INTRODUZIONE

Negli incontri di tecnica invernali, come già anticipato dallo scorso articolo(di cui lascerò un link), tratteremo un tema piuttosto in linea con le attività che i team di Formula1 stanno svolgendo.

L’obiettivo è capire come vengono progettate le auto e quali sono gli strumenti più usati dagli ingegneri in vista dei test di febbraio. Nel primo appuntamento della serie abbiamo introdotto l’analisi CFD e il metodo dell’ottimizzazione di forma: un’applicazione del calcolo aerodinamico computerizzato attua ad elaborare tutte le possibili configurazione di un veicolo, alla ricerca dell’ottimo tra deportanza e resistenza.

Tratteremo anche di tutte le analisi pratiche, ovvero, tutte le prove che i tecnici possono svolgere in pista o in galleria del vento per validare tali modelli. Non mancheranno approfondimenti e curiosità durante il percorso.

FORMULA1

CENNI STORICI. PERCHE’?

Prima, però, ritengo sia corretto dare qualche cenno storico: in qualche modo, i tecnici hanno studiato per ottenere il progresso tecnologico che ci viene mostrato durante i weekend di gara. Da qualche parte, le novità e tutte le conoscenze che i disegnatori di Formula1 (e non solo) sfruttano sono pur nate. Voglio quindi fare luce e introdurre il percorso che idee e vetture hanno intrapreso durante i decenni per raggiungere il livello di performance attuale. Sarà introduttivo, ma servirà a fissare dei paletti saldi che ci possano indicare da dove nasce il tutto.

COMINCIAMO

Le forme sono state plasmate per rispondere sempre meglio alle necessità dei progettisti e dei piloti in termini di performance aerodinamica. Le forme delle Formula1, sempre più sinuose e tondeggianti, sono testimoni di una continua ricerca che sin dagli inizi si è focalizzata sempre più sui dettagli. Come utilizzando una grande lente, i tecnici analizzano aree sempre più piccole: cessano di studiare il flusso e le auto come elementi unici per cominciare a guardare ogni singola linea di corrente, ogni singolo centimetro quadrato superficiale.  Tre sono gli aspetti che spiegano come sia avvenuto.

1. I MATERIALI COSTRUTTIVI

La tipologia di materiali assieme alle tecniche costruttive utilizzate. fino ai primi anni Novanta i materiali utilizzati presentavano una certa rigidezza in fase di produzione (come ad esempio l’alluminio). Una grande accelerazione al progresso è avvenuta grazie al carbonio, materiale che ben si presta alla creazione di forme curvilinee complesse.

Un esempio per la Formula1? i veda l’esempio che segue: un confronto tra l’ala della Ferrari 312B3 di Clay Regazzoni e della Ferrari F1 2008.

La semplice ala utilizzata da Clay Regazzoni non ha nulla a che vedere con gli andamenti complessi dell’ala usata nel campionato di Formula1 2018.

L’estrema formabilità delle fibre di carbono consente la costruzione di stampi con configurazioni molto più complesse rispetto a qualsiasi materiale metallico. L’utilizzo di nuovi materiali ha reso possibile semplificare il processo di produzione di prototipi e la riduzione dei costi. Non è cosa da poco immaginare di dover costruire stampi da pressatura sempre nuovi e diversi per formare le lamine di alluminio, specialmente parlando di produzioni in quantità estremamente ridotte.

Ad oggi, del resto, le novità e gli aggiornamenti della Formula1 sono all’ordine del giorno: di gara in gara tanti componenti sostituiscono vecchie parti non considerate più efficaci.

2. LA CONOSCENZA DELL’AERODINAMICA IN FORMULA1

Un secondo aspetto da non sottovalutare è l’accresciuta conoscenza dell’aerodinamica. E’ una scienza relativamente nuova se paragonata al resto dei campi fisici conosciuti. Se la meccanica è stata studiata sin dalle antiche civiltà e l’elettricità è stata scoperta prima del 1830, per l’aerodinamica moderna si deve attendere l’avvento dell’aviazione degli anni ’20. Da quel periodo fino ai giorni nostri, molti sono stati gli esperimenti e i tentativi da parte di tecnici e progettisti. Potevano sbizzarrire la creatività concependo forme nuove e stravaganti di anno in anno.

Un esempio è quello della grande presa d’aria superiore della Ferrari 312B3 (vedi prima); a questa seguirono altre sperimentazioni come laTyrrell P34, Formula1.

La formula 1 non è stata l’unica classe a studiare idee e innovazioni aerodinamiche, telaistiche e motoristiche. Altre sperimentazioni presero forma in differenti categorie. La Indycar e il campionato “sportprototipi” indetto dalla FIA rappresentavano le principali alternative al campionato delle ruote scoperte. Nascevano auto come la Ferrari 330 p4, la Ford GT e la Porsche 917. queste, erano una carenatura unica sinuosa e tondeggiante capace di generare una efficienza aerodinamica elevatissima. Si veda l’esempio della Porsche 917 di seguito.

SBAGLIANDO SI IMPARA

Nel processo di sperimentazione che ha coinvolto le vetture da corsa, causa la conoscenza ancora non completa, molti sono stati anche gli errori. Si sa: durante le prove e i test, non sempre si prende la strada corretta al primo colpo. Sbagliare a volte rappresenta l’unico modo per crescere. Un interessante caso viene mostrato dalla vettura March 761. Sempre Formula1.

Sul lato frontale della vettura, una superficie bombata permetteva all’aria una via di fuga sul lato superiore. Questo generava un’accelerazione del flusso. Conoscendo il legame tra pressione e velocità dentro una corrente fluida, grazie al principio del tubo di Venturi, era osservabile una diminuzione di pressione sul lato superiore dell’auto. Questo riduceva di molto la deportanza totale.

LE FORME DELLA FORMULA1 SI CONSOLIDANO

Con lo scorrere del tempo e con l’affinarsi della tecnica, molte soluzioni procedevano verso il consolidamento. altre meno efficaci, invece venivano gradualmente abbandonate.

Ad oggi, due sono le principali motivazioni per le quali non è più possibile assistere a stravolgimenti aerodinamici a bordo vettura:

  • Il raffinamento dei regolamenti tecnici, che hanno sempre di più uniformato le auto delle squadre verso un concetto comune.
  • L’avvento dei calcolatori, che ha giocato un ruolo chiave nell’affinamento delle forme aerodinamiche verso soluzioni ottimali poco confutabili.

3° FATTORE: I COMPUTER IN FORMULA1

Con i moderni computer, le tecniche di studio dei flussi hanno segnato una grandissima svolta nell’applicazione delle conoscenze aerodinamiche. Il software ha letteralmente sostituito l’uomo nel comprendere ed analizzare i flussi attorno alle auto. Poteva ricreare la realtà con sempre maggiore cura e precisione. Veri e propri cicli di calcolo riescono a plasmare le forme delle appendici aerodinamiche a bordo macchina (primo articolo, di cui il link sopra). Con l’aumento della capacità di calcolo dei computer oggi a disposizione è possibile rappresentare le superfici come divise in minuscole parti. Parti che, grazie al progresso dei sistemi elettronici, possono essere sempre più piccole. Questo permette di svolgere modifiche su porzioni molto limitate di componenti a contatto con l’aria. interventi millimetrici sul flusso.

Proprio per questo ormai, le squadre riescono a correggere la forma delle appendici aerodinamiche al centimetro, scendendo in alcuni casi addirittura fino al millimetro.

FORMULA1

CONCLUSIONI

Grazie ai fatti appena elencati, la Formula1, come molti altre categorie, ha visto un notevole progresso per quanto riguarda le forme a diretto contatto con i flussi. Con gli strumenti giusti è diventato possibile trovare aree di miglioramento altrimenti invisibili. I tecnici hanno acquisito una capacità di analisi dei flussi con precisioni assolute attorno alle auto e oggi giorno è solo più questione di creatività. Tutti gli ingegneri, verosimilmente, hanno accesso a dati e processi digitali che modificano e indicano in tempo reale la performance globale della vettura. Il genio di alcune persone unitamente alle prestazioni degli strumenti moderni creano bolidi in grado di stupirci ogni weekend. Questo, in fondo è una grande cooperazione tra uomo e macchina, mente e materia. Potrebbe essere per questo motivo che alcuni team prevalgono su altri: alcuni tecnici hanno veramente un guizzo di follia e immaginazione in più di altri. Uniti a strumenti e tecniche regalateci dai tempi moderni, sono letteralmente in grado di far volare le monoposto che progettano.

L’uomo all’idea; Il computer, il carbonio e l’era digitale, alla sua ottimizzazione.

A presto, dall’ing. Alberto Aimar.

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