Durante le corse, la resistenza aerodinamica è spesso oggetto di discussione, ed è più che giusto. Ovviamente, però, anche questo tema può essere approfondito e nasconde dettagli molto interessanti.
Durante gli appuntamenti su piste più veloci, per esempio, con alettoni più scarichi, si potrebbe credere che la forza contraria al moto sia più bassa. Al contrario, superfici deportanti più inarcate per le piste lente e con molte curve, la tendenza è di pensare ad una riduzione dell’efficienza.
In generale, il ragionamento funziona, ma è pur vero che la resistenza non è generata solo dalle dimensioni dei corpi immersi nel flusso. I fattori che entrano in gioco sono più numerosi: l’interazione tra più componenti, il tipo di materiale usato e molto altro. In questo capitolo cercheremo di analizzarli tutti.
I tipi di resistenza aerodinamica sono 4:
- indotta
- parassita
- di profilo
- da strato limite
La resistenza aerodinamica indotta:
Due sono i presupposti affinché si generi la resistenza aerodinamica indotta:
- Le molecole di aria che scorrono attorno ad un oggetto fisico raggiungono una sua estremità, ovvero un punto del corpo stesso in cui il raggio di curvatura si riduce abbondantemente entro uno spazio ridotto
- Queste molecole assumono valori di pressione differenti tra i due lati dell’estremità.
In queste condizioni, la parte di corrente a più alta pressione sente la depressione che caratterizza la seconda porzione d flusso. Conseguentemente, la massa di flusso ad alta pressione tenta di raggiungere l’area di depressione scavalcando l’estremità. Ciò porta alla generazione di vortici dannosi per l’aerodinamica.
Si veda il caso degli alettoni posteriori.
La resistenza aerodinamica parassita:
Quando le diverse parti che compongono le macchine vengono assemblate assieme, la resistenza complessiva risulta maggiore della somma delle singole componenti parziali a causa delle interferenze tra una superficie e l’altra.
Una tra le interferenze più importanti di questa tipologia, parlando per esempio di formula 1, si manifesta all’intersezione tra il corpo vettura, con le sue pance laterali e il fondo piatto. Lì, le interazioni del flusso con i due componenti si accavallano creando sovrappressioni ed instabilità dannose per l’efficienza aerodinamica. Questa resistenza dipende tipicamente dalla forma e dalla distanza dei vari sotto elementi che caratterizzano l’oggetto in moto nella corrente.
La resistenza aerodinamica di profilo:
La forma di un corpo immerso in un fluido viscoso che si muove a una certa velocità crea una resistenza chiamata “resistenza di forma”, la quale dà luogo a una “scia”.
Di fatto, l’aria che urta il profilo interessato sul lato anteriore genera un aumento di pressione che spinge con direzione opposta al moto. La scia, di fatto, provoca una riduzione di recupero della pressione sul lato posteriore, con conseguente risucchio e quindi ulteriore “drag aerodinamico”.
In definitiva, la resistenza di forma dipende dalla deviazione che il corpo richiede all’aria affinchè questa lo possa aggirare.
La resistenza da strato limite
La resistenza dello strato limite interessa ogni tipo di oggetti che abbia una superficie rugosa e, quindi, interessa ogni tipo di veicolo che possa scorrere all’interno di un flusso.
In sostanza, non è altro che lo strato di molecole che interagiscono con la rugosità superficiale dell’oggetto in movimento creando uno sforzo di attrito con questo. La corrente fluida, infatti, scorre sulle pareti del corpo faticando e scontrando le micro-asperità che compongono la rugosità, costituendo quello che potrebbe essere chiamato come attrito viscoso. Più la parete si estende in lunghezza, più il disturbo propaga all’interno del flusso.
Conclusioni:
Un primo aspetto fondamentale da ricordare, tanto per collegarci nuovamente a quanto detto nell’introduzione, è che la resistenza aerodinamica generata dall’inarcamento degli alettoni e delle superfici portanti interessa principalmente solo due delle voci elencate. La resistenza di profilo e quella indotta.
Attorno all’alettone posteriore, per esempio, non si generano grandi interazioni con il corpo vettura essendo questo molto lontano.
Al contrario, la resistenza indotta interessa ogni tipo di estremità e genera disturbi altissimi. Per questo motivo i fondi piatti sono contornati di fessure per l’eliminazione dei vortici, gli alettoni hanno le paratie laterali e le auto del 2021 prevedono l’assenza di estremità sulle ali frontali.
Un’altra resistenza altissima, forse quella più alta e assolutamente inevitabile deriva dallo strato limite, che sfrega su ogni porzione di macchine in ogni momento del moto, dal momento che l’auto comincia a spostarsi. Questa non si può cancellare: solo ridurre. Le superfici vanno costruite in modo che non si estendano in lunghezza, ma in larghezza. Motivo per il quale, unitamente alla presenza della resistenza indotta, gli alettoni si devono costruire sfruttando tutta l’apertura trasversale delle macchine.
in definitiva, comprendere meglio come funzionano le forze oppositrici al moto, aiuta a comprendere meglio le scelte che i tecnici compiono durante i weekend di gara. un intervento su una macchina può essere mirato a ridurre un effetto negativo a discapito di un’altro che possa risultare di minore entità. Conoscere come i componenti aerodinamici agiscono negativamente aiuta di certo a compiere scelte più ponderate in fase di progettazione delle vetture, e questo fa tutta la differenza.
A presto dall’ing. Alberto Aimar.