La presa frontale, anche sulla Toro Rosso.

aimar_alberto

Ho ipotizzato un piccola teoria che riguarda la nuova presa frontale presente sul naso della Toro Rosso, per altro ricollegabile a quella vista da inizio anno sulla RedBull.

Questa teoria concerne il solo trattamento dei flussi sulla parte frontale del veicolo, e non riguarda assolutamente dove poi questi vanno a finire una volta entrati nella presa, per due motivi:

– dove andranno a finire, non influenza il funzionamento della presa.
– capire dove vanno a finire è praticamente impossibile senza vedere la vettura dal vivo.

Immaginiamo di avere due situazioni: quella della vecchia Toro Rosso (da qua in poi abbrevierò con TR) e quella della nuova TR.



È palese notare che in linea di massima le due configurazioni hanno lo stesso fattore di ingombro rispetto al flusso rettilineo che arriva verso la vettura.

Ciò significa che il flusso incontrerà un oggetto che in entrambi i casi avrà la stessa area di ingombro rispetto alla corrente.

Il trucco si trova nel capire come l’aria è in grado di superare l’ostacolo.

Un po’ di teoria:

abbiamo sempre detto che più deformiamo un flusso e più serve energia per farlo. L’energia che abbiamo a disposizione è proprio quella cinetica:

Ek = 0,5 *m* V^2

Notiamo che se dobbiamo sacrificare una parte di questa Ek, riducendola, vuole dire che stiamo riducendo la V(velocità della vettura) che diventando piu piccola andrà a corrispondere al nuovo valore di Ek ridotto.

Questa energia dove viene inserita? Nel flusso, che viene deformato, ovvero acquista delle velocità, lungo direzioni che prima non erano previste.

La variazione di velocità, moltiplicata per la quantità di flusso di aria fornisce proprio la forza che ci vuole per spostare tutte le particelle di aria .

F=M(V2-V1) e questo calcolo viene effettuato per tutte le nuove direzioni del flusso 3D.

Se dividiamo per il tempo che impiega la particella a subire la variazione di velocità allora troviamo proprio una quantità uguale all’energia cinetica persa dalla vettura: dQ = M *(V2 – V1) *dt

Ultimo concetto da rivedere è quello che definisce la conservazione della massa in flusso:

la quantità di massa non è modificabile, e se all’inizio dello studio o del fenomeno abbiamo un certo numero di molecole di aria, alla fine ne avremo tante quante erano presenti all’origine; se vogliamo potremmo dire “nulla si crea e nulla si distrugge”.

A questo punto abbiamo introdotto le leggi che servono a descrivere il flusso attorno al naso della vettura.

Prendiamo il caso della vecchia soluzione.
toro_Rosso_disegno

Notiamo che:

per la legge di conservazione della  massa, tutte le particelle esistono prima come dopo e quindi tutte le particelle essitenti e interagenti con il naso, devono circondarlo. Cosi facendo allargano la loro traiettoria acquistando una velocità lungo l’asse X (prima questa non era presente, c’era solo la Vy).

Per la regola che prevede la perdita di energia cinetica della vettura, notiamo che questa Vx viene ceduta al flusso da parte delle pareti della forma che gli fornisce una forza, facendo aumentare la resistenza della macchina.

Sempre per la legge di conservazione della massa, se una serie di molecole deve accerchiare l’ostacolo, significa che sta chiedendo dello spazio tutto attorno ad esso, dovendo far allargare la traiettoria anche alle linee di corrente molto distanti(linee verdi), per avere lo spazio per passare .

A questo punto facciamo un confronto con la nuova soluzione in cui è presente la presa d’aria sul naso. Figura di seguito:

toro_Rosso_disegno2


Musetto_toro_Rosso

Il fatto di avere una presa in quella posizione, serve in un certo senso ad eludere il principio di conservazione della massa, dato che tutta la quantità di molecole che incontra l’ostacolo, non è più la stessa quantità che alla fine lo deve circumnavigare.

Il numero di atomi che devono fare il giro è minore, quindi lo spazio che richiedono è più basso.

Ciò consentirebbe quindi una minore deformazione totale del flusso, anche visibile a distanza dalle linee verdi, che nel secondo schema appaiono molto più rettilinee e meno distanziate.

Tutto questo è dovuto al fatto che l’aria si sposta meno lungo X perché non deve cedere spazio ad altro flusso. Cosi assume una velocità Vx minore, che significa scambio minore di forze con la vetture, e conseguente diminuzione della resistenza aerodinamica.

Sia chiaro: il principio della conservazione della massa non è contrattabile e rimane vero sempre. In questo caso il numero di molecole di aria rimane uguale sia dall’inizio fino alla fine, solo che alcune di queste vengono fatte “passare attraverso l’ostacolo”. È per questo che diciamo di “eludere il principio di conservazione della massa”.
Articolo dell’Ing.  Aimar Alberto SITO:

AIMARALBERTO.WIX.COM/AEROSPACE-WORLD

 

 

 

 

 

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