Alla scoperta del regolamento 2022:effetto suolo e diffusore

Alla scoperta del regolamento 2022:effetto suolo e diffusore

Abbiamo concluso il precedente articolo (clicca qui) facendo notare quanto l’estrattore si riveli fondamentale quando si tratta di progettare un’auto da competizione prestante. La domanda che quindi viene naturale porsi è: perché?

Iniziamo subito con una piccola battuta: pensate che l’effetto suolo sia così lontano dalla vostra quotidianità? Permettetemi di dire che non è così.
L’effetto Venturi (il nome ‘classico’ dell’effetto suolo) si può sperimentare ogni qualvolta spruzzate un po’ di profumo! Le leggi della fisica alla base del funzionamento della pompetta del profumo sono le stesse. Depressione che porta a una velocità elevata che permette la nebulizzazione del liquido profumato.. Divertente vero?
Anche quando con un dito provate a strozzare l’ugello di un tubo dell’acqua e notate che il getto d’acqua risulta essere più veloce, il principio è lo stesso.

Dove inizia la ricerca dell’effetto suolo?

La risposta si trova nell’anno 1978. In quell’anno, infatti, la scuderia Lotus sviluppò la leggendaria Lotus 79, prima monoposto a sfruttare il famigerato “effetto suolo” per la generazione di parte del carico aerodinamico. In un solo anno, il carico aerodinamico generato dalle monoposto di Formula 1 ebbe una crescita esponenziale passando da poche centinaia (in certi casi decine) di kilogrammi alle oltre due tonnellate, complice anche il sempre maggior investimento nella ricerca aerodinamica portato avanti dalle varie scuderie del circus.

 

Il principio su cui si basa l’effetto suolo è l’equazione di continuità dei fluidi: Il prodotto fra sezione attraversata dal fluido e la velocità di quest’ultimo deve essere costante.

          

Dove 𝞀 risulta essere la densità del fluido.( La prima si sfrutta quando il fluido è definito ‘incomprimibile’ come l’acqua. Non è il caso dell’aria, quindi, si dovrebbe sfruttare la seconda). Se la sezione diminuisce, la velocità deve aumentare.  Ma se la velocità di quest’ultimo aumenta, la sua pressione tenderà a diminuire, a causa del Principio di Bernoulli (seconda formula). Guardando alla vettura 2021 nella seguente immagine CFD, notiamo che sotto il fondo della monoposto si ricrea la situazione stilizzata nel grafico superiore.

Ciò comporterà un aumento di velocità del fluido con conseguente abbassamento della pressione. Quanto più le due pressioni differiranno fra sopra la monoposto e quella del condotto e la distanza fondo-asfalto sarà piccola, tanto più carico verrà generato dalla vettura. E’ come se si cercasse di creare un ‘sottovuoto’ fra auto e asfalto. Perché si vuole tanto carico generato da questa condizione? La quasi totale assenza di resistenza che si crea. Chiaramente se è ben sfruttato tale effetto.

 

Non basta avere una monoposto larga e ben vicina all’asfalto per sfruttare al massimo questo effetto, ma c’è bisogno di un elemento che, posto verso la parte posteriore della vettura, permetta al flusso d’aria giunto alla fine del fondo di staccarsi in modo graduale per evitare che da quest’ultimo si possano formare  strutture vorticose che aumenterebbero a dismisura la resistenza generata a scapito di una minore carico aerodinamico generato. Questo elemento, com’è facile intuire, è proprio l’estrattore.

Esso deve, quindi, avere una pendenza bassa e graduale che accompagni il flusso al di fuori del fondo senza che questo generi (troppi) vortici. Si può notare, che nella parte posteriore del fondo, dove è presente l’estrattore sono presenti delle paratie verticali che permettono di ‘controllare’ in qualche maniera i flussi e ridurre le vorticosità che si generano. Tuttavia, gli aerodinamici spesso cercano di sfruttare queste turbolenze a proprio vantaggio o indirizzandole verso lo scarico oppure per disturbare ancor di più il flusso d’aria che investe la monoposto inseguitrice. Se ciò dovesse accadere nel 2021(ormai 2022) , lo spettacolo ne potrà risentire (Ne sanno una più del diavolo questi aerodinamici: maledetti!).

Una curiosità: per rendersi conto di quanto la Formula 1 e la tecnologia da cui dipende si siano evoluti in questi anni, basti pensare a come, negli anni della Lotus 79, l’unico modo per sigillare correttamente il flusso al di sotto della vettura fosse usare delle minigonne che impedissero la fuoriuscita laterale dell’aria. Oggi, che le minigonne sono state bandite, a imprigionare il flusso d’aria al di sotto della vettura ci pensa altra aria: i vortici generati dall’ala anteriore e dalle appendici aerodinamiche vengono infatti studiati al CFD per sigillare il flusso aereo al di sotto della monoposto, creando delle barriere vorticose che impediscono all’aria di fuoriuscire proprio come facevano le minigonne 40 anni fa. Un vortice sfruttato è il tanto maltrattato quanto incompreso da molti: il vortice Y250, chiamato così poiché guardando l’auto frontalmente, quest’ultimo si genera a 250 millimetri rispetto la mezzeria della monoposto.E’ un vortice nocivo, così come tutti i vortici e sporca tutta l’aerodinamica del veicolo. Tuttavia, come ogni cosa, si cerca di sfruttarlo a proprio vantaggio.

Poniamo lo sguardo anche sullo studio della vettura ad effetto suolo in galleria del vento. Alcune gallerie per ricreare correttamente l’effetto suolo, hanno un vero e proprio tapis roulant che permette di simulare sia la rotazione delle ruote sia l’attrito che le gomme generano con l’asfalto. Il problema è che il ‘risucchio’ che permette all’auto di rimanere schiacciata al suolo, ha effetto anche sul tappeto e questo può falsare i dati visti/sperati in CFD dato che non è sempre possibile controllare le vibrazioni che si generano… Un bel guaio: si potrebbe risolvere il tutto sfruttando un materiale meno elastico ma ciò comporterebbe altri problemi Bisognerebbe sfruttare rulli più grandi per piegare e permettere la ricircolazione del tappeto . Questo influenzerebbe anche i costi sicuramente maggiori e lo spazio richiesto sarebbe maggiore rispetto quello davvero necessario. Sappiamo che a breve si avrà il budget cap. Ogni centesimo risparmiato è un centesimo guadagnato.

 

Per concludere, un breve accenno al regolamento del 2021: in esso, la FIA sembra aver delineato il profilo di una Formula 1 molto semplificata rispetto a quella degli ultimi anni: scompaiono infatti molte delle complicazioni che siamo stati abituati a vedere sul corpo vettura in favore di una maggiore centralità dell’effetto suolo, deducibile dalla presenza di estrattori più grandi e di un fondo sagomato in maniera più simile a quello della Lotus 79 o della Ferrari 312 T4 (regine dell’effetto suolo degli anni 70). Teoricamente, ciò dovrebbe portare a più spettacolarità, proprio perché diminuendo le appendici aerodinamiche e favorendo l’effetto suolo si sta difatti puntando a una geometria che sfavorisce la generazione di quella scia vorticosa tanto deleteria per i sorpassi. Come abbiamo già detto però… E’ solo teoria.

Non ci resta che aspettare.

ARTICOLO DI: Giuseppe Marino

Ultima Staccata

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