F1 | Downforce e riduzione del drag

Lo studio relativo all’aerodinamica di una vettura di Formula 1 è qualcosa che ha sempre appassionato tutti i fan. Le soluzioni portate in pista dai Team molto spesso non sono di facile comprensione, ma dietro ad ogni singola ala o flap c’è sempre un unico obiettivo: rendere massima la downforce (carico aerodinamico) e minima la resistenza all’avanzamento.

Un corpo in moto immerso in un fluido, liquido o gassoso che sia, potrà interagire con esso attraverso tre tipi di forze:

  • Portanza (in inglese Lift), spinta verso l’alto (quindi da evitare assolutamente), ricercatissima in campo aeronautico, ma dannosissima per le vetture.

Tuttavia ci possono essere delle parti della monoposto, come ad esempio le ruote, che costituiscono un elemento resistente con cui bisogna inevitabilmente fare i conti.

  • Carico aerodinamico (downforce), verso il basso.

Quando una monoposto è impegnata nella percorrenza di una curva, sono due i fattori che entrano in gioco: la forza centrifuga (che tira verso l’esterno) ed il grip degli pneumatici (che mantiene la vettura in pista). L’aderenza generata dal grip delle gomme aumenta con l’aumentare della forza che spinge la vettura verso il basso (peso + downforce), quindi più si riesce ad incrementare questo valore, tanto più la vettura sarà veloce in curva.

  • Resistenza all’avanzamento (drag), ovvero quella forza che si oppone al senso di marcia.

Sarebbe una bella cosa se non ci fosse, ma purtroppo (o per fortuna) non si può sfuggire alle leggi della fisica.

Ricerca della downforce

  • Caratteristiche principali di un profilo alare (sezione trasversale dell’ala)

A seconda di quale sia la curvatura del ventre e del dorso, il profilo può essere così definito:

concavo convesso

siamo nel caso dell’esempio sopra riportato (figura 1), la parte centrale della curvatura del dorso e del ventre risulta essere al di sopra dei punti d’attacco e d’uscita (il dorso genera una superficie convessa, mentre il ventre una superficie concava);

piano convesso

ventre piatto, mentre la curvatura del dorso è identica al caso precedente;

biconvesso

ventre e dorso generano due superfici convesse, se le due curvature fossero identiche il profilo risulterà simmetrico (rispetto alla linea di corda), mentre nel caso un cui le curvature fossero diverse saremo in presenza di un profilo asimmetrico.

laminare

siamo nel caso in cui ventre e dorso risultano essere quasi lineari e paralleli tra di loro andando a creare una forma ‘rettangolare’.

Nell’esempio proposto abbiamo visto un profilo di un’ala di tipo aeronautico, quindi studiato per generare portanza. In campo automobilistico invece, vengono utilizzati profili detti rovesciati, perché al contrario di quelli aeronautici hanno il compito di generare una forza che spinga verso il basso.

  • Downforce

Come si genera la downforce? Il principio fisico alla base di questo fenomeno, risiede nell’andare a creare un profilo avente curvature di ventre e dorso differenti tra loro. Alla parte superiore del profilo viene data una curvatura di lunghezza minore rispetto alla parte inferiore, in questo modo il fluido è ‘obbligato’ ad avere una velocità, nella zona al di sotto del profilo, maggiore rispetto alla parte superiore (deve percorrere più strada nello stesso lasso di tempo). Facendo riferimento alla ‘legge di Bernoulli’ possiamo dire che la parte superiore del profilo sarà sottoposta ad una pressione maggiore rispetto alla parte inferiore e tutto ciò contribuisce a generare una forza che spinge l’ala verso l’asfalto (downforce).

Per aumentare il valore della downforce si possono fare, inoltre, due tipi di interventi:

  • Variare il camber (curvatura della linea media del profilo) andando ad aggiungere, per esempio, dei ‘flap’ che prolungano il bordo di uscita (insieme dei punti d’uscita) o degli ‘slat’ che anticipano il bordo di ingresso (insieme dei punti d’ingresso).
  • Incrementare l’angolo di attacco (angolo compreso tra la corda alare e la direzione del flusso che investe il profilo).

 

Cos’è il drag e come si riduce

Con il passare degli anni, gli ingegneri si sono accorti che se volevano ridurre gli effetti nocivi del drag, dovevano lottare contro un unico grande nemico: il vortice d’estremità. La filosofia che ne è nata è quella di suddividere un profilo alare in tanti più piccoli. In questo modo si vanno a generare tanti mini vortici che hanno un impatto notevolmente minore sull’avanzamento della monoposto e per di più risultano anche più semplici da controllare.

Come esempio ho deciso di proporvi la VJM11 (vettura che ha partecipato al mondiale 2018): nell’immagine potete vedere l’ala anteriore composta da quattro flap principali, e il deviatore di flusso suddiviso in otto ‘più piccole’ parti (aventi anche diversa inclinazione, con la possibilità di avere ben sette soffiaggi in più rispetto alla soluzione tradizionale). Questi sono forse i due interventi che per primi saltano all’occhio, ma son convinto che se aguzzerete la vista sarete in grado di scorgerne altri.   

 


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Marco Sassara

Fondatore del canale "Orbita Ferrari" (su Telegram). La famiglia e gli amici lo sanno: se c'è la Formula 1 non ci sono per nessuno. Forza Ferrari.

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