第二次大戦中の航空機用ガソリンエンジンについての記事ではこのレベルが普通で、気筒あたり排気量が異なるエンジンの回転数を単純比較した記事をよく見かけます。
「三菱航空エンジン史 大正六年から終戦まで」松岡久光 グランプリ出版2017
「(中島)「誉」の最大回転数は3,000回転／分であり、(三菱)A20は2,900回転／分となっている」 「この差は一見小さいものに見られるが、主クランク軸受にかかる荷重は回転数の二乗に比例して大きくなり、これほどの高回転を採用していた発動機の信頼性に大きな影響を持つものになる」
「先行していたアメリカのプラット社やライト社の2,000馬力クラスの対応発動機が、この回転数を2600ないし2700回転／分程度に抑えて、無理な値を採っていないことを見ても～日本側の高回転採用は背伸びしすぎていた感は免れないと思う」
「悲劇の発動機「誉」」前間孝則 草思社2007
「(田中監督官の回想)「誉」と同クラスのエンジンであるR2800やR3350などの毎分の回転は2600とか2800で、｢誉」みたいに3000じゃない。悠々と回っている。大量生産向きにゆとりのある設計しているんだなあと、あらためて感じました」
「(著者の記述)世界を見渡すとき、傑作エンジンで毎分3000回転に達しているのは「マーリン」である～稀有な例であって、他国のメーカーがたやすく真似できるシロモノではない」
レーシングエンジンでは、最大回転数は気筒あたり排気量の1/3乗に略比例します。下表は記事に登場するエンジンについて、排気量、気筒あたり排気量等々、誉の回転数を3000rpmとしてこの1/3乗則により換算した各エンジンの回転数(右端列)を整理したもの。換算式はA20を例にとると 3000×(1.99/2.31)＾(1/3)＝2855 。
誉の3000rpmをA20の気筒あたり排気量に換算すると2855rpmで、A20の公称2900rpmより小さな数字になります。これは誉の3000rpmという数字は(A20との対比で)その気筒あたり排気量からすると低めの数字であることを示します。
本表の引用記事中の各エンジンの回転数は、その気筒あたり排気量からすると(マーリンを除いて)概ね同じレベルのように見えます。
著者達は、回転数が制限因子だというなら、なぜ回転数が制限因子になるかを理解すべです。上の記事で「主クランク軸受にかかる荷重は回転数の二乗に比例して大きくなり」とあります。確かに慣性力は回転数の二乗に比例するが、同時に(気筒数が同じなら)
エンジンストロークと往復運動部質量に比例する
↓
排気量の4/3乗に略比例する
ことを全く理解せず、排気量差を無視して回転数を単純比較しているのです。
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かつて、マン島TTレースの公式練習時、最高速測定がハイランダー地点の0.1マイル区間(160.9344m)で行われていました。
どんな場所かは、この車載カメラの映像の2分10秒あたりからご覧ください。
2分56秒ちょっとで、道路の右側にある白い建物がハイランダーです。
これは1967年の測定結果です。
太字が4ストローク、他は2ストロークで、machine欄の数字は気筒数です。
250㏄のアイビーの速度が際立っており、350㏄クラスより早く500㏄トップのヘイルウッド(ホンダ)に迫る速度です。
125㏄のアイビーの速度も排気量差からすると、同レベルといっていいでしょう。
ただ、マン島プラクティスでの最高速は普通のサーキットでの最高速とは異なる次の要素があります。
●1周60.7kmもあるため、公式練習は「コースに慣れる」が他のサーキットより大事。抑え気味で走行している比率が他サーキットより大きいと思われる。
●公式練習は125～500㏄の4クラス(だったと思う)混合で行われるため、直線でのマシンによる速度差が大きい。映像で分るようにコースは狭く、しかも走路が少し曲がる箇所もあるため、ライダーは普通のサーキット以上に前をよく見る必要があるし、速度を落とさざるを得ないこともある。
●ライダーは胸を燃料タンクに着けるような伏姿勢は取りにくいと思われる。
なお、おそらくホンダ500㏄4気筒はモンツァやスパ・フランコルシャンであれば260km/hを超えていただろうと思います。
https://jfrmc.tou3.com/Date/20241215/1/
で、次のように書きました。
ムジェロ
マシンの諸元等を次のとおり設定します。
●直線に入って全力加速開始時の200km/h
●出力280PS
●直線での平均出力263PS(回転数が変化するので)
●出力伝達効率0.87
●後輪平均出力＝263×0.87＝228.8PS
●バイク重量233㎏(水、オイル、燃料(10㎏)、ライダーを含む)
●真の最高速＝390km/h
200km/hから390km/hに達するまでの走行距離、走行時間を計算したのが次のグラフです。
ムジェロのストレート終わりから250mでブレーキ開始とすると366km/hまでの加速距離は950m、上の試算では960mでほぼ同じ数字になりました(加速時間は11.4秒)。
真の最高速を400km/hにすると加速距離は850mになり、少し短すぎます。
ですから、今のMOTOGPマシンの真の最高速は400km/hに達しないと思います。
なお、真の最高速390km/hの場合、シケインのないポール・リカールでの最高速は380km/h前後になります。1980年代からすると、とんでもない速度ですね。
前回と同様な方法で1986年のGP500マシンについて考えます。
ポール・リカールでのレース序盤を想定し、次のとおり設定します。
●直線に入って全力加速開始時の速度150km/h
●出力150PS
●直線での平均出力141PS(回転数が変化するので)
●出力伝達効率0.87
●後輪平均出力＝141×0.87＝122.7PS
●バイク重量225㎏(水、オイル、燃料(20㎏)、ライダーを含む)
●真の最高速＝305km/h
150km/hから305km/hに達するまでの走行距離、走行時間を計算したのが次のグラフです。
制動開始までの走行距離を1600mとすると、ポール・リカールでの最高速は301.5km/hあたり、所要時間は22秒程度になります。
実際はどうかというと、前に紹介した次の映像では22秒程度ですので、概ね同じといっていいでしょう。
ちなみに、燃料を10kg減らすと、
最高速＝302km/h程度
所要時間＝21.6秒程度
になります。
前回、「直線距離1.8km程度のサーキットにおける、120～125PS※のレーシングマシンの当時の最高速(無風状態)は280km/h前後だったと思われます。」と書きました。
で、次のように仮定して真の最高速がどれくらいか考えます。
●直線に入って全力加速開始時の速度200km/h
●出力122PS
●直線での平均出力115PS(回転数が変化するので)
●出力伝達効率0.87
●後輪平均出力＝115×0.87＝100PS
●バイク重量225㎏(水、オイル、燃料、ライダーを含む)
さて、
バイク加速の仕事率＝後輪平均出力 ー 空気抵抗相当出力 ー 転がり抵抗出力
です。何回も書いたように、空気抵抗(力)は速度の2乗に比例して増大し、空気抵抗に相当する出力(仕事率)は速度の3乗に比例します。ですから空気抵抗相当出力は速度上昇と共に加速度的に増大します。
一方、ころがり抵抗(力)は計算上一定とします。したがって転がり抵抗に相当する出力は速度に比例します。
これらのことから200km/hから1km/h毎の加速度、走行時間、走行距離を求め、走行距離を積算します。
仮に真の最高速を284km/h、その時の
空気抵抗相当出力：転がり抵抗相当出力＝19.7：1
として、次のグラフを作成しました。
横軸が速度、左縦軸が走行距離、右縦軸が加速仕事率です。
速度上昇に伴い加速仕事率が大きく低下し、(図にはありませんが)加速度はそれ以上に大きく低下します。280km/hまでの走行距離は1420mとなり、前提となった直線距離1800mに近い数字なりました。
そして、
真の最高速を290km/hとすると、280km/hに達する距離は1050m
真の最高速を300km/hとすると、280km/hに達する距離は809m
となり、前提直線距離1800mと乖離してしまいます。
ですから、このマシンの真の最高速は284km/h前後ではないかと推測します。
