Aerodinamica, dalle GT alle F1 [CURIOSITA’]

L’aerodinamica è una scienza derivata della fluidodinamica che studia la dinamica dei gas, in particolare dell’aria, e la loro interazione con corpi solidi. Tipici campi di applicazione prevedono, ad esempio, la determinazione della portanza e della resistenza di un profilo alare in campo aeronautico piuttosto che automobilistico.

Le forze resistenti originate dall’aria agiscono su una vettura in tre direzioni diverse: frontalmente, verticalmente e lateralmente (da considerare solamente in presenza di vento o di asimmetrie nelle fiancate della carrozzeria).

La prima si oppone all’avanzamento, la seconda (portanza) tenta di sollevare il veicolo da terra. Vista la diversità delle forme tra il profilo della zona anteriore e di quella posteriore, le spinte verticali non coincidono mai sui due assi e la Fz (portanza totale) viene suddivisa tra avantreno e retrotreno come mostra la figura.

Forze aerodinamiche applicate agli autoveicoli

Deportanza

La deportanza viene sfruttata in ambito automobilistico quando i veicoli raggiungono velocità elevate, per garantire l’aderenza al suolo dello pneumatico. Si applicano allora degli appositi alettoni, che sfruttano lo stesso principio delle ali degli aeromobili, ma in senso opposto. Per ottenere ciò, un profilo alare è inclinato in modo da deviare l’aria verso l’alto.

Flussi aerodinamici intorno ad una monoposto

Un metodo fondamentale consiste nell’adoperare un fondo piatto della vettura, assieme alle minigonne e a un estrattore posteriore, in modo da creare una depressione sotto l’auto. Nelle auto moderne ci si accontenta in genere di avere un valore di deportanza zero o leggermente positivo in grado di aiutare la tenuta di strada in velocità: a questo proposito è interessante rilevare l’ottimo risultato ottenuto dalla Ferrari con la nuova 360 Modena che a 290 Km/h sviluppa una deportanza di 180 kg equamente divisi tra avantreno e retrotreno, senza far ricorso ad alcuna ala aggiuntiva, ma solo grazie alla forma e all’effetto suolo creato dal fondo piatto e libero da protuberanze.

Ferrari 458 Italia in galleria del vento

Flaps anteriori Pagani Huayra

Cx delle auto di serie

Nelle auto da turismo un coefficiente di penetrazione aerodinamico è importante per consumare meno carburante perchè la resistenza aumenta con il quadrato della velocità: oggi in genere si hanno valori del Cx inferiore al 0,21 tranne rare eccezioni. Tra una sportiva efficiente e una voluminosa SUV il divario di velocità e di consumi è impressionante, perché si sommano gli effetti del Cx e dell’area esposta al vento. La Porsche Boxster (3.2 da 280 CV e 260 km/h) a 90 km/h consuma 13 km/litro e 9,7 a 120 km/h.

La Mercedes Slr (5.5 da 626 CV con velocità massima 334 km/h) identifica nell’aerodinamica un punto di forza, esaltata dall’utilizzo di particolari quali gli scarichi laterali, la griglia, l’Airbrake (alettone posteriore regolabile manualmente che raggiunge un’inclinazione di 65° agevolando la frenata e diminuendo lo spazio d’arresto).

SLR McLaren in galleria del vento

Aerodinamica in Formula 1

Nei tempi passati, in Formula 1 l’interesse maggiore era quello di rendere la vettura più aerodinamica possibile, dandole una forma che potesse ridurre al minimo la resistenza che la vettura opponeva al flusso d’aria durante il moto. Questa resistenza è meglio conosciuta come drag. Ridurre al minimo le forze di drag è stato l’obiettivo dello sviluppo aerodinamico delle vetture di Formula 1 fino agli anni ‘60, quando i vari team iniziarono a conoscere e prendere in considerazione il fenomeno della deportanza.

La parte anteriore della vettura è sicuramente quella più importante sotto l’aspetto aerodinamico. L’aria inizialmente va proprio a lambire la parte interiore della vettura e la direzione che i vari flussi prenderanno dipende quindi prevalentemente da come la parte anteriore della vettura lavora. Analizzando le velocità che l’aria assume nella parte anteriore ed in quella posteriore, si vede che questa subisce un decremento di circa 30% passando dal naso della vettura al punto in cui questa abbandona la vettura stessa. Le ali poste nel retro della vettura sono molto meno performanti rispetto a quelle presenti nella parte anteriore della vettura, che in altre parole significa che il retro della vettura genera maggiori forze di drag rispetto alla parte anteriore.

Ala anteriore Ferrari SF70H – Credit: Motorsport.com, by Giorgio Piola

Con l’enorme spinta che produce, la carrozzeria di una monoposto si comporta come un’ala tanto è vero che se questa spinta non fosse negativa cioè rivolta verso terra, la vettura decollerebbe tranquillamente come un aereo assai prima di aver raggiunto la velocità massima. Ora una monoposto sarà valida tanto quanto la sua efficienza, cioè a parità di spinta verso il basso richiederà meno cavalli per muoversi

Flap e deviatori di flusso Mercedes W08 – Credit: Motorsport.com, by Giorgio Piola

Con l’estrema raffinatezza dei motori di Formula 1, si raggiungono potenze vicine agli 800CV, ma guadagnarne altri 10-20 per compensare un maggior dispendio richiesto dalla parte aerodinamica può significare mettere in crisi il propulsore, per questo l’aerodinamica è uno dei punti più importanti per lo sviluppo di una monoposto da Formula 1.

Ala posteriore & Monkey Seat SF70H – Credit: Motorsport.com, by Giorgio Piola

Simulazione CFD dimostrante la generazione di deportanza, dovuta alla diversa geometria dell’ala posteriore

Luigi Gueli

Classe 1996. Studente di Ingegneria Aerospaziale.
Da sempre nutre la passione per tutto ciò che ammette movimento, 4 e 2 ruote comprese.

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