NUOVI CENNI DI AERODINAMICA
Ho parlato nuovamente di sovrapposizione degli effetti e l’ho fatto durante la descrizione dell’evoluzione aerodinamica delle formula E.
Visto che mi piace chiarire ogni dubbio e voglio poter spiegare al meglio i concetti, cosi che possano essere capiti da ogni fan, ho deciso che era il momento di provare a rendere più semplice e intuitiva la comprensione di questa teoria; Ho pensato di considerare il caso semplificato che segue per capire assieme questo importante concetto.
UN SEMPLICE ESEMPIO
Partiamo da una unica molecola all’interno del flusso.
Su di essa, per poter spiegare la sovrapposizione degli effetti, come sembrerebbe intuitivo, dobbiamo applicare delle influenze esterne. Partiamo applicandone una sola, una spinta rappresentata da una freccia gialla, e vediamo cosa questo comporti.
Tale spinta, di cui ancora dobbiamo descrivere l’origine, spinge la molecola di ossigeno verso un punto preciso, in alto a sinistra.
Immaginiamo ora di introdurre un secondo elemento di spinta sulla molecola di ossigeno, il quale sia di intensità comparabile al primo, ma di direzione differente. La molecola di ossigeno sarà costretta a rivedere la sua posizione di equilibrio. Invece di muoversi verso sinistra, continua solo il movimento verso l’alto (rimanendo quindi molto centrale rispetto al campo di manovra).
Dopo l’introduzione della seconda influenza, o meglio, del secondo effetto, la particella in analisi non assume più nessun tipo di spostamento completamente riconducibile ad una sola forza. L’unico modo di capire lo spostamento sotto le due forze in atto è di sovrapporne gli effetti. Gli effetti che si auto-annullano, come gli spostamenti verso destra e sinistra che entrambe richiedono, non sono più contemplati. Gli effetti che si sommano, come la spinta verso l’alto impressa da entrambe le forze, invece, rimangono.
RISULTATI E CONCETTO BASE
Ecco il concetto base di “sovrapposizione degli effetti”. Uno spostamento, una deviazione e un percorso della molecola gassosa, e come per lei solitaria per tutte quelle che la circonderebbero nel flusso d’aria reale, che è definito unicamente dalla somma di tutte le forze da ogni componente aerodinamico a bordo vettura.
Infatti, e qua chiudiamo il cerchio, le forze in giallo viste nei disegni precedenti, altro non sono che le interazioni che il flusso ha con le superfici aerodinamiche dell’auto.
Inoltre, se una molecola passa più vicina ad un elemento rispetto ad un altro, le due forze non saranno più uguali, ma di intensità differente.
Richiamo in fine che ogni elemento può agire sul flusso in due modi differenti:
- Per depressione, ovvero “aspirando verso di se la molecola gassosa”. È l’esempio del lato inferiore del diffusore, per esempio.
- Per compressione, ovvero “allontanando da se” la molecola gassosa. In questo caso si può considerare la conca superiore degli alettoni. Il grande accumulo di flusso permette l’innalzamento di pressione, il quale allontana le ulteriori particelle in arrivo.
Ma come può un componente aerodinamico, un oggetto fisico e tangibile, agire sul flusso, anche a distanza?
Bè, questa è l’ultima parte di spiegazione per poter dire di aver completamente spiegato la sovrapposizione degli effetti. Il prossimo paragrafo racconta esattamente come avviene.
CENNI DI AERODINAMICA PRATICA
Ad una distanza ancora troppo elevata per poter percepire il disturbo sulla corrente da parte della vettura, le molecole che la compongono rispettano un buon livello di linearità. La turbolenza è pressoché inesistente e per questo motivo, ogni particella di gas descrive un percorso orizzontale rettilineo. Quando una porzione di flusso raggiunge l’auto, il discorso cambia. Le linee di corrente a diretto contatto con le superfici del mezzo sono costrette a deviare, modificando la loro traiettoria. In qualche modo, l’aria che urta l’ostacolo cerca di emulare tutte le forme che incontra (anche perché non può proprio passarci attraverso). È il caso della linea di flusso indicata con il numero 1 nella figura che segue. Le molecole che ne fanno parte, urtano il parabrezza dell’automobile, prima di modificare la loro direzione, aggirando il corpo verso l’alto.
Soffermandosi esattamente su quanto appena detto, durante la fase di urto tra gas e automobile è possibile notare una serie di effetti che accompagnano il cambio di direzione della linea 1 e che, si scoprirà, saranno proprio i responsabili della propagazione del disturbo in tutta l’area circostante. Scontrandosi sulle pareti del veicolo, le molecole si avvicinano tra di loro comprimendosi. Così cresce la pressione nella zona di collisione tra particelle e punto di contatto (porzione di molecole indicate dalla freccia nell’illustrazione seguente).
L’ASPETTO CHIAVE
L’aspetto fondamentale di un aumento di pressione localizzato è la sua capacità di propagare nello spazio senza una direzione precisa, o meglio, verso tutte le direzioni possibili. È questo il caso della linea di corrente numero 1 (immagine seguente). La pressione cresce a causa del compattamento del gas nel punto di contatto tra aria e automobile il quale, non avendo nessun genere di limite o costrizione, trova sfogo tutto attorno a sé, espandendosi lungo ogni direzione. Nella figura che segue sono visibili le linee di propagazione della pressione che partono dal punto di contatto tra auto e flusso.
Da questo punto di vista, per esempio, si capisce come mai la linea di corrente numero 3, molto distante dalla vettura, modifichi a sua volta la propria traiettoria: risente della pressione davanti all’auto, che nasce dal contatto tra linea di corrente n.1 e vettura e che propaga trasversalmente al moto della corrente.
Anche le molecole che non sono poste a contatto diretto con il veicolo, quindi, subiscono una variazione di traiettoria dovuta all’arrivo del disturbo dal lato in cui la pressione è maggiore.
CONCLUSIONE
Cosa ricavare da questa analisi aerodinamica? Ogni componente genera una distorsione sul flusso, la quale propaga trasversalmente al moto delle particelle. Nel caso in cui gli elementi aerodinamici del veicolo siano tra loro ravvicinati, la loro azione sul flusso dipenderà dalle forme che il singolo profilo assume ma anche dalle deviazioni della corrente imposte dall’equipaggiamento vicino.
È questo il meccanismo che si nasconde alla base della sovrapposizione degli effetti. “La modifica della corrente da parte di una porzione di superficie, qualsiasi essa sia, genera una variazione di pressione che propaga trasversalmente fino a raggiungere altre parti di fluido, modificato da altre parti della superficie esterna”.
A presto, con nuovi articoli di aerodinamica dall’ing. Alberto Aimar