F1 2022: come funziona la nuova ala anteriore delle vetture di Formula 1

La Formula 1 si prepara ad una nuova era. Cambia il regolamento tecnico e quindi cambiano le monoposto. Questo mese abbiamo assistito alla presentazione della maggior parte delle monoposto presenti nel mondiale e, chi più o chi meno, tutti ci hanno mostrato un’anteprima della nuova aerodinamica semplificata delle monoposto rispetto a quelle viste gli scorsi anni. Alcune squadre si sono nascoste presentando in realtà modelli molto simili al prototipo mostrato dalla FIA lo scorso anno, ma qualche squadra ha già presentato alcune soluzioni che vale la pena approfondire.

Alcuni team hanno sezioni rialzate al centro dell’ala, altri hanno delle sezioni inferiori al centro della stessa e altri ancora hanno una fessura che copre tutta la larghezza dell’ala. Aston Martin, McLaren e Alfa Romeo hanno un gap tra i flap che si estende su tutta la larghezza. Dalle immagini sembrerebbe che anche Alpine e Haas siano orientati verso quella direzione. Mercedes, Ferrari, AlphaTauri hanno il muso agganciato direttamente al primo elemento, il che significa che non hanno quel gap di cui accennato prima.

L’importanza del fondo vettura in Formula 1

Nella parte anteriore del muso, infatti, è importante massimizzare il flusso d’aria perché verrà poi convogliato verso le “minigonne” poste sui lati del fondo vettura. Più energia ha questo flusso, e quindi più è veloce, e meglio può lavorare per produrre carico aerodinamico. Lo stesso flusso, una volta raggiunta l’ala, poi arriva al diffusore che ha il compito di “tirarlo”. Il diffusore crea un’area di bassa pressione sotto il corpo vettura in movimento. Bisogna fare, però, attenzione al suo design. Se si esagera con l’espansione, il diffusore rischia di andare in stallo. Se invece, non si espande al massimo delle possibilità, si perde del potenziale carico aerodinamico, che potrebbe essere cruciale per migliorare il tempo sul giro. In base a questo concetto, quindi, abbiamo le differenze principali di prestazione tra le squadre. Chiaramente, intervengono anche altri fattori quali il motore, il telaio, le sospensioni, ma la parte aerodinamica copre un ruolo estremamente importante.

In seguito a ciò, le moderne vetture realizzano l’effetto suolo. Si realizza un vero e proprio “sigillo” del fondo vettura con l’asfalto. Il fondo vettura si trova ad una pressione inferiore rispetto al flusso d’aria intorno ad esso. Grazie a questa differenza di pressione, il diffusore può richiamare l’aria a sè.

Il carico aerodinamico è proporzionale al quadrato della velocità. Ipoteticamente, quindi, raddoppiando la velocità, il carico aerodinamico quadruplica. Non parliamo però della velocità dell’auto, bensì di quella relativa. Ipotizzando di avere il vento contrario al verso di percorrenza, il carico aerodinamico aumenta. Al contrario, avendo il vento a favore, il carico si riduce. Non è possibile controllare la direzione del vento. Tuttavia, quello che gli ingegneri possono fare grazie al design è ridurre al minimo il bloccaggio del flusso d’aria. Se questo bloccaggio è maggiore del necessario, si riduce la differenza di velocità tra l’auto e l’aria. Ciò riduce il carico aerodinamico.

L’ala anteriore: perché cambia il design

Per poter garantire che le auto si possano seguire da vicino con il minimo disturbo aerodinamico possibile e aumentare dunque le possibilità di sorpasso, è stata cambiata la filosofia aerodinamica delle vetture. L’ala anteriore è il primo elemento che vede il flusso d’aria. Quello che fa e il modo in cui viene usata si ripercuote sul comportamento dell’intera vettura. Per mostrare il suo funzionamento, in rete abbiamo trovato delle illustrazioni di Rosario Giuliana. Chiaramente si tratta di illustrazioni necessarie per capire il concetto, quindi non soffermiamoci sulla precisione assoluta di esse.

Questa prima illustrazione mostra il profilo anteriore dell’Aston Martin con la massima inclinazione. Si può notare come il flusso d’aria si separa sul bordo anteriore del primo elemento e quindi scorre sulla superficie inferiore. Una piccola quantità del flusso d’aria passa attraverso ciascuno degli spazi vuoti realizzati tra i flap. Se l’ala fosse un semplice elemento singolo, dovrebbe essere realizzata con un angolo di incidenza molto basso. Man mano che si aumenta l’inclinazione, il flusso d’aria andrà in stallo abbastanza presto sulla superficie inferiore. Quindi si inserisce uno spazio vuoto in quella posizione e, a causa della bassa pressione sotto l’ala e dell’alta pressione sulla superficie superiore, si ottiene un flusso ad alta velocità attraverso questo spazio vuoto.

Quindi si dà più angolo nel profilo da quel primo spazio di fessura all’indietro e di nuovo si verificherà lo stallo da qualche parte nella superficie inferiore. Con questa logica si aggiunge un altro spazio e si va avanti così. A seconda di quanti elementi si applicano, che per il 2022 sono quattro, si continua ad alterare la corda alare (segmento “immaginario” che unisce il bordo d’attacco al bordo d’uscita di un profilo alare) di ciascun elemento, aggiungendo il camber e ottimizzando la posizione, le dimensioni e lo sbalzo delle fessure fino a ottenere il miglior compromesso aerodinamico.

È inoltre necessario tenere conto del fatto che l’ala anteriore è posta vicino alla superficie della pista. A causa della variazione dell’altezza di marcia con la velocità, il modo in cui funziona l’ala cambierà attraverso i vari range di velocità. Ciò consente di impostare l’angolo alare ad un angolo maggiore senza subire troppi problemi di separazione di flusso sulla superficie inferiore. Se hai ancora la separazione del flusso, non è un grosso problema finché si riesce a capire il posto in cui sta avvenendo. In questo modo si può operare per contrastare il fenomeno.

Con questa seconda illustrazione, invece il punto di separazione è stato posizionato sul bordo di attacco della vettura. Si tratta, in realtà, del bordo di attacco del secondo elemento alare. Ciò consente il flusso d’aria attraverso la prima fessura, aiutando a mantenerla attaccata alla parte inferiore del muso. Questo punto di separazione è più alto e più arretrato. Questa sezione centrale del primo elemento ha un bordo d’attacco più rivolto verso l’alto. Quindi la linea di separazione e l’angolo di attacco del flusso d’aria che arriva lì è abbastanza diverso.

Questo perché nell’area del muso, non hai le altre fessure su cui lavorare per mantenere l’attacco del flusso sulla superficie inferiore di questo primo elemento o sulla parte inferiore del muso. Sollevando il bordo d’attacco si introduce più flusso in quell’area. Probabilmente, si perderà un po’ di carico aerodinamico all’ala anteriore, ma sarà più consistente. La consistenza in quest’area è fondamentale perché se si ferma, influirà notevolmente sulla zona più a valle dell’auto. Una volta che questo flusso d’aria ha superato gli pneumatici anteriori verrà portato verso l’esterno dalla bassa pressione che si realizza alle spalle degli stessi.

La responsabilità di gestire il flusso d’aria da lì in poi viene trasferita al fondo vettura e alle pance. Anche in questo reparto, i team di Formula 1 hanno proposto soluzioni diverse, che magari analizzeremo nel dettaglio in un secondo momento. Tutte le squadre stanno cercando di ottenere effetti simili con l’ala anteriore. Tuttavia, bisognerà vedere ogni squadra come gestirà i compromessi, anche in base alla filosofia progettuale della vettura. Intanto la Formula 1 si appresta in questi giorni a portare le monoposto sul circuito di Barcellona per i test pre-stagionali. Già oggi, ad esempio, abbiamo visto auto diverse rispetto alle versioni presentate ufficialmente.