di Piero Giuseppe Goletto

In questo articolo dedicato alla fluidodinamica computazionale (nel seguito: CFD) vogliamo allargare un po’ lo sguardo a diverse discipline sportive che ne fanno largo uso.

Nel precedente articolo abbiamo accennato a questa tecnica di simulazione matematica. Tranquilli, non sarà un trattato di ingegneria, ma ci sembra importante entrare un po’ più nel merito confidando di far capire alcuni aspetti dell’attuale aerodinamica delle F1 (2020) e per avere un riferimento quando potremo approfondire la parte dedicata all’aerodinamica del regolamento tecnico F1 del 2021

Cominciamo con un breve cenno storico.  La CFD entra in F1 grazie al team Benetton, si sviluppa anche grazie alla impressionante crescita delle capacità dei sistemi di progettazione (Catia, Pro/E, Autodesk, Solidworks) e si espande grazie alla sempre maggiore capacità elaborativa,

Col tempo si passa ad utilizzare la tecnica RANS, che ricordiamo parte da un modello matematico dell’aria simile a quello che si usa per le previsioni del tempo. Le famigerate equazioni con cui si costruisce tale modello matematico non sono esattamente l’esempio di una matematica “facile”, si tratta di equazioni differenziali alle derivate parziali  (a Matematica Fisica o Ingegneria sono roba di Analisi 2).

Nella F1 la CFD non viene utilizzata solo per l’aerodinamica. Anche il comportamento del carburante viene simulato con questa stessa tecnica, determinando tra l’altro forma e posizione delle valvole, delle camere di scoppio e del cielo del pistone. Temi questi che sono oggetto di studio nei corsi di laurea in ingegneria automobilistica indirizzati alla progettazione delle vetture che tutti noi guidiamo.

Per inciso, se la F1 utilizza la CFD per lo sviluppo dell’aerodinamica della vettura, la stessa tecnica di simulazione viene utilizzata per le barche a vela di Coppa America per studiarne il comportamento e valutare anche possibili tattiche di gioco.

Nelle F1 le caratteristiche aerodinamiche della vettura determinano la deportanza o downforce che consente di percorrere le curve più velocemente. Per questo motivo le ali delle F1 (o se per quello tutte le ali delle vetture da competizione in pista) hanno forma rovesciata rispetto a quelle degli aerei.

La deportanza dipende dalla forma dell’ala e dall’angolo con il quale è collocata l’ala stessa rispetto al piano della vettura. Lo stesso, identico discorso, si può applicare agli spoiler, ai deviatori di flusso, alle stesse “pance” laterali. Gli alettoni anteriori hanno anche lo scopo di convogliare verso i radiatori l’aria in modo da facilitare il raffreddamento (effetto upwash).

Per semplificare il modello, l’aria viene considerata come flusso incomprimibile (la densità dell’aria è considerata costante, e “ci sta” dato che le vetture restano a terra), e si tiene conto della vorticità dell’aria cioè della sua tendenza a generare vortici.

Quest’ultimo aspetto, per inciso, è particolarmente importante perché la difficoltà di sorpassare nelle attuali F1 dipende anche dal fatto che il retrotreno della vettura causa vortici. Ciò non è un fatto nuovo e basta guardare la foto della Mercedes W06 per capirlo; è per questo motivo che venne introdotto il DRS.