Premessa
Cerchiamo di dare una nostra opinione  ad un quesito nato su Internet,  perche’ la Ferrari negli ultimi GP ha usato un cofano motore maggiorato ?  l’ipotesi banale  è quella  legata a questioni di natura termica, del resto in entrambi i weekend di gara  del GP di Germania e Ungheria la Marussia motorizzata Ferrari ha accusato problemi alla power unit

GP UNGHERIA SFOGO GRANDE ANCHE SULLA SAUBER

e la Sauber, come la Ferrari, ha usato uno sfogo maggiorato. Ma visto che circola su internet l’ipotesi di un presunto ” Vantaggio ” aerodinamico abbiamo chiesto al nostro esperto  di fare chiarezza in merito.

aimar_alberto

A parer mio, che chiaramente parla dall’esterno, lo sfogo largo al posteriore, è dettato unicamente da questioni termiche.

Non è possibile, o meglio, non è consigliabile secondo me usare il flusso caldo derivante dalle pance laterali ed i problemi sono i seguenti:

come già è stato detto la formula per descrivere la pressione in un flusso è la seguente:

Ps + ½ (ρ V^2) =costante = p0

Notiamo subito una cosa:

ρ è la densità dell’aria del flusso, e più questa aumenta, più aumenta il secondo termine a primo membro (ovvero a sinistra dell’=  ).

Significa che aumenta la pressione dinamica, ma perché possa aumentare questa lasciando inalterata la pressione totale Po, significa che diminuirà la pressione statica Ps.

Ps  in effetti conviene che diminuisca perché è quella che le superfici deportanti riescono a percepire.

In altre parole: conviene avere ρ molto elevate, e per questo a volte addirittura si usano i gas di scarico soffiati, più “pesanti rispetto all’aria”.

Quindi usare aria calda derivante dal sistema di raffreddamento riduce ρ, e non si vorrebbe questo.

Un ulteriore motivo deriva dal fatto che passando attraverso tutti i cunicoli, e dovendo oltre passare tutti gli ostacoli presenti all’interno della carenatura, quali condotti di scarico, superfici irregolari del motore, le stesse superfici irregolari in carbonio della copertura, il flusso diventa altamente turbolento e in un certo senso, diventa turbolento proprio per continuare ad avvolgere gli elementi che oltrepassa.

Sappiamo bene che un vortice, in sostanza, non è che un ritorno del flusso verso il corpo appena superato, come in figura.
cofanomotore2

Possiamo quindi dire che l’aria viene attratta nella zona posteriore, dalla vettura, oppure, riferendoci alle velocità relative, che l’aria acquista la stessa velocità della macchina, e quindi rispetto a questo diventa ferma, o comunque molto rallentata.

A tal proposito allora chiediamoci cosa possa rappresentare la superficie superiore di un diffusore; in fondo tale sistema potrebbe essere visto semplicemente come un deviatore di flusso, e sappiamo che per avere una grande forza da un deviatore di flusso devi deviare grandi portate di massa di aria.

Se questa, però, entrando nelle prese di raffreddamento, oltre a perdere densità, perde anche velocità relativa, alla fine risulterebbe molto difficile avere un contributo elevato.

La legge che descrive questi oggetti, infatti, può essere la seguente. A TAL PROPOSITO RIPORTO UNA SERIE DI CALCOLI ESEGUITI SUL SITO AEROSPACE-WORLD, RIGUARDANTI GLI INVERSORI DI SPINTA.
sezione

Indicando con Q la quantità di moto, un indice che lega una certa massa alla velocità che questa possiede ( Q = m * v )

E dicendo :

dm1 = massa che passa in 1 = M1 *dt (nell’intervallo di tempo dt)

dQ1 = dm1 * V1

dm2 = massa che passa in 2 = M2 *dt

dQ2 = dm2 * V2

M=portata in massa

allora la differenza della quantità di moto è:

dQ = dQ2 – dQ1 = dm *(V2 – V1)

ovvero: dQ = M *(V2 – V1) *dt

la forza che il condotto, la parete, o altro, deve applicare per generare quasta veriazione di quantità di moto dQ del flusso

F = dQ / dt = M (V2 – V1)

Ora, immaginiamo di avere un flusso 1 come nella figura seguente che arriva da una determinata direzione e con una certa velocità.
flusso

Consideriamo che:

–         il flusso inizialmente ha velocità V, scomponibile rispetto a x e y in Vx e Vy.

–         Il flusso urta contro una parete in modo tale da vedere modificata la Vx che diventa Vx = 0 (non consideriamo sforzi di attrito viscosi e con la parte rispetto a y per semplificare)

–         Alla fine rimarrà V = Vy e quindi una quantità di moto

Q = M*Vy*dt

–   la variazione di quantità di moto sarà quindi:

dQ = M*(Vx)*dt

quindi se il flusso vede modificata la velocità rispetto a x è perché la parete lo frena in tale direzione, mentre non può ridurre la velocità rispetto a y (a meno di presenza di sforzi di attrito viscoso e con la parete, trascurabili)

allora sul flusso agirà una forza parallela all’asse x, e cosi anche sulla parte, uguali e contrarie.

Aggiungo che tale forza sarà crescente, al crescere della portata in massa M.

Per una vettura di formula 1 la portata maggiore deriva dalle fiancate delle pance, e non dall’interno delle stesse.

Oltre tutto la portata in MASSA dipende direttamente dalla densità del gas del flusso, e se questo venisse scaldato la densità scenderebbe drasticamente.

Per queste motivazioni, a parer mio, lo sfogo d’aria calda è dovuto unicamente al raffreddamento. Chi non agisce in questo modo rischia rotture, come sono successe alla RedBull in Canada e ala Mercedes svariate volte.

Del resto, per avere una conferma di quanto detto, possiamo notare come le vetture peggiori in prestazioni quest’anno, abbiano lo sfogo maggiorato, che sembra non aiutare la deportanza: Caterham, Lotus, ecc…

 

Articolo dell’Ing.  Aimar Alberto

Sito : AIMARALBERTO.WIX.COM/AEROSPACE-WORLD

A proposito dell'autore

Post correlati

5 Risposte

  1. maxleon

    Quando si fanno delle ipotesi è bello che si cerchi di usare il raziocinio per avvalorare le proprie idee, infatti giusto poco tempo fa ho replicato in un altro blog, dove si facevano esattamente delle ipotesi contrarie e si cercava di dare una spiegazione alla cosa attribuendo dei fantomatici effetti aerodinamici alla scelta della Ferrari.

    Premetto che la cosa mi sembrava alquanto strana, perchè se effettivamente la scelta di un cofano con sfogo più ampio dava dei benefici aerodinamici, allora non comprendevo per quale motivo venissero effettuate tutte quelle prove comparative, inoltre quelle poche volte che la soluzione a cofano allungato è stata utilizzata, effettivamente dava dei benefici tangibili, quindi la scelta di utilizzare quello più ampio aveva delle motivazioni diverse.

    Quindi, con una semplice constatazione do per certo che l’assunto di Alberto Aimar sia effettivamente confacente al vero, resta da incrementare un po il discorso, cercando di dare una spiegazione plausibile alle scelte Ferrari ed io sono fermamente convinto che le risposte semplici siano sempre le migliori, quindi ne ho ipotizzato anche una mia:

    Da quello che si è saputo, il propulsore Ferrari avrebbe una turbina troppo piccola, in pratica le ridotte dimensioni non consentirebbero di smaltire la portata dei gas di scarico, creando una sorta di onde di pressione in senso inverso, di qui il fatto che il motore Ferrari al momento non girerebbe ad un regime elevato, la mia ipotesi è che la Ferrari aveva intenzione di coibentare i condotti di scarico già dalla gara del Canada, tuttavia ha incontrato la disapprovazione della FIA che ha considerato una modifica prestazionale e non fattibile, per cui si è ritrovata con un cofano motore modificato, ma che non smaltisce a dovere il calore prodotto dagli scarichi a meno che temperature ambientali particolarmente fredde non ne consentissero l’adozione.

    Coibentando i collettori, si sarebbero (in parte) risolti alcuni problemi congeniti, perchè se come è stato detto la turbina piccola non consentiva un veloce smaltimento dei gas di scarico, coibentando i condotti, i gas di scarico rimangono molto più energizzati e trovano molto più facilmente la “via d’uscita” migliorando quindi la loro estrazione aumenta la resa in potenza e la temperatura, di certo non va ad influenzare la resa della turbina che sicuramente è in grado di “lavorare” a temperature anche più elevate, quindi ci sarebbero stati dei benefici a cascata, da una parte una maggiore potenza (che qualcuno stima in circa 15/20 cv) visto che con un maggior regime di rotazione della turbina si potrebbe incrementare sia il rapporto di compressione con l’introduzione di un maggior quantitativo di aria e sia ottenere una maggiore efficienza con minori consumi, inoltre, non dobbiamo dimenticare che ciò influirebbe positivamente anche sulla MGUH con un maggior apporto di energia elettrica.

    Detto questo, sappiamo tutti che la maggior parte del calore viene prodotta dagli scarichi e sappiamo anche che la Ferrari è ormai praticamente l’unica scuderia a non coibentare i condotti per sfruttarne a meglio il calore che, senza protezione, arriva freddo e stanco alla turbina, in queste condizioni è ovvio che il calore che si disperde all’interno del cofano motore è molto maggiore per cui si ha la necessità di avere degli sfoghi maggiorati.

    Tuttavia sappiamo anche che i condotti, dopo la pausa estiva saranno schermati (si dice con una vernice particolare) e la soluzione, oltre a far guadagnare circa 20 cv (questa è la stima) necessariamente comporterà la diminuzione delle temperature interne di tanto, per cui credo che il cofano allungato sia stato concepito proprio in virtù di questo futuro cambiamento, del resto abbiamo visto tutti come dal punto di vista cronometrico, questa soluzione sia molto più performante, ma evidentemente, al momento non era utilizzabile, attese le elevate temperature ambientali e la mancaza di una adeguata schermatura.

  2. ZioTure

    Sono d’accordo sul fatto che la Ferrari abbia allargato lo sfogo per modifiche alla PU, ovvio che non c’entra la temperatura della pista visto che gli altri non hanno usato cofani grandi, ma solo i motorizzati Ferrari, del resto basta seguire le prove con attenzione per notare le fumate sulla Marussia che è una sorta di team satellite Ferrari, come la Toro Rosso per la Redbull. Quello che scrivi sembra vero, chi non è un tecnico come il sottoscritto spesso sbaglia solo perche’ attirato da una soluzione diversa o vistosa rispetto ad un altra, ad esempio stiamo a parlare tutti di cofani motore quando in realtà la Ferrari dal Canada ha portato un nuovo Bodywork, cioe’ la carrozzeria non è solo allungata ma cambia anche nelle pance ed il vantaggio aerodinamico è proprio in quella zona non nello sfogo in se, questo il nostro vecchio articolo scritto da Ing. Aimar
    http://www.newsf1.it/f1-news-analisi-tecnica-degli-aggiornamenti-ferrari-non-usati-93/

    Sembra chiaro che la Ferrari a parte il pacchetto corposo aero del Canada stia lavorando solo sulla PU, da inizio stagione l’aerodinamica piu’ importate, cioe’ gli alettoni sono sostanzialmente sempre gli stessi.
    Da quello che abbiamo visto in questa prima parte una soluzione aerodinamica di cui si parla poco che invece dovrebbe dare dei vantaggi è il monkey seat soffiato Mercedes, lo avevamo analizzato in questo articolo

    http://www.newsf1.it/analisi-tecnica-delle-novita-montecarlo-66/

    Secondo Aimar è una soluzione molto interessante che richiede pero’ tempo per la sua realizzazione, non è per niente un banale monkey seat e non è assolutamente vero che tutti i monkey seat che vediamo riescono ad essere efficaci come quello ” scatolato ” mercedes che manda il flusso dello scarico verso l’alto. Potremmo vedere tale soluzione sulla Ferrari e su altre monoposto secondo me dopo la pausa estiva.

    • maxleon

      Personalmente sono convinto che a Spa ed a Monza la Ferrari si presenterà esclusivamente con il cofano motore allungato e con gli sfoghi ridotti, il perchè l’ho già detto prima, in pratica grazie alla coibentazione la quantità di calore da smaltire all’interno del cofano motore sarà inferiore, ma in verità la domanda che mi pongo è un’altra:

      In Ungheria ho visto la F14T molto precisa in ingresso curva, mentre allargava la traiettoria in percorrenza, ciò può essere dovuto all’esigienza di preservare gli pneumatici, ma anche ad un carico aerodinamico insufficiente al retrotreno, ora il nuovo cofano motore, dovrebbe avere la duplice funzione di offrire meno resistenza all’avanzamento (i motivi li hai correttamente descritti) e garantire un maggior carico aerodinamico, ma nella gara ungherese il carico aerodinamico è fondamentale, mentre è meno importante a Spa e soprattutto a Monza, ora se al posteriore è molto semplice intervenire modificando solo l’inclinazione dell’alettone, sull’anteriore la cosa non è affatto facile, perchè c’è tutto il musetto che da solo già garantisce un buon carico aerodinamico, quindi mi chiedevo come avrebbero potuto bilanciare, faranno debuttare un nuovo musetto???

  3. Umbi

    Ma coibentare i collettori di scarico (Se non rivestirli con uno strato ceramico interno, cosa che la FIA a posteriori non permette) non era una cosa che si poteva fare all’atto dell’omologazione dei componenti ? Non mi sembra una “dimenticanza” da poco … in quanto al presunto maggior numero di giri che la stessa potrebbe raggiungere non è detto, basta aumentare il carico sul motore della MGU-H e si può avere più potenza elettrica a parità di numero di giri …

Scrivi

Formula 1 - Notizie F1, News Auto
%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: