F1のクラッシュバリア技術の短い歴史

📖 目次

1. モータースポーツのリスクとバリア技術の必要性
2. クラッシュの衝撃を和らげる仕組み
3. クラッシュバリアの選択と配置の重要性
4. バリアの種類と特徴
   • 4.1 ストローベール
   • 4.2 キャッチフェンス
   • 4.3 コンクリート壁
   • 4.4 ガードレール
   • 4.5 タイヤウォール
   • 4.6 テックプロバリア
5. バリア設計の課題と発展
6. F1におけるバリアの適用と今後の展望

🏎️ モータースポーツのリスクとバリア技術の必要性

モータースポーツでは、様々なリスクが存在し、ドライバーはコース上で車が脱線することを完全に防ぐことはできません。観客や関係者が接近するため、コース周辺には厳密なバリアが必要です。また、高速走行が伴うため、モータースポーツは無制限な車の暴走を防ぐためにさまざまな解決策を考案してきました。これにより、ドライバーへの負傷リスクを最小限に抑えることが可能になりました。

📚 クラッシュの衝撃を和らげる仕組み

クラッシュ時の重大な怪我のリスクは、巨大な加速度によるものです。加速度は速度の変化の速さを表しており、加速度が生み出す力がドライバーに作用します。車を徐々に0から200 km/hまで加速させる場合、ほとんど感じることはありませんが、F1カーが数秒で同じことをすると、胸を蹴り飛ばされたような感覚になります。さらに、停止時の衝撃も同様に強烈です。

衝撃の大きさは減速度によって決まります。例えば、F1カーが100 km/hで硬直したコンクリート壁に衝突する場合、数ミリ秒で0 km/hまで減速します。これにより、ドライバーが体験する衝撃の大きさが増加し、危険度が高まります。体、臓器、脳へのエネルギーの大量伝達が起こります。F1の事故は「g」という単位で報告されることがよくあります。1 g未満の減速度が一般の道路車の60マイル/hで急ブレーキを踏むと生じるのに対し、30 gの衝撃がどれほど大きいものか想像できるでしょう。

F1バリアの設計において重要なポイントは、「運動エネルギー」と「減速度」の双方を最小化することです。バリアは衝撃時のエネルギーを車とドライバーから奪い取り、減速度を緩和する役割を果たすことが求められます。運動エネルギーは速度と比例するため、F1の車両が150 km/hで走行している場合、100 km/hで走行している車両の2.2倍のエネルギーを持っています。200 km/hで走行している場合、エネルギーは4倍になります。このように、バリアの役割は非常に重要であることがわかります。

4. バリアの種類と特徴

4.1 ストローベール

ストローベールはかつてトラックサイドのバリアとしてよく使用されていました。都市部や飛行場、公道でのサーキットでは、ドライバーが衝突を避けたい木や電柱、壁があったため、ストローベールが使用されました。ストローベールは比較的安価で入手しやすい重みがあり、衝突時に移動させることで運動量の一部を吸収できました。しかし、ストローベールには多くの問題点があります。例えば、車が引っかかってひっくり返る可能性があり、特に車がこのような状態の場合は非常に危険です。また、車に引っかかることで急速なスピンを引き起こすこともあり、これによりムチウチなどの怪我が発生する可能性もあります。さらに、ストローベールは衝突時にトラック上に多くのストローを残し、滑りやすく危険な状態にします。さらに重大な問題として、ストローは非常に燃えやすいことが判明しています。最も有名なストローベールに関連する事故は、1967年のモナコグランプリでのロレンソ・バンディーニのクラッシュです。彼はストローベールの山に閉じ込められ、炎上しました。彼は最終的に火傷の合併症で亡くなりました。1970年にはストローベールの使用が禁止されました。

4.2 キャッチフェンス

キャッチフェンスは、比較的安価でシンプルな方法として一時的に人気がありました。これはワイヤーフェンスを組み合わせて車をコースから飛び出さないようにするものです。車が衝突するとフェンスが変形し、車のエネルギーをフェンスの形状変化によって吸収します。これもいくつかの問題を抱えていました。フェンスは非常に容易に変形するため、車を乗客から抜き出すのが難しい場合があります。火災や負傷の場合には、この問題が顕著になります。また、フェンスはドライバー自体に巻きつくこともあります。1981年の南アフリカグランプリでカルロス・ライテマンはほぼ絞め殺される寸前でした。フェンスが非常に容易に変形するため、キャッチフェンスを支えるポストは高速で振り回され、ドライバーを打撲傷を負わせる可能性がありました。同じ南アフリカグランプリでは、ジェフ・リースがキャッチフェンスポストで意識を失いました。キャッチフェンスは衝突後に修復が困難であり、遅延を避けてレースを続行する際に問題となることもあります。キャッチフェンスの使用は禁止されており、現在のF1で「キャッチフェンス」という用語を耳にすると、通常は強化デブリフェンスを指すことが一般的です。

4.3 コンクリート壁

コンクリート壁は、衝突時に優れた仕事をしています。非常に堅くて動かないため、垂直方向のエネルギー吸収には向いていません。直接的な正面衝突は避けた方が良いです。しかし、車を逸らし、摩擦力で運動量を吸収する能力があります。真っ直ぐな場所では、壁をトラックの端に近づけることで浅い角度で衝突する可能性を高めることができます。コース上で制御を失った車は、角度の浅い衝突で壁に衝突するように強制されるためです。これは、コースのスペースが限られている場合やグランドスタンドを近づけたい場合に非常に効果的です。カナダの長いバックストレートはこれの良い例です。

4.4 ガードレール

ガードレールはF1でよく見かけるバリアです。ガードレールには独特の波状のW形状があり、その理由があります。ある方向に平面を曲げると、他の方向には曲げにくくなります。紙で試してみてください。一度曲げると、反対の方向にはほとんど曲げられません。これは、ピザスライスを持つ際にも同じ理由です。すでに曲がっている場合、長さに沿って湾曲したままです。したがって、ガードレールはその長さに沿って非常に強固であり、車が比較的浅い角度で衝突した場合はわずかに変形し、衝撃のエネルギーを吸収し、車をその長さに沿って停止させます（ほとんどの場合）。レールの背後にあるポストやスペーサーは、いくらかの衝撃を吸収するために曲がります。もちろん、深刻に損傷したガードレールを修理するのは難しいですし、交換費用もかかります。また、モナコのようなランオフスペースが限られた低速エリアでのみ効果的です。モナコには理想的です。

4.5 タイヤウォール

最も汎用性の高いバリアとして、おなじみのタイヤウォールにお会いしましょう。これは、安価で入手しやすい使用済みのタイヤを積み重ねて柔らかい壁を形成するものです。いくつかの利点があります。使用済みのタイヤは安価で入手可能です。タイヤは柔らかくてへたれるため、エネルギー吸収に適しています。車の速度によって変形し、エネルギーをゴムのようなスプリングのように変形させます。多くの年月をかけて、タイヤバリアの効果をさまざまな方法で向上させてきました。タイヤはストラップやボルトで固定されており、ルーズに積み重ねられていません。ルーズなタイヤは衝突時にばらばらに散り、衝撃を吸収するためのタイヤは直接衝突ゾーンに残ることになります。タイヤをしっかりと固定することで、バリア全体でエネルギー吸収効果を発揮します。衝突時、タイヤウォールはその全体でエネルギー吸収を行い、その構造を通じてエネルギーを広げます。タイヤを互いに固定するほど、ウォールはより堅くなり、よりしなやかになります。より多くの行列を使用すると、ウォールはより堅くなりますが、柔軟性が低下します。高速衝撃が予想される場所では、より堅い構造がより多くのエネルギーを吸収することができますが、浅い柔らかい壁では車が後方の壁に衝突する可能性があります。タイヤウォールは現在、大型のベルトやカバーで覆われています。これにはいくつかの利点があります。まず、タイヤが露出している場合、浅い衝突でも車がフェンスに引っかかる可能性があります。滑らない表面により、車は浅い衝突でバリアから弾かれることができます。また、カバーされていないタイヤ壁は、車がダーツのように刺さることが容易であり、抜き出すのが難しくなり、頭を打たれる危険が増加します。なお、現在はHaloと呼ばれるシステムが導入されているため、頭部への衝撃は少なくなっています。さらに、見えない革新的な点として、F1タイヤバリアにはインサートが使用されることがあります。これはタイヤ内部に配置されるプラスチック管のことで、タイヤの変形によるエネルギーの吸収を防ぎます。これにより、タイヤウォールのエネルギー吸収能力が2倍になります。

4.6 テックプロバリア

テックプロバリアは、特殊な形状のクラッシュバリアで、2つの異なるバージョンがあります。赤色の「吸収ブロック」は、中空の発泡ブロックで比較的簡単に変形します。灰色の「補強ブロック」は、強靭な発泡スキン、柔らかい発泡コア、バリアを貫通するのを防ぐための薄い鋼板が内部に組み込まれています。本当は、これはベルテッドタイヤウォールと非常に良く似たものであり、達成しようとする目標もほぼ同じです。さらに、さまざまな形状の角にフィットすることができるように設計されており、非常に柔軟性があります。しかし、テックプロバリアにはいくつかの問題がありました。例えば、F1カーの低いノーズは衝撃で持ち上げられ、正しく減速させる代わりに埋め込まれることがありました。実際、モナコでマルドナドがテックプロバリアを引きはがし、トラックに引きずり出しました。そのため、すべての状況に対して重量が適切でない可能性があります。高速で動く制御を失った車を半分に安全かつ制御された状態で停止することは非常に困難な問題です。これに対して、適応性が高く、手頃な価格で、衝突後に再利用でき、遅延を避けるために再構築可能な方法を見つけるために、多くの工学と研究が行われてきました。特にF1では、現在でも最も信頼できるバリアは、使いやすく、予測可能なタイヤウォールであるため、現在でもその存在価値は高いです。