SCOPRIAMO IL SIPARIO
Visto che è il terzo articolo che scrivo nell’ambito della mia rubrica di aerodinamica delle F1, ho pensato di introdurre una serie di concetti teorici partendo questa volta dalla pratica. In questo senso mi voglio aiutare con le foto delle vetture 2018 che alcune scuderie hanno già presentato. Stiamo parlando di Williams e di Haas.
L’obiettivo di questo capitolo quindi diventa l’anticipazione dell’argomento teorico in arrivo sfruttando le innovazioni tecniche presenti sulle vetture mostrate negli scorsi giorni dalle due squadre citate.
Nulla di nuovo sul fronte occidentale: le vetture mantengono molte delle caratteristiche classiche adeguate ai livelli tecnici della categoria: alettoni anteriori, posteriori, fondi piatti sono tutti presenti e il loro funzionamento non varia granché. C’è, però, un’area delle auto che mostra particolari molto interessanti per spunti tecnici degni di nota. Sto parlando delle superfici utilizzate per la gestione dei flussi tra la ruota anteriore e la presa d’aria del radiatore.
Sono molti elementi e ognuno di questi ha il suo scopo. Se vogliamo scoprire esattamente il loro funzionamento dovremo agire in modo preciso e organizzato. Per questo motivo voglio introdurre un concetto che proverò a spiegare il più sinteticamente possibile: la sovrapposizione degli effetti aerodinamici. La sovrapposizione degli effetti prevede che, la distorsione finale di un flusso di aria deriva dalla somma di ogni singolo effetto di distorsione da ogni singolo elemento di ostacolo per il flusso stesso. Per spiegare meglio il concetto mostro il seguente schema:
Quando solo la ventola n.1 genera un flusso, quest’ultimo mantiene la sua direzione. Se accostiamo una ventola n.2 con un flusso dalla direzione perpendicolare al primo, la direzione finale dell’aria è la somma degli effetti dei due flussi iniziali. Questo porta un vantaggio notevole per lo studio che vogliamo condurre: salvo la rappresentazione finale dei flussi totali attorno alla vettura, assolutamente inutile per comprendere la fisica di ogni elemento che vogliamo analizzare, possiamo in effetti considerare solo pochi componenti alla volta per capire esattamente quale potrebbe essere il loro contributo alla distorsione finale dell’aria che lambisce la vettura.
Divideremo quindi in più settori l’area che vogliamo comprendere e lo faremo come rappresentato nella figura che segue:
Il primo gruppo comprende l’alettone anteriore, lo pneumatico e le alette raddrizzatrici orizzontali.
Il secondo comprende le alette ricurve davanti al fondo piatto ed il fondo piatto.
Il terzo comprende la presa d’aria e la bandella raddrizzatrice verticale posta al suo lato.
Per quanto le forme dei singoli elementi possono variare tra le due vetture, il loro significato all’interno della dinamica del veicolo finale è equivalente e quindi posso affermare che le due auto sono equiparabili in questo caso come tipologie di equipaggiamenti utilizzati (non come efficienza dei singoli). Ognuno di questi gruppi, grazie alla regola della sovrapposizione degli effetti, può essere analizzato singolarmente.
1° gruppo: alettone anteriore, pneumatico e aletta raddrizzatrice.
Come anticipato, seppure con forme differenti tra le due auto in analisi, le alette raddrizzatrici sono presenti su entrambe e sono i componenti indicati con le frecce nell’immagine precedente. Per questo elemento non serve una analisi complessa e basta pensare all’elevata distorsione che pneumatico e alettone generano sull’aria in arrivo. Come per l’effetto di una vera catapulta, il flusso che investe le ali frontali viene impennato verso l’alto e lo pneumatico obbliga le particelle ad aggirarlo molto rapidamente generando vortici ed instabilità. Un flusso non stabile e diretto verso l’alto potrebbe non riuscire a rimanere aderente alla parte posteriore del veicolo quando le velocità sono sostenute. Ancor più grave, non entrerebbe in quantità adeguate nelle prese d’aria per il raffreddamento.
In conclusione, serve una aletta raddrizzatrice che porti una porzione della corrente nuovamente nella direzione desiderata. Una aletta come quelle visibili su Haas e Williams hanno questo scopo, oltre a tagliare eventuali vortici formatisi dalle alte distorsioni che si creano nella parte frontale della vettura.
2° gruppo: deviatore e fondo piatto
Il secondo caso in analisi prevede i profili deviatori posti tra pneumatico e presa d’aria nella parte più bassa della vettura, quasi a sfiorare l’asfalto.
Per comprendere a pieno l’utilità dello strumento dobbiamo svolgere l’analisi computerizzata da due punti di vista: cosa succede sulla superficie frontale della bandella deviatrice? Cosa sulla superficie posteriore?
Notiamo la traiettoria del flusso distorto dal deviatore che allarga il suo percorso lasciando uno spazio libero dietro all’elemento aerodinamico. Se pensiamo che proprio dietro l’aletta in esame è presente un corpo tozzo (si definisce corpo tozzo un corpo con scarse caratteristiche aerodinamiche) come la pancia e l’abitacolo, scopriamo che questa distorsione viene effettuata proprio per ridurre gli urti contro il corpo vettura generando resistenze maggiori. La stessa aletta gli permette di richiudersi al posteriore seguendo quelli che sono gli andamenti dalla zona posteriore delle pance.
Ancora più interessante è ciò che accade sul lato posteriore. Dietro il deviatore si crea un rallentamento dell’aria per poterla gestire meglio attorno all’area dell’abitacolo: una zona difficile da essere aggirata efficacemente.
La porzione di flusso blu, se considerate la tabella delle velocità sul lato sinistro dell’immagine precedente, è la porzione più lenta. Come vedremo durante le spiegazioni teoriche della rubrica durante l’anno, quando un flusso diminuisce la sua velocità accresce la sua pressione. Questo porta molti vantaggi di gestibilità ed efficienza, specialmente per quanto riguarda il fondo piatto. Infatti, proprio quest’ultimo elemento è posto immediatamente dietro al deviatore in analisi e, da solo, non riuscirebbe a rallentare cosi efficacemente il flusso.
È evidente il ripiegamento verso l’alto del bordo anteriore del fondo piatto (indicato con frecce sull’immagine della Williams, ma presente anche sulla Haas) Questo ripiegamento rallenta l’aria che vi urta contro. In questo modo otteniamo un piccolissimo tubi di venturi (di cui nei prossimi capitoli la teoria) che porta l’aria al di sotto del fondo piatto ad accelerare nuovamente: area 2 dell’immagine precedente. (Mi raccomando aiutatevi sempre con le tabelle colorate delle velocità)
Lo stesso effetto Venturi, mantiene lenta l’aria al di sopra del fondo piatto. Come detto, una corrente più veloce comporta meno pressione rispetto ad un flusso lento e nel caso del fondo piatto, il flusso più rapido si trova sul lato inferiore. Ecco da dove nasce la grande deportanza del fondo piatto.
Ritornando all’analisi del deviatore, quindi, questo svolge un fondamentale supporto per la gestione dei flussi sul fondo piatto e attorno al corpo vettura, rallentando e deviando a dovere per aumentare l’efficacia generale di ogni componente che si trova alle sue spalle. Senza, le vetture risulterebbero assai meno prestanti. E’ un elemento di primaria importanza.
3° gruppo: raddrizzatore e presa d’aria
Analizzo l’ultimo componente e lo faccio con un confronto. Parliamo del raddrizzatore posto a lato della presa d’aria.
Cosa potrebbe succedere su una vettura senza un raddrizzatore posto a lato del radiatore?
Quando c’è il deviatore, immagine n.1 di seguito, il flusso raggiunge il retrotreno aderendo perfettamente alle carene della vettura. Vedete la freccia Blu nell’immagine.
Cosi non avviene senza il deviatore. Freccia rossa nell’immagine n.2. Il flusso si stacca perché oramai troppo instabile. In questo modo non chiude correttamente la vetture e crea maggiore resistenza. Inoltre non raggiunge nemmeno monkey seat e alettoni posteriori, facendo perdere deportanza alla automobile.
In sostanza il raddrizzatore funziona come barriera affinché l’aria non allarghi troppo la sua traiettoria attorno alle pance e permettendole di non destabilizzarsi, essendo anche questo un componente che “rallenta” il flusso rendendolo più gestibile.
In conclusione, analizzando separatamente ciascuno dei gruppi sopra citati siamo riusciti a capire esattamente lo scopo dei componenti presenti nella complessa zona tra pneumatico e presa d’aria. Poco importa la rappresentazione dei flussi totali perché non saremmo in grado di apprezzare il contributo di ciascuna delle appendici aerodinamiche a dovere e noteremo unicamente un groviglio di linee di corrente poco comprensibili. In tutto questo Abbiamo citato almeno due principi fisici degni di nota dei quali è necessario trattare per aumentare la conoscenza riguardo l’aerodinamica delle vetture di F1:
- Il tubo di venturi.
- La sovrapposizione degli effetti.
Se continuerete a seguire la rubrica scopriremo assieme ogni segreto delle automobili più famose del mondo, e per tutti i dubbi che sorgono non esitate a commentare! Sarò contentissimo di rispondere! A presto!
Di Aimar Alberto
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