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風洞実験
シミュレーター

車体周囲の空気の流れをリアルタイムで可視化し、空力特性を直感的に理解するための教育・研究用シミュレーションソフトウェアです。

HTML + CSS + JavaScript CFD VISUALIZATION AERODYNAMICS
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ソフトウェア概要

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空気流れのリアルタイム可視化

車体周囲を流れる空気の動きを、色付きのパーティクルとストリームラインでリアルタイムに表示します。高速な部分は赤系、低速な部分は青系で直感的に把握できます。

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車速と風速の合成表示

走行中の車に対する空気の相対速度を正確にシミュレート。風速スライダーと車速スライダーを独立して操作でき、両者の合成ベクトルをリアルタイムで確認できます。

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空力データの即時計算

抗力係数(Cd値)と空気抵抗力(ドラッグ力)を物理式に基づいてリアルタイム計算。車両タイプを変えると数値が即座に更新されます。

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複数の可視化モード

ストリームライン・パーティクル流れ・圧力マップ・渦流の4種類の可視化を組み合わせて表示。各モードの表示・非表示を個別に切り替えられます。

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物理モデル

ポテンシャル流れ理論

本ソフトウェアは、楕円形周りのポテンシャル流れ(二重極流)を近似した流速フィールドを計算しています。車体を楕円として扱い、周囲の流れを数学的に算出することで、リアルタイム描画を実現しています。

車体前方(風上側)は流れが圧縮されて高速化し、後方(風下側)では速度が落ちて乱流のウェイク領域が発生します。この現象を忠実に再現しています。

▸ 空気抵抗力(ドラッグ)の計算式
Fd = ½ × ρ × V² × Cd × A
ρ(ロー) = 空気密度(1.225 kg/m³)
V = 相対風速(m/s)
Cd = 抗力係数(車両タイプにより異なる)
A = 前面投影面積(m²)

相対風速の計算

車が前進すると、静止した空気でも車体前方から風を受けるため、実際の風速と車速の和が空力的な「見かけの風速」(相対風速)となります。

▸ RELATIVE WIND VECTOR DIAGRAM
風速 →
60 km/h
車速 ←
40 km/h
相対風速 →
100 km/h
相対風速 = 風速 + 車速
100 km/h = 60 km/h + 40 km/h

ウェイク(後流)乱流モデル

車体後方では流速が大幅に低下し、上下方向の乱流成分(v方向)が加わります。シミュレーション内では、sin波ベースの時間変化する乱流強度を加算することで、現実的な渦の揺らぎを再現しています。この領域が空力ドラッグの主な発生源です。

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機能一覧

FEATURE 01 パーティクル流れ REAL-TIME

数百〜数百個の粒子が速度フィールドに従って流れ、軌跡(トレイル)を色で表示します。速度に応じてリアルタイムで色が変化し、空気の流れを直感的に把握できます。

密度: LOW / MED / HIGH トレイル長: 最大30点 自動リスポーン
FEATURE 02 ストリームライン 24本

流線(ストリームライン)を24本表示。アニメーションする破線で流れの方向を示し、矢印マーカーを一定間隔で配置することで流速と方向を同時に可視化します。

アニメーション破線 方向矢印マーカー 速度カラーマッピング
FEATURE 03 圧力マップ PRESSURE

ベルヌーイの定理に基づき、流速の遅い部分(高圧)を青系、速い部分(低圧)を赤系で背景に半透明表示します。車体前面の高圧域と後方の低圧ウェイク域が一目でわかります。

青 = 高圧(低速) 赤 = 低圧(高速) ベルヌーイ定理に基づく
FEATURE 04 渦流(ヴォルテックス) VORTEX

車体後方に発生するカルマン渦を二つの反対回転する渦として可視化します。風速が高くなるほど渦の強度が増し、回転速度も上がります。

上下2つの逆回転渦 風速に連動した回転速度 フェード表示
FEATURE 05 速度ベクトル図 VECTOR

画面左下に風速・車速・相対風速の3本の矢印ベクトルをリアルタイム表示。スライダーを動かすたびに長さと数値が即座に変化し、速度の合成関係を視覚的に理解できます。

風速 → シアン矢印 車速 ← オレンジ矢印 相対風速 → イエロー矢印
FEATURE 06 ドラッグ力の計算 PHYSICS

実際の空力計算式(F = ½ρV²CdA)を用いて空気抵抗力(N)をリアルタイムで計算・表示。車両タイプと速度の変化に応じて数値が連動して変わります。

空気密度 1.225 kg/m³ 車両ごとのCd値・前面積 ステータスバーに表示
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操作方法

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風速スライダー

トンネル内を吹く風の強さを設定します。0〜300 km/h の範囲で5 km/h 刻みで変更できます。

0 km/h300 km/h
🚗

車速スライダー

車両の走行速度を設定します。車が動くと相対風速が増加し、流れのパターンが変化します。

0 km/h300 km/h
📦

パーティクル密度

流れを表す粒子の数を3段階で設定します。HIGH にすると詳細な流れが見やすくなります。

LOWMEDHIGH
🚙

車両タイプ選択

セダン・SUV・スポーツカー・トラック・フォーミュラの5種類から選択。それぞれ形状とCd値が異なります。

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表示切替チェックボックス

渦流・圧力マップ・ストリームラインをそれぞれ独立してON/OFFできます。見たい情報だけを選んで表示できます。

START / STOP ボタン

シミュレーションの一時停止と再開を切り替えます。特定の瞬間の流れを観察したいときに便利です。

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カラー凡例

流れの色は相対風速に対する流速の比率で決まります。最大流速(相対風速の約1.8倍)を基準として以下のグラデーションで表示されます。

低速 中速 高速
非常に低速
(淀み点付近)
中程度の速度
(車体側面)
黄緑 やや高速
(天面など)
オレンジ 高速領域
(絞り部分)
最高速
(最大流速点)
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車両データ

車両タイプ 抗力係数 Cd Cd の目安 空力特性の特徴
🏎 スポーツカー 0.26
低車高・流線形ボディで最も空力効率が高い。風の流れが滑らか。
🚗 セダン 0.30
乗用車の標準的な空力性能。後部が緩やかに傾斜し抵抗を抑制。
🚙 SUV 0.38
高い車高と大きな前面積が抵抗を増やす。後方のウェイクも大きい。
🚛 トラック 0.48
角張ったボディと垂直の前面が大きな抵抗を生む。乱流も激しい。
🏁 フォーミュラ 0.70
ウイングによるダウンフォース発生のため意図的に高Cd。グリップ優先。

※ Cd値は参考値です。実際の値はメーカーや測定条件によって異なります。

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用語解説

抗力係数(Cd値)
物体が空気中を動くときの「空気抵抗のしにくさ」を表す無次元数。値が小さいほど空力的に優れた形状であることを意味します。
相対風速
車両に対して実際に当たる風の速度。静止している車なら外の風速と同じ。走行中は「外の風速+車速」が相対風速になります。
ストリームライン(流線)
ある瞬間における流れの方向を線で結んだもの。流体力学において流れのパターンを視覚化する最も基本的な手法のひとつです。
ベルヌーイの定理
「流速が速いほど圧力が低くなる」という流体力学の基本法則。飛行機の翼や車の空力デザインの基礎となる原理です。
カルマン渦
流体中の物体後方に交互に発生する渦の列。車体後方の乱流の主要な原因であり、空気抵抗(ドラッグ)の大きな発生源です。
ウェイク(後流)
車体後方に生じる流速が落ちた乱流域。この領域が大きいほど空気抵抗が増えるため、空力設計ではウェイクの縮小が重要課題です。
ダウンフォース
車体を地面方向に押しつける空力的な力。フォーミュラカーのウイングはこれを発生させるために設計されており、Cd値を犠牲にしてグリップを得ます。
ポテンシャル流れ
粘性を無視した理想的な流体の流れモデル。複雑な方程式なしにリアルタイム計算を可能にするため、このシミュレーターの速度フィールド計算に採用しています。