"Le regole aero 2017? Un... vortice di problemi da risolvere"
L'aerodinamico greco dopo la chiusura della Manor è stato ai test di Barcellona per vedere le nuove F.1. Il tecnico ex Ferrari scrive per Motorsport.com e ci spiega i nodi che i progettisti hanno dovuto sciogliere con le nuove regole.
Foto di: XPB Images
Sono stato ai test di Barcellona per vedere le nuove Formula 1 in azione. Dopo la chiusura della Manor ero incuriosito di scoprire cosa avevano prodotto le singole squadre interpretando il regolamento con le gomme larghe e tanto carico aerodinamico in più. Nel paddock ho incontrato gli amici di Motorsport.com che mi hanno chiesto di analizzare le nuove regole in funzione di quanto si è visto sulle macchine in pista a Montmelò.
Più che fare dei confronti fra una monoposto e l’altra, ho preferito mettere in luce quali sono stati i problemi che i progettisti hanno dovuto affrontare nel 2017 e come sono stati risolti dai team. Inizio la mia disamina dall’anteriore per arrivare punto a punto fino all’alettone posteriore…
Sottolineo che non essendo stato nelle varie gallerie del vento dei vari reparti aerodinamici delle squadre, posso solo fare ipotesi sulle scelte che sono state fatte.
Le gomme larghe? Un dilemma per l’aerodinamica!
Il nuovo regolamento autorizza un’ala anteriore con la forma a delta che è più grande rispetto a quella dello scorso anno. Poteva sembrare una pacchia, ma non è stato affatto così, perché gli aerodinamici si sono trovati a fare i conti con il primo grosso problema: dietro alle derive ci sono delle gomme più larghe e, quindi, è più difficile “organizzare” i vortici dell’ala per andare attorno alla ruota.
Da un punto di vista puramente aerodinamico si vorrebbero pneumatici molto più stretti e con una carreggiata minore per fare in modo che sia possibile indirizzare più facilmente dei vortici all’esterno delle ruote. E non è il caso delle nuove monoposto, sia quando sono in rettilineo, sia quando hanno le ruote sterzate (la gomma interna sporge dalla bandella laterale) per cui la gomma larga rende molto più complicato gestire i flussi che escono dalla bandella laterale.
Dalla deriva anteriore nascono tre vortici
Analizziamo i principali tre vortici esterni e co-ruotanti (in realtà ci sono anche un numero elevato di vortici minori, e ciascuno gioca un ruolo importante nel controllare i vortici principali).
Vediamo i diversi tentativi dei team di fare in modo che due di questi vortici principali possano essere indirizzati all’esterno della ruota. Come si fa? Si cerca di caricare le derive, e di controllare la potenza e la posizione dei vari vortici in modo che essi (1) rimangono stabili, e (2) seguano la traiettoria ideale attorno le ruote. Il gioco è molto complicato. Ma farlo con successo ha grossi benefici sul resto della macchina: con un sistema di vortici performante, la scia delle ruote può rimanere più all’esterno ed essere più contenuta, così da avere minori effetti negativi sul retrotreno.
Se non si vedono le immagini al CFD, è difficile capire come ogni squadra gestisca esattamente questi vortici, ma la gestione di questi flussi è fondamentale per le monoposto attuali, e può fare la differenza fra una F.1 vincente e una mediocre.
Per rendersi conto delle difficoltà, tutti i vortici si influenzano a vicenda, “ballando” uno attorno all’altro, e dove vanno a finire è molto difficile da modellare e da ottimizzare. Per esempio ai piedi delle derive nascono due dei vortici principali, che si devono “scambiare” la posizione quando arrivano alle ruote, cioè quello esterno va all’ interno della ruota, e viceversa.
La difficoltà di quest’anno è che trovano una gomma più larga, per cui bisogna lavorare sulla deriva per evitare che questi vortici esplodano generando delle perdite di efficienza sul resto della monoposto.
Anche con i flap si lavora sulla scia della ruota…
È chiaro, quindi, che la definizione dell’ala anteriore è stata uno dei temi più difficili proposto dalle nuove norme FIA: a mio parere fra i top team c’è qualcuno che è riuscito a controllare i vortici meglio di altri. Chi è riuscito a fare un buon lavoro avrà dei benefici sulla scia della ruota e anche nel retrotreno.
Esistono anche altri vortici che sono meno forti e che vengono generati dai flap superiori dell’ala che adesso mostrano delle forme svergolate. Anche questi hanno la funzione di controllare la scia della ruota anteriore, vale a dire la cosa più dannosa per l’aerodinamica della macchina.
Questi flap indirizzano i “loro” vortici perché passino sopra alla ruota. L’azione combinata di questi flussi con quelli che agiscono esternamente ed internamente alla gomma dovrebbe produrre una scia della ruota che si vuole tenere il più lontano possibile dalla vettura per creare meno danni all’aerodinamica posteriore.
Tutti i team hanno sicuramente speso molto tempo cercando di gestire bene questi flussi, sicuramente alcuni top team sono riusciti meglio, e per tutti c’è ancora un grande margine di sviluppo in questa zona.
Il vortice “Y250”
Passiamo ad analizzare la zona più interna dell’ala anteriore: qui troviamo il vortice chiamato “Y250” (il numero si riferisce alla distanza dalla mezzeria della vettura, cioè 250mm). È una conseguenza naturale della sezione centrale dell’ala anteriore (introdotta dal regolamento del 2009), che ha poco carico.
Quando c’è una variazione di “potenza” di un’ala lungo la sua apertura, si crea un vortice: in questo caso il vortice Y250 è molto potente perché si genera al bordo della sezione centrale dell’ala che è poco potente, nel contrasto con i lati esterni che, invece, devono produrre tutto il carico.
Mi ha colpito la differenza nell’approccio della Red Bull che ha cercato di depotenziare questo vortice rispetto alle altre squadre, perché i suoi profili interni si alzano un pochino. Questo vortice non lo si elimina, ma si può trovare un buon compromesso giocando sulle regole che definiscono l’ala anteriore e i flap per renderlo meno potente. La Red Bull sembra esserci orientata alla filosofia di chi preferisce gestire vortici con meno potenza e ali con meno carico per gestire il tutto con più efficienza.
Il vortice Y250 influisce sul resto della monoposto, e viene influenzato dai piloni e dai turning vanes montati sotto al telaio. Questi elementi aerodinamici, quindi, generano ulteriori vortici che hanno la funzione primaria di allontanare dal corpo vettura il famigerato Y250, onde evitare che possa fare dei danni nella parte centrale della monoposto e nel retrotreno.
Le soluzioni viste sulle macchine nei test di Barcellona mi fanno dire che si è ancora lontani dall’ottimale: si sono osservate idee molto diverse che sono il frutto del lavoro che ciascun team ha svolto nel proprio isolamento degli ultimi otto mesi, senza essere condizionati dagli altri. Al centro della vettura, quindi, vedremo dei grandi cambiamenti nel corso della stagione.
La McLaren ha mostrato dei lunghi piloni che reggono l’ala con tre soffiaggi: la zona critica, dove si possono creare delle separazioni di flusso, è dove i piloni si attaccano al muso. L’S-duct, che è stato adottato da diverse macchine, è funzionale a ridurre le perdite. Con questo condotto si estraggono da sotto al muso dei flussi sporchi che vengono espulsi nella parte superiore del telaio, per fare in modo che i turning vanes possano lavorare al meglio.
Sospensione anteriore con il bracket
Proseguendo l’analisi dell’anteriore ritengo sia molto interessante la sospensione di Mercedes e Toro Rosso. Per la prima volta abbiamo visto l’attacco del triangolo superiore che è ancorato al di fuori del porta mozzo. A questo proposito si possono fare un paio di considerazioni: intanto il regolamento limita le dimensioni del porta mozzo, ma permette l’adozione di un bracket (che deve essere separato ed imbullonato) utile a portare il braccio fuori dal cerchio.
Questa soluzione la vediamo applicata da qualche anno alle sospensioni posteriori, mentre davanti è la prima volta. A causa delle scelte regolamentari sull’anteriore si creano due tipi di problemi: il primo è che le ruote sono più larghe per cui la superficie di contatto del pneumatico con l’asfalto è più esterna. Se si vogliono mantenere carichi e coppie di disallineamento contenute, non si può avere il kingpin troppo lontano dal punto di contatto. Ma d’altro canto non si può infulcrare il punto di rotazione troppo all’interno del cerchio perché finirebbe che la ruota andrebbe a contatto con la sospensione in fase di sterzata.
Si alza il triangolo superiore di circa 30 mm
L’idea di Mercedes e Toro Rosso permette di risolvere questi problemi, anche se va fatta un’attenta analisi strutturale per verificare che non ci sia una significativa perdita di rigidezza. Se, attraverso il porta mozzo e il bracket, si riesce a realizzare una soluzioni sufficientemente rigida, allora si può spostare la leva superiore più in alto di circa 25/30 mm. Questo significa che per pari rigidezza è possibile sollevare anche il triangolo inferiore: non di un valore uguale a quello della leva superiore, ma di almeno un terzo, vale a dire 10 mm.
Si può così avere un effetto benefico evitando che il braccio possa interferire con il vortice Y250 che passa sotto, diminuendo le perdite di efficienza causate da questa interferenza negativa.
Mercedes e Toro Rosso traggono vantaggi in due aree, per cui l’idea è sicuramente apprezzabile, tanto più che nella vista frontale le leve risultano meno inclinate e permettono un migliore funzionamento dei cinematismi. Non solo, ma la sospensione Mercedes dovrebbe essere sottoposta a carichi minori di quella Ferrari per cui è possibile che le leve possano essere più piccole, mentre sul lato porta mozzo non escludo che possa esserci una maggiore flessibilità (che è negativa). Sono sicuro che sono stati analizzati i rischi relativi alla minore rigidezza con un attento studio sul porta mozzo e sul disegno del bracket per cui non ci dovrebbero essere dei problemi di rigidezza.
Zona centrale della monoposto
Arriviamo a uno dei punti più interessanti della monoposto che riguardano l’area delle bargeboard e delle fiancate. In generale si cerca di organizzare l’andamento dei flussi perché possano arrivare al retrotreno per caricare il diffusore.
Facciamo una breve parentesi: sulle monoposto esiste una zona estremamente sensibile aerodinamicamente che è quella fra le ruote posteriori e il diffusore: si tratta di un’area nella quale è molto complicata la gestione dei flussi di aria e dei vortici che si creano. Il gioco in questa zona riguarda il controllo di un flusso molto dannoso che chiamiamo “tyre squirt”: è il flusso che si crea al punto di contatto della gomma con il suolo, dove si genera un forte getto verso l’interno della macchina. Questo flusso non è solo dannoso, ma è anche una zona di difficile correlazione fra galleria, CFD e pista, in quanto viene definito dalle deformazioni della spalla della gomma durante le sollecitazioni.
La gestione del flusso nel piccolo spazio fra la gomma e il fondo è uno degli esercizi più difficili su una Formula 1. Tanto maggiore è l’energia con cui questo flusso arriva in quella zona, tanto più efficace diventa la gestione del tyre squirt, per cui è possibile trarre importanti vantaggi. A tal proposito vi ricordate gli scarichi soffianti? I gas roventi prodotti dal motore venivano convogliati sul fondo per essere indirizzati fra la ruota e il fondo con molta più energia rispetto a quella che si può avere normalmente.
Questa energia del flusso si misura con un parametro che chiamiamo “coefficiente di pressione totale” (Cpt). Un flusso “pulito” che investe per esempio la ala anteriore ha Cpt=1 (il limite massimo fisico), mentre nella zona fra le ruote ed il diffusore il flusso avrà subito delle perdite, ed avrà un Cpt=0.2-0.3. Con gli scarichi soffianti si iniettava una maggiore energia nel flusso, arrivando a valori pari a 2 o 3! All’epoca, quindi, era possibile controllare il tyre squirt, ma dal 2014 gli scarichi sono stati spostati in alto e nella zona centrale della macchina per cui non possono più essere utili all’aerodinamica.
Rimane fondamentale mandare un flusso di energia più alta possibile verso la zona di cui stiamo parlando. Tanto con il disegno delle fiancate che dei bargeboards si cerca di aumentare l’energia del flusso fra le ruote e il diffusore.
Le fiancate innovative della Ferrari
Torniamo allora alle fiancate: esistono tutti i vortici che arrivano dall’ala anteriore e la scia della ruota anteriore per cui si determinano delle perdite importanti nel flusso che viene indirizzato verso il posteriore. Ecco perché nella zona delle pance si cerca di creare un “downwash” (cioè un flusso verso il basso), mandando i flussi di maggior energia verso il diffusore, per controllare meglio il tyre squirt.
Ci sono delle aree nelle quali il regolamento vieta di montare dei dispositivi aerodinamici e altre dove, invece, c’è una grande libertà: i bargeboard, per esempio, adesso sono molto più grandi di quanto non fossero l’anno scorso. Non deve sorprendere, quindi, se ci sono soluzioni molto diverse fra i team.
Ho l’impressione che la Ferrari abbia cercato in modo molto interessante e innovativo di alzare il più possibile l’ingresso delle pance per creare una serie di profili che aumentano il flusso verso il basso e che puntano quella zona critica fra ruota e fondo. Per ottenere questo risultato sono stati costretti a cambiare completamente l’ingresso delle bocche per il raffreddamento della power unit, spostandole più un alto e andando con l’aria sopra alla struttura laterale di impatto superiore.
Nella scocca, infatti, ci devono essere per regolamento due coni in carbonio che devono assorbire gli impatti laterali per evitare le intrusioni nell’abitacolo a protezione del pilota. La Ferrari ha spostato più in basso quello superiore. Questa soluzione costa un po’ in termini di peso solo perché si è dovuta creare un’adeguata struttura per sostenere il cono che deve sopportare i carichi previsti dalla FIA in una zona del telaio più debole.
Va detto pero che quest’anno raggiungere il peso minimo di 728 kg è un obiettivo facile. Il legislatore aveva previsto l’adozione dell’Halo che, invece, è stato rinviato al 2018 per cui le attuali monoposto sono inutilmente gravate di 10 kg in più. È facile prevedere, quindi, che queste macchine hanno una certa facilità a essere sotto peso e devono ricorrere ad una zavorra aumentata per raggiungere il limite minimo.
La Ferrari può aver rinunciato a circa 3-5 kg di zavorra per irrobustire il telaio nella zona della struttura laterale, ma i vantaggi che può trarre a livello aerodinamico da questa soluzione sembrano nettamente superiori. Dubito che questa sia la trovata che ha reso competitiva la SF70H e non so al momento se la Rossa sia più prestazionale della Mercedes e della Red Bull, ma certamente quest’anno mi sembra molto forte. Non è per la configurazione delle fiancate che la Ferrari vincerà o perderà le prime gare: ma è certo che a Maranello hanno studiato questa soluzione e avranno trovato dei vantaggi nel creare il flusso che va al retrotreno. Hanno sviluppato un concetto diverso dagli altri che mi sembra interessante perché avere la bocca del raffreddamento in alto permette di convogliare molta aria nella zona critica della macchina.
Modificato il packaging dei radiatori
Proseguendo verso il retrotreno si osserva la forma a Coca Cola del retrotreno: la Mercedes ha una forma della pancia che incoraggia l’invio del flusso proprio dove dicevo prima. Tutte le squadre hanno lavorato sul packaging dei radiatori per consentire fiancate che permettono in coda di stringersi molto sensibilmente.
Roll hop: sprecate molte energie!
Sono un po’ sorpreso dalla variabilità che esiste nelle soluzioni dei roll hop. Il mio stupore nasce dal fatto che diversi team hanno dedicato del tempo per sviluppare dei concetti in un’area della monoposto che non dà grandi vantaggi se lo si è realizzato meglio degli altri. Mi aspettavo, anzi, che specie i top team, avrebbero destinato il loro tempo di ricerca più nelle aree della monoposto dove è possibile trovare delle prestazioni. Tanto per chiarire il concetto, voglio aggiungere che sarei stupito se fra il miglior roll hop e il meno efficiente delle dieci macchine ci sia la differenza di un decimo di secondo al giro.
La shark finn è brutta: si poteva evitare…
Sul cofano motore abbiamo visto crescere le shark finn: la pinna è sicuramente positiva (si controllano alcuni flussi in curva), ma il vantaggio non è enorme. Forse siamo stati tutti un po’ superficiali nell’affrontare questo tema quando si discutevano i regolamenti, avremmo potuto evitare che si montassero sulle macchine. Per la bellezza delle monoposto avrei preferito che la pinna non potesse essere così estesa, si potevano pensare forme meno estreme e più belle. Ma in Formula 1 si tende a sfruttare tutte le opportunità di creare performance, per cui alla fine tutti la monteranno.
La T-wing in un buco delle norme
Avrei vietato anche la T-wing che qualche vantaggio può darlo: queste sono soluzioni che nascono da un buco del regolamento. Le nuove macchine sono nate per avere maggiori prestazioni, ma anche per essere più belle per il pubblico. Non credo che avere una vela sul retrotreno aiuti in questa direzione…
Il doppio pilone è pragmatico
In coda si notano soluzioni diverse sul come ancorare l’ala posteriore. La Ferrari ha scelto di andare sul doppio pilone che mi sembra la più corretta e pragmatica, mentre gli altri hanno scelto il mono pilone. Il problema si è creato perché è cambiato la posizione dell’ala vista lateralmente rispetto allo scarico. C’è una zona cilindrica dello scarico che non si può bucare per andarci dentro con il supporto.
Mentre l’anno scorso si bucava lo scarico e si saliva quasi perpendicolarmente sul profilo principale dell’ala, quest’anno è necessario avere un pilone molto inclinato che non è il massimo dal punto di vista strutturale. Qualche squadra ha deciso di realizzare un cerchiello che avvolge lo scarico per mantenere l’attacco unico, mentre la Ferrari ha scelto due supporti che vanno direttamente ad attaccarsi sulla struttura deformabile. Non ci saranno grandi differenze di prestazione, tutt’al più qualche risparmio di peso.
Le derive posteriori
Le derive posteriori dell’ala interpretano la nuova regola, ma mi ha incuriosito la soluzione della McLaren che ha un soffiaggio all’altezza della svasatura. Questo tipo di geometria influisce la scia della ruota posteriore, e devo dire che mi aspetto maggiori sviluppi in questa zona durante la stagione.
Il diffusore
I diffusori nel 2017 sono più alti e più lunghi rispetto agli anni precedenti. Inoltre, la libertà regolamentare nella parte esterna è aumentata, rendendo possibile montare vari dei profilli aerodinamici nello spazio critico fra diffusore e ruota.
Purtroppo non ho visto immagini sufficienti per esprimere un parere valido in questa zona, ma mi aspetto molti sviluppi… Avremo forse una migliore idea delle varie soluzioni dopo la prima gara, quando si vedranno in modo più chiaro le varie macchine.
Aumenta l’influenza del DRS
Con l’ala posteriore più larga credo che l’influsso del DRS sarà maggiore quest’anno: il delta di velocità fra l’ala chiusa e aperta è aumentato per cui potrebbe aiutare i sorpassi, che mi aspetto siano più difficili quest’anno a causa del nuovo regolamento.
La scelta del livello di carico sulle varie piste
Le attuali monoposto hanno più grip per la gomma larga e hanno molto più carico aerodinamico rispetto al 2016: si parla di un 30-35% all’inizio del campionato che potrebbe diventare il 40-45% alla fine della stagione. Queste monoposto hanno anche una maggiore resistenza dovuta sostanzialmente alla maggiore larghezza delle gomme. Il drag è cresciuto del 10-12% rispetto al 2016.
Quando si fa un’analisi sul livello di carico necessario su ciascun circuito, ogni tracciato mostra una sua sensibilità al carico e alla resistenza. A Monza se si cala il drag di 1 punto, magari si guadagnano 0”2 al giro, ma se si fa la stessa cosa a Monte Carlo il margine si riduce solo a pochi centesimi.
Siccome la resistenza è molto cresciuta rispetto al 2016, c’è la possibilità di trovare maggior prestazione se la si riduce. L’aumento di carico, invece, che è già stato sensibilmente incrementato, produce un guadagno sul tempo sul giro minore rispetto all’anno scorso.
Quindi, se si cerca il giusto livello di carico è più facile che si trovino dei circuiti da medio carico, mentre negli ultimi dieci anni (con le ovvie eccezioni di Monza e Spa) si sono usate ali quasi sempre con il carico massimo (magari si aggiungevano delle specifiche appendici solo per Monaco o l’Ungheria). L’ottimizzazione della macchina in galleria, quindi, avveniva con il massimo carico. Ora sono cambiati i rapporti e ci sarà un maggiore numero di tracciati nei quali ci vorrà una configurazione da medio carico. E guardando le ali posteriori ho visto che tendono a essere svergolate, con la parte esterna che risulta meno carica: Mercedes e Red Bull seguono già questa filosofia.
Una aspetto che spinge, invece, la scelta del livello di carico verso il massimo è il DRS: in qualifica si può girare liberamente con il DRS aperto per cui si può montare un’ala più carica perché il delta di resistenza che c’è fra l’ala mobile chiusa e aperta è maggiore.
Commenti finali
Il regolamento 2017 ha accresciuto le prestazioni, ma anche la libertà degli aerodinamici. Finora le macchine viste nei test non hanno deluso: si sono viste tante soluzioni interessanti ed innovative.
Mi aspetto che l’anno sia dominato dall’aerodinamica, e dallo sviluppo continuo ogni gara. Non sarei stupito se già nel primo GP si vedranno grossi sviluppi rispetto all’ultimo test di Barcellona.
Dal punto di vista strategico è plausibile che qualcuno abboa scelto di nascondere i suoi pezzi interessanti per introdurli solo alla prima gara. Fra pochi giorni vedremo…
Be part of Motorsport community
Join the conversationShare Or Save This Story
FE | Jaguar conferma il suo impegno fino al 2030 per la Gen 4
Moto3 | Jerez, Libere 2: Alonso fa il vuoto e abbassa ancora il record
La MotoGP avrà un nuovo logo dalla prossima stagione
F1 | Dal GP di Spagna debutta la telecamera posteriore ribassata
Iscriviti ed effettua l'accesso a Motorsport.com con il tuo blocco delle pubblicità
Dalla Formula 1 alla MotoGP, raccontiamo direttamente dal paddock perché amiamo il nostro sport, proprio come voi. Per continuare a fornire il nostro giornalismo esperto, il nostro sito web utilizzala pubblicità. Tuttavia, vogliamo darvi l'opportunità di godere di un sito web privo di pubblicità e di continuare a utilizzare il vostro ad-blocker.
Top Comments