LA TECNICA DELLA FORMULA 1: IL BILANCIAMENTO AERO-MECCANICO

È complicato trovare il giusto compromesso tra sviluppo della macchina, il suo settaggio di gara in gara e la guidabilità. Ogni modifica aerodinamica risuona e si ripercuote su molte aree della macchina: l’accelerazione maggiore o minore, la reazione delle sospensioni e la guidabilità sono gli aspetti più intaccati dalle variazioni di forme e di appendici alari.

Del resto, la manovrabilità e la stabilità di un veicolo da corsa dipendono, tra le altre variabili, da quanto gli pneumatici vengono premuti al terreno e questi sono soggetti a loro volta al livello di carico aerodinamico generabile a bordo. Sarebbe oltremodo errato modificare i profili delle auto solamente considerando la velocità di punta necessaria sui rettilinei, o il livello di spinta al suolo richiesta lungo i tratti curvilinei. Vero: su piste da alte velocità, ad esempio Monza, è fondamentale per una monoposto poter spingere al massimo sui rettifili e ogni tecnico cercherebbe di ridurre la resistenza aerodinamica quanto più possibile per poter raggiungere questo obiettivo.

È d’altro canto ovvio che bisogna tenere conto di quanto la dinamica della vettura ne subirebbe, specialmente durante i passaggi da tratto dritto e cambi di direzione. Sotto questo punto di vista, il punto chiave del discorso è che l’aerodinamica non opera da sola, ma collabora pienamente con la distribuzione dei pesi meccanici a bordo macchina.

Se ogni componente della vettura è caratterizzato da una massa ed un peso, la somma di ogni piccolo contributo permette ai tecnici di poter calcolare il baricentro complessivo. Questo può essere più avanzato o più arretrato e la sua posizione dipende in fondo dallo scopo che si vuole ottenere. Per una vettura che riesca a svoltare con agilità in circuiti più stretti (come i tracciati cittadini) l’ideale sarebbe ad esempio un baricentro maggiormente arretrato. Al contrario, una sua posizione più avanzata aiuterebbe a rendere stabile la monoposto tra le curve di piste veloci. Si capisce quanto detto analizzando lo schema che segue.

Considerando la freccia verde come la forza che le ruote anteriori impiegano per ruotare la vettura verso sinistra (in fase di curva) e la freccia gialla come la forza centrifuga che si concentra nel baricentro e che agisce per conto di tutto il peso della macchina, è semplice vedere come, rispetto alle ruote posteriori, la leva della forza verde (linea verde) sia ben più estesa della leva di quella gialla (linea gialla).

Questo effetto cresce ogni qualvolta i tecnici riescano ad arretrare la posizione del centro di gravità. Una leva maggiore significa una spinta degli pneumatici più efficace e quindi un’auto che riesce a cambiare direzione più rapidamente.

Ad alta velocità e durante le curve più veloci capita qualcosa di differente.

Considerato come punto centrale l’assale delle ruote anteriori, indicato con il pallino rosso, si nota come la stessa posizione di baricentro dell’esempio precedente diventi svantaggiosa. Il suo arretramento permette un incremento della leva (linea gialla) la quale raggiunge in estensione il valore del braccio relativo all’aderenza delle ruote posteriori (linea verde). In questo caso viene richiesta una grande forza agli pneumatici posteriori, rischiando di perdere aderenza. Per questo effetto, su piste composte da curve molto veloci, è richiesto un baricentro avanzato verso le ruote anteriori.

Come influisce l’aerodinamica in tutto questo?

Il concetto base è quello di premere l’auto a terra dove e quando serve.

Per raggiungere l’obiettivo, i tecnici si dotano di moltissimi strumenti: ali anteriori, posteriori, fondi piatti, deviatori di flusso, rastremazione delle pance laterali. I componenti citati rappresentano un grande set per la modifica dei flussi attorno alla monoposto e quindi per la variazione della spinta al suolo. Come per il baricentro, è identificabile un punto centrale anche dal punto di vista della pressione che il flusso esercita sulle auto.

Viene chiamato il centro di pressione ed è considerato il punto in cui è concentrata tutta la forza aerodinamica.

Si ottiene sommando ogni singolo contributo di pressione, su ogni mm^2 di vettura.

Dal fondo alle ali, dal musetto alle pance, vengono raccolti i contributi di pressione su ogni minima porzione di superficie dell’auto per racchiudere i singoli valori in un’unica grande: la risultante. Il punto in cui viene applicata, “il baricentro della somma di ogni singolo contributo” si chiamerà, come detto, centro di pressione.

Vedendo la pressione del flusso come un unico apporto concentrato, è possibile pensare all’aerodinamica come un intervento esterno da applicare in modo preciso dove serve.

Se una vettura con baricentro molto avanzato, per esempio, fosse soggetta ad una spinta deportante con centro di pressione anch’esso verso l’anteriore, non sarebbe in grado di premere le gomme posteriori al suolo. La conseguenza sarebbe una perdita di aderenza.

Come visibile nello schema appena proposto, visto che il baricentro contribuisce a premere le ruote anteriori sull’asfalto, l’aerodinamica corre in aiuto per generare il giusto carico anche sull’assale posteriore. Nel caso specifico, la macchina sarà munita di un alettone posteriore particolarmente inarcato ed inclinato, per aumentare lo sbilanciamento della pressione verso la zona posteriore.

Viceversa, Quando una monoposto è caratterizzata da un baricentro molto arretrato ha bisogno di un carico aerodinamico capace di premere le ruote sterzanti. Il baricentro in prossimità del retrotreno carica adeguatamente la zona posteriore, ma non l’avantreno.

L’aerodinamica deve correre in aiuto riequilibrando il carico anche sulla zona frontale della monoposto.

In conclusione, si capisce come il ruolo dell’aerodinamica non si limita a spingere la vettura verso l’asfalto senza se e senza ma. L’obiettivo è bilanciare i carichi laddove la distribuzione di pesi non riesce a farlo.

Da questo punto di vista non è possibile modificare le forme della vettura solo in ottica di maggiore carico o di minore resistenza. Portare la forza deportante in una zona errata non aiuterebbe la dinamica cosi come togliere spinta deportante quando servono alte velocità: se riducendo la resistenza aerodinamica venisse meno il carico sull’assale posteriore, i danni sarebbero maggiori dei vantaggi.

Come detto, le modifiche alle forme della vettura possono interessare elementi anche molto differenti dalle ali. A volte, un incavo maggiore ed un ritaglio ai bordi di una scocca possono bastare per portare il bilanciamento aero-meccanico al livello adeguato. Il confronto tra la Ferrari del GP di Francia e la Ferrari del GP di Italia nella foto che segue dimostra quanto sottolineato nelle righe precedenti:

Altri articoli riguardanti questo interessante aspetto “nascosto” della aerodinamica verranno presentati e riguarderanno confronti tra Ferrari e Mercedes, ragionamenti sulla Renault a Monza e molte altre interessanti note teoriche. Fino a quel punto rimaniamo in attesa che lo show riprenda in quel di Singapore con altre interessantissime novità tecniche e tanti nuovi sviluppi sulle auto più belle ed entusiasmanti del mondo.

Continuate a seguirci e a commentare numerosi! A presto dall’Ing. Alberto Aimar.

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