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

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