Analisi Tecnica F1 – Aerodinamica: Turbolenze, vortici, ala anteriore

Bentornati in questa rubrica, nella quale spiegheremo in modo semplice i complicati concetti dell’aerodinamica. Aerodinamica ala anteriore

Lo scorso articolo sull’ala posteriore è terminato con un quesito: è sempre vero che, inclinando sempre di più il flap posteriore, si ha un corrispondente aumento lineare della downforce?

Purtroppo la risposta è negativa: infatti, inclinando esageratamente l’ala, l’effetto potrebbe rovinarsi, generando molta meno downforce.

Come illustrato nella seguente immagine, se la velocità del flusso è sufficientemente grande, l’aria non verrà risucchiata nella zona a bassa pressione, ma continuerà lungo la sua strada, deviandosi leggermente a causa dell’ala. Questo effetto è chiamato separazione.

Un flusso separato genera meno downforce rispetto ad un flusso continuo.

Tra questi due flussi d’aria, avviene qualcosa di particolare: si crea una turbolenza. Un flusso disordinato viene chiamato flusso turbolento, mentre un flusso ordinato viene chiamato flusso laminare.

Come risolviamo il problema della separazione dei flussi che rovina la nostra efficiente downforce?

Bisogna trovare un modo per far si che il flusso d’aria rimanga attaccato alla superficie dell’ala. La risposta è: i vortici.

Un vortice altro non è che aria che si muove secondo una traiettoria a vite, che contribuisce a mantenere il flusso d’aria attaccato alla superficie attorno alla quale fluisce. Ciò non si può applicare alla sola ala posteriore, ma bisogna studiare il fenomeno sull’intero telaio dell’auto.

Ciò che bisogna evitare a tutti i costi è che la separazione di aria causi un flusso di aria debole e turbolenta nei pressi dell’ala posteriore. Piuttosto, possiamo usare dei generatori di vortici per mantenere l’aria attaccata al telaio e minimizzare il flusso turbolento, allontanando la zona a bassa pressione dalla coda della vettura.

Uno svantaggio della separazione di aria è che causa drag. Immaginiamo che il telaio si faccia attraversare da un flusso d’aria ad alta intensità. Se il flusso dovesse separarsi, questo creerebbe un vuoto d’aria nella scia dell’auto, cioè una zona a bassa pressione dietro l’auto. Ora, con una zona ad alta pressione nella parte anteriore e una a bassa pressione nella parte posteriore dell’auto, si creerebbe una forza che tenderebbe a trascinare l’auto indietro, riducendone la velocità. I vortici contribuiscono a mantenere l’aria attaccata al telaio, ridurre le turbolenze nella scia e ridurre il drag sulla macchina.

Molto lavoro viene speso per mantenere l’aria attaccata anche ai lati del telaio, e la ragione è che è molto complicato generare vortici per mantenere il flusso d’aria sotto la macchina, a causa del cosiddetto tyre squirt, causato dalla rotazione degli pneumatici.

Ala anteriore

Tutti i complicati flaps che compongono un’ala anteriore sono disegnati per generare vortici che guidino il flusso di aria al di sotto e ai lati della vettura.

Esaminiamo un elemento dell’ala anteriore, per vedere come esso generi dei vortici.

aerodinamica ala anteriore

Al di sopra dell’ala abbiamo la nostra;zona di aria ad alta pressione,;mentre al di sotto di essa vi è una zona a bassa pressione. Come detto in precedenza, per colmare la differenza di pressione, l’aria ad alta pressione tenderà a fluire verso quella a bassa pressione. Sul bordo di attacco del flap, l’aria al di sopra di esso si arriccerà per raggiungere la zona a bassa pressione. È l’inizio di un movimento a vite che parte dal flap dell’ala anteriore e continua lungo lo chassis. Tutti questi flaps lavoreranno assieme per;creare un grande vortice che;non solo aiuta l’airflow a percorrere l’intero corpo vettura, ma contribuisce a tenere lontano il flusso turbolento generato dalle ruote.

Foto: Chain Bear F1

Cosimo Piazzolla

Laureando in Ingegneria Gestionale presso il Politecnico di Bari