L’AERODINAMICA DELLA FORMULA1 – I VORTICI ATTORNO ALLE VETTURE DI FORMULA1

Ritorna la rubrica “L’AERODINAMICA DELLA FORMULA1” e, chiuso il capitolo degli scarichi soffiati, apre immediatamente un nuovo ed interessante argomento:

Gli effetti ai bordi e i vortici di estremità.

Voglio scrivere di questo aspetto perché assieme a molti dei principi aerodinamici fino ad ora trattati, è anch’esso uno dei fattori più importanti nelle scelte delle forme di una vettura di F1.

Come vedremo negli articoli più pratici che seguiranno, riguardanti la rubrica TECHF1-XRAY, le applicazioni e i punti in cui viene preso in considerazione l’effetto dei bordi e delle estremità riguarda molti dei componenti deportanti più importanti delle F1.

Cominciamo allora ad addentrarci maggiormente nel discorso.

Come si è potuto constatare, stiamo parlando di un’area precisa di ogni componente di un’auto da corsa: i bordi. Come bordi vogliamo intendere ogni porzione in cui il raggio di curvatura cambia e si riduce in modo repentino di quantità elevate.

Per capire meglio il concetto, prendiamo in considerazione un’ala. Identificheremo come bordi gli elementi evidenziati nello schema che segue:

È vero, ho preso in considerazione l’ala di un aereo invece dell’alettone di una formula 1, ma per due semplici motivi:

  • Innanzi tutto il loro scopo è lo stesso: generare una spinta aerodinamica.
  • In secondo luogo, l’ala di un velivolo è più semplice nella sua forma e quindi diventa più facile spiegare il principio fisico in analisi, sapendo che ben si applicherà anche agli alettoni di una formula 1.

Come secondo strumento, Inserisco un grafico che avevamo già mostrato in occasione dell’analisi di funzionamento degli alettoni, ovvero l’andamento delle pressioni e delle correnti di flusso sopra un ala di una Formula 1.

Voglio ricordare che in rosso sono evidenziate le zone ad alta pressione, in arancione le zone a medio-alta pressione, in giallo quelle a media e in azzurro le aree a bassa pressione.

Cosa possiamo trarre come prima conclusione quando uniamo i due schemi che abbiamo visto nelle prime righe del capitolo?

Innanzi tutto Che, sopra un alettone, la pressione è maggiore delle pressione che è presente al di sotto.

In linea teorica funziona anche in questo modo per l’ala di un aeroplano, con l’unica variazione che la pressione minore si trova sopra. (Ovviamente l’aereo deve poter volare e non essere premuto al terreno; la sua ala risulta come “un’alettone di F1 al rovescio”. Il concetto, però, rimane lo stesso)

Lo schema, di conseguenza, si modifica nel modo seguente:

E’ proprio a questo punto che volevo arrivare. Notiamo quanto compone il grafico appena visto:

  • Una zona ad alta pressione
  • Una zona a bassa pressione
  • Una separazione tra le due zone (l’ala)
  • Un bordo dove termina il separatore e dove le due aree tornano nuovamente “in comunicazione” tra loro.

Cerchiamo di immaginare cosa potrebbe accadere partendo proprio dagli elementi appena elencati.

Sappiamo che un flusso di un gas generico avviene solo se c’è una differenza di pressione tra due aree e se non vi sono separazioni fisiche che isolino le aree stesse. Di fatto, nella situazione in analisi, sembrerebbero essere presenti due porzioni di gas a pressioni differenti e non un separatore “totale”.

In teoria, quindi, potremmo notare una porzione di gas che passa dalla porzione di spazio ad alta pressione alla porzione di spazio a bassa pressione.

Rappresentando quanto detto con un disegno, vedremmo avvenire il seguente fenomeno.

Se analizzassimo il moto di un’ala, o un alettone, per un lasso di tempo adeguato, noteremmo che il movimento di aria sopra rappresentato non cessa mai: è un continuo. Vengono generati veri e propri vortici che nascono dall’estremità alare e propagano nello spazio.

Questi sono chiamati i “vortici di estremità” e sono elementi davvero dannosi per l’aerodinamica di una vettura o di un qualsiasi veicolo capace di spostarsi all’interno dell’atmosfera.

Il primo motivo per cui è possibile affermare che questo genere di fenomeno è penalizzante si deve ricercare nell’energia cinetica che le molecole di aria acquisiscono per poter compiere uno spostamento del genere. Del resto, da sola, l’aria non si sposta. Se c’è qualcosa che gli permette di acquisire una dose tale di velocità è proprio la vettura. Conseguentemente, è possibile affermare che la vettura cede una parte di energia all’aria (che si traduce in aumento della resistenza aerodinamica).

Considerando inoltre che una parte di gas si muove verso aree a pressione minore, è possibile immaginare una riduzione della pressione stessa dal lato dove è più elevata. è come se togliessimo particelle di aria dal lato superiore delle ali di formula 1, dove se ne possono trovare molte, per portarle sul lato inferiore. Cosi facendo, togliendo molecole di aria dal lato superiore, di fatto liberiamo spazio riducendo la pressione. Questo avviene proprio in prossimità dell’estremità, dove si generano i vortici.

Conseguentemente, Immaginando un alettone da formula 1, si nota una situazione come quella rappresentata nel seguente schema:

Avere una dose minore di gas compresso sopra l’alettone, ovviamente, significa minore spinta verso il terreno: minore deportanza.

Ecco quindi un ulteriore aspetto al quale i tecnici che progettano veicoli di ogni genere devono badare per creare mezzi aerodinamici e con efficienze adeguate.

Esistono sicuramente dei metodi che possono aiutare a ridurre gli effetti. Infatti, se per la seconda conseguenza analizzata (perdita di deportanza) le soluzioni sono più complicate da trovare, per ciò che concerne il primo effetto (aumento di resistenza aerodinamica) è possibile usare determinati accorgimenti.

Questi accorgimenti verranno elencati nel capitolo pratico di TechF1-Xray, che seguirà a breve e che porterà in vista gli elementi soggetti a questo genere di effetto aerodinamico. Mostrerò inoltre i metodi che vengono applicati proprio sui componenti mostrati per ridurre le perdite qui considerate.

Continuate quindi a seguire le rubriche tecniche di NEWSF1.IT e commentate per ogni domanda o parere!

A presto da Alberto Aimar

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