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Oggi voglio parlare di una caratteristica, presente sulle auto di formula 1, che assume varie forme e dimensioni a seconda del progettista che la disegna: le pance delle vetture di formula1.
Quei grandi “cofani” all’interno dei quali è presente il radiatore, con la sua enorme presa d’aria.
Voglio affrontare questo discorso per il fatto che è un elemento spesso forse un po’ sottovalutato.
Molti parlano di alettone frontale, di deportanza degli alettoni, di fondo piatto e prese d’aria varie, ma a parer mio un oggetto che gioca un grande ruolo a livello di resistenza aerodinamica, e anche di efficienza e generazione di deportanza, è proprio il profilo che questi elementi assumono.

Cerchiamo di fornire però prima una piccola base teorica per aiutare a capire cosa voglio intendere e quali sono i miei pareri.
Immaginiamo un qualsiasi oggetto investito da una corrente fluida, come per esempio quello in figura n.1, e lo confrontiamo con l’oggetto in figura n.2.

aerodinamica1

Consideriamo entrambi i profili investiti  da una corrente rettilinea .

Cosa capita:

l’aria che incontra i bordi frontali degli oggetti, deve ovviamente spostarsi per lasciare passare il corpo; come si sposta? Possiamo ipotizzare che se questi profili (come è) hanno una simmetria lungo una certa linea, allora la parte del flusso che si trova sopra questa linea verrà spostata verso l’alto.
Viceversa accadrà per l’aria presente al di sotto della linea di simmetria.
Allora diciamo che ogni molecola di aria assume una certa energia cinetica, per potersi spostare, e questa viene fornita proprio grazie all’energia cinetica del profilo che la investe; in un certo senso vi è uno scambio dal corpo al flusso.
Ora: nella parte posteriore invece avviene l’esatto contrario, il corpo sta passando e il flusso tenderà a ricompattarsi, restringersi di nuovo attorno ad esso. In un certo senso, se la parte di flusso sopra la linea di simmetria si sposta verso l’alto per lasciare passare l’oggetto, dopo, ritornerà verso il basso per richiudersi su di esso. Il flusso tornerà quindi ad essere rettilineo e indisturbato.
Anche se le due forme sono differenti, possiamo dire di certo che questo fenomeno avviene per entrambe, senza eccezioni. Il fluido prima si separa, poi si ricongiunge, ed in teoria (in teoria) è possibile pensare che quindi una volta passato l’oggetto, le molecole di aria non si sono spostate da dove erano prima: la posizione iniziale coincide con quella finale anche se nel mezzo hanno subito uno spostamento.

Per esempio, se ti sposti di 5 verso l’alto, poi ti sposti di 5 verso il basso in totale hai fatto 0.

Ma allora cosa cambia tra i due profili?

Perché uno dovrebbe resistere maggiormente all’avanzamento dell’aria?

Notiamo il profilo 1: nel posteriore si richiude molto più “lentamente”/in più spazio.

Ciò significa che se i due profili avanzano a velocità uguali, le parti di flusso che si richiudono attorno al primo, impiegheranno più tempo per richiudersi, o meglio, avranno più spazio per farlo.

La pendenza del tratto posteriore del secondo profilo, induce uno spostamento più rapido invece, la molecola deve spostarsi più velocemente per richiudere il flusso attorno al corpo

aerodinamica2

Se denominiamo come LAVORO, il fatto che agisce una forza sulla molecola (proprio grazie al fatto del passaggio del profilo, e quindi F generata dal profilo stesso) e questa forza agisce per un certo spazio “s”. Notiamo che per richiudere il flusso attorno ai due profili della prima immagine che avete visto, basandoci anche su questa immagine, notiamo che sebbene la forza agente sulla molecola del profilo più corto deve per forza essere maggiore per richiudere il profilo in uno spazio più breve, ovviamente lo stesso spazio diminuisce, quindi:

LAVORO = F * s  rimane costante.

 

E siccome per motivi che non sto a dire per non complicare il testo, il LAVORO è assimilabile come una ENERGIA FORNITA, allora l’energia fornita alle molecole di entrambi i profili E’ LA STESSA.

Cosa cambia? Sebbene l’energia sia la stessa il problema è che nel secondo profilo tale energia deve essere fornita in un tempo minore! In sostanza: l’indice che unisce l’energia fornita con il tempo è proprio la POTENZA, e scopriamo allora che la potenza data dal corpo che attraversa il flusso, al flusso stesso, è maggiore nel caso di un profilo più “ripido”, più corto, dove l’aria compie spostamenti anche uguali, ma in più breve tempo.
Ciò causa ovviamente una maggiore resistenza aerodinamica.
Spero che non sia stato incomprensibile fino a qua.

Ora: a volte la potenza da fornire all’aria è cosi elevata, che l’unico modo che la stessa aria ha per poter richiudere il flusso attorno al corpo, è proprio seguirlo…non avete capito? Allora guardate l’immagine e vi sarà subito famigliare.

aerodinamica3

Si creano i fenomeni noti come vortici! Dannosissimi.

Perché dannosissimi?

Be se pensiamo per esempio ad  una situazione dove, dietro al nostro corpo c’è per esempio un alettone, o un diffusore, su questo agirà dell’aria che ha acquistato un po’ di velocità nella stessa direzione in cui sta andando l’alettone o il diffusore stesso, cosi che questi elementi, si vedono accerchiati da un flusso che presenta una velocità relativamente minore di quella che potrebbe essere…e dato che la portanza/deportanza dipende proprio dalla velocità del flusso attorno al profilo, e più aumenta la velocità e meglio è, vedremo una perdita di prestazioni.

È questo il caso per esempio di due vetture da formula 1 che si seguono a distanza ravvicinata, quando si sente il cronista dire “la vettura dietro, sta subendo i disturbi che la vettura davanti provoca al flusso e quindi perde prestazione in curva, ovvero capacità di creare deportanza con i propri alettoni, fondo piatto e estrattori”  (ecco perché i sorpassi sono complicati in formula 1)

Ora cerchiamo di tirare le somme e di arrivare al dunque dell’articolo, Cosa abbiamo imparato? Che un profilo più lineare, come questo(vedi linea gialla nella parte inferiore della vettura):

Redbull_RB10_sidepood

È meglio, su piste veloci come quelle di Barcellona, rispetto ad un profilo come questo:

Ferrari_f14t_sidepood

 

A mio parere uno dei molti motivi che ha causato, assieme ad un motore più arduo da domare, e non più veloce della concorrenza, la prestazione della Ferrari in Spagna nel 2014.

 


Se ci pensiamo, infatti, nel 2013  questi fatti non erano presenti, ed una Ferrari conformata nel modo che segue:

Ferrari_f138sidepood

Con una chiusura sul posteriore più morbida, meno stressante per il flusso, e con un motore che era forse il migliore, ha per l’appunto vinto Alonso (e Massa arrivò TERZO!)

Ovviamente ogni parere e soluzione tecnica è riferita al singolo caso, perché per esempio, a prima vista, in Cina queste pance, in un tratto misto composto da curve generalmente più lente, poteva aiutare a portare più aria al posteriore per avere migliore deportanza derivante dal diffusore.

AIMAR ALBERTO

Sito :   AIMARALBERTO.WIX.COM/AEROSPACE-WORLD

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