F1 NEWS-LA FLESSIONE DELLE ALI IN FORMULA 1.

F1 NEWS-LA FLESSIONE DELLE ALI IN FORMULA 1.

In formula 1, cosi come nell’aeronautica, tutte le velature subiscono interazioni con il flusso esterno che le lambisce.

Queste interazioni derivano dal fatto che la modifica dello stesso, provoca delle forze di reazione verso queste superficie aerodinamiche da parte della corrente.

Le reazioni possono essere di due tipi:

-una forza aerodinamica, meglio conosciuta come deportanza.
-una coppia aerodinamica, di cui invece non si parla molto.

Se prendessimo per esempio due profili come quelli illustrati di seguito:
notiamo che  ricavano la portanza in modi differenti ma entrambi riescono a creare questa forza.
Il profilo A riesce a modificare il flusso due volte, prima allargandolo e poi restringendolo, cosi da sfruttare la variazione di pressione statica del flusso, che sulla parte superiore deve accelerare, vedendola decresce. Il profilo B riesce invece a far variare la direzione dell’intero flusso sia superiormente che inferiormente e ricava forze verso il basso proprio dalle reazioni di ogni singola molecola di aria.

In entrambi i casi, quindi bisogna deformare il flusso per ottenere questo genere di effetto, e subendo le due interazione appena citate.

Tornando all’argomento riportato dal titolo e unendolo con quanto appena detto, perché dovremmo voler modificare la forma del nostro profilo?  In molti casi, in formula 1

principalmente, si sono viste delle strutture con deformabilità elevata proprio per poter adattare la forma alla varie situazioni, ovvero alle varie velocità.

FOTO ( VIA FORUM F1TECHNICAL)

In effetti, basta ragionare per capire che su un rettilineo come per esempio quello del circuito di Shanghai da piu di 1km di lunghezza, o su rettilinei come quello principale che si trova a Barcellona, non ci può interessare troppo la deportanza quanto più la penetrazione aerodinamica.

Del resto è da quando scrivo i primi articoli di F1 che lo dico: modificare il flusso costa energia e più lo modifico, più interagisco con lui, più perderò potenza utile per la vettura, specialmente in rettilineo dove le velocità crescono tantissimo.

Perché allora non trovare il modo di permettere al profilo di variare la sua incidenza?

Perché non trovare il modo di deformarlo e farlo ruotare?

Chiaramente le regole non permettono di giocare troppo su questo effetto anche se fino a qualche anno fa si potevano osservare soluzioni molto interessanti.

Il sistema è il seguente:

prendiamo in considerazione in profilo B, che in formula 1 è quello preferito.
consideriamo ogni infinitesimo valore di pressione che si sviluppa lungo la superficie della nostra ala, e per ogni infinitesimo tratto immaginiamo di tracciare una linea che rimarchi la distanza da un punto prestabilito sul bordo di attacco, detto origine “O”.

se calcolassimo i momenti che ogni infinitesimo millimetro quadrato di superficie genera lungo la corda del profilo troveremmo:

La somma completa di ogni piccolo elemento di momento, conferito dalla pressione su ogni area ristretta della superficie permette di trovare il momento totale; per la cronaca, ciò viene fatto con una integrazione su tutta la superficie, sia superiore che inferiore

Ora: possiamo notare come gli anni passati le ali fossero vincolate al pilone di sostegno del muso, non in posizione centrale, ma nei pressi del bordo di attacco, proprio per sfruttare questo momento torcente, capace di ripiegare l’area facendole assumere inclinazioni minori rispetto al flusso.

Perché abbiamo affrontato il discorso della flessibilità, se quest’anno i limiti imposti da federazione sono stati ridotti quasi all’osso?

Basta infatti vedere una foto di confronto fatta su Redbull e Mercedes che prova come le ali non si spostino se non di quantità esigue, nelle varie situazioni: nel confronto sono state prese foto a velocità massima in fondo al rettilineo e per curve molto lente, dello stesso tracciato. Prima però un nota bene.

NB:
è chiaro che la deformazione, in ogni caso, non si potrà mai eliminare del tutto, perché proprio questo fenomeno è lo stato normale di reazione di un qualsiasi materiale: ogni oggetto per resistere ad un qualsiasi sforzo deve deformare per creare la forza di reazione uguale e contraria, derivante da un aumento dell’energia di legame tra gli atomi che si avvicinano. NON E’ CANCELLABILE!

Parliamo del fenomeno proprio perché crediamo che in alcune zone forse più libere per il regolamento, alcune vetture possano ancora sfruttare il concetto, assumendo forme e lunghezze di sostegni molto particolari.

Per esempio se creiamo un sostegno dritto, la sua deformazione sarà molto bassa, ma se lo costruiamo a forma di U rovesciata, nonostante si mantenga basso l’allungamento tra atomo e atomo, il risultato sarà uno spostamento maggiore se considerata tutta la lunghezza del sostegno stesso.

È il caso per esempio della Redbull, con il suo monkey sit a pilone ricurvo.

Pensiamo che possa essere questo un punto in cui, ad alta velocità, si possa riscontrare una deformazione capace di portare il profili verso il basso e di farlo ruotare di modo da assumere minore incidenza sul flusso.

Guarda foto Monkey sit Redbull di Sutton images link

Chiaramente minore incidenza sul flusso significa avere una limitata deformazione dello stesso, con conseguente riduzione delle forze reattive di questo, sul profilo e quindi sulla resistenza aerodinamica della macchina.Oltre tutto sostegni di questo tipo vengono ancora realizzati in carbonio che è un materiale sicuramente meno rigido di metalli come il magnesio o il titanio.

Questo genere di montanti metallici del resto si possono vedere sui profili dell’ala anteriore, a segno che la deformabilità deve essere ridotta.

Ho provato a fare una simulazione di calcolo degli spostamenti per aiutare meglio a capire cosa significa avere una elasticità ridotta per un materiale.

Di seguito sono presenti simulazioni computerizzate che ricavano gli spostamenti dei vari elementi: ho provato a schematizzare il pilone Red Bull del monkey sit.

Il numero 1,317e-002 significa : 0,013mm  di spostamento massimo per pilone in carbonio

Il numero 9,029e-003 significa: 0,009mm per struttura in Titanio, quindi spostamento minore.

Chiaramente queste sono ipotesi di funzionamento, però è chiaro che la struttura usata dal Red Bull ha questo tipo di spostamento, e il fatto che sia costruita in carbonio amplifica l’effetto (oltre alla forma assolutamente inedita del pilone, rispetto alle altre vetture!!)

A volte talmente tanto che si rompe..

Il monkey seat della @redbullracing Sembra un problema al supporto ad U che si è piegato, monkey seat Flex ? #Techf1 pic.twitter.com/r6VCDEgWsS

— GRAFTECH Studio (@Graftechweb) 26 Settembre 2014

A presto con altre riflessioni tecniche!! Articolo dell’Ing.  Aimar Alberto SITO ; AIMARALBERTO.WIX.COM/AEROSPACE-WORLD