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Le ali flessibili in Formula 1: come funzionano e quali vantaggi danno

Il caso Red Bull riguardo la flessione delle ali posteriori ha fatto discutere nelle ultime settimane. In realtà, la Formula Uno non è nuova a questo tipo di problematica, ma come mai queste componenti delle monoposto vengono progettate in modo da abbassarsi all'aumentare della velocità?

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Da alcune settimane nel mondo della Formula 1 si parla nuovamente di ali flessibili. Precisamente dal dopo GP di Barcellona, quarto atto del Mondiale (per la cronaca vinto da Lewis Hamilton su Mercedes). Entrando più nel dettaglio, il sette volte Campione del Mondo aveva notato un certo abbassamento dell’ala posteriore della Red Bull di Max Verstappen nei rettifili quando era all’inseguimento della stessa.

Di lì a poco la Fia ha preso la decisione di introdurre test più severi per verificare la flessione delle ali posteriori. E quello dell’Azerbaijan, corso nella giornata odierna, è l’ultimo GP disputatosi prima dell’entrata in vigore dei nuovi test. Vediamo in questo articolo di capire meglio i principi utilizzati per le ali flessibili in F1.

Red Bull e ali flessibili

Il ruolo dell’alettone posteriore in curva

Gli alettoni, come molti di voi ben sapranno, servono a generare deportanza, ovvero quella forza che spinge la macchina contro il suolo. In pratica, potete pensare a questo fenomeno come l’opposto di quello che succede alle ali di un aeroplano, infatti, mentre le ali degli aeromobili sono progettate per generare portanza e permetterne così il volo, gli alettoni servono a mantenere l’autovettura ben salda al terreno. La deportanza aumenta la massima velocità che la vettura può raggiungere in curva andando a migliorare la presa delle ruote sulla pista. Questo è importante in particolar modo nel mondo del motorsport in cui la velocità è tutto, soprattutto in curva.

Semplificando estremamente il tutto, giusto per avere un’idea, possiamo considerare un’autovettura di F1 come un corpo rigido in rotazione, perciò la forza F necessaria a compiere una curva con un certo raggio di curvatura r ad una data velocità v è

A mantenere in pista la macchina ci pensa il grip delle ruote sulla pista che può essere quantificato mediante il contributo del peso della macchina e della deportanza L

Perciò, la velocità massima in curva in definitiva è data da:

Considerando una massa di 700 kg e un coefficiente di attrito μ di 1.7 (tracciato asciutto), possiamo vedere come aumenta la velocità massima in curva all’aumentare della deportanza. Ricordiamo però che la deportanza non è generata unicamente dall’alettone posteriore, ma anche dalle altre superfici aerodinamiche dell’autovettura. Tuttavia, si può dire che circa una buona metà della deportanza totale è data dall’alettone posteriore. E, come ci mostra il nostro modello semplificato, vediamo che l’influenza della deportanza è tutt’altro che trascurabile durante una curva.

Andamento della velocità massima in curva di un’autovettura di F1 al variare della deportanza. Le due curve sono ottenute utilizzando il valore medio del raggio di curvatura per il circuito di Monza (r=54 m) e Hungaroring (r=40 m).

Aeroelasticità e ali flessibili

Se in curva l’alettone aiuta a raggiungere velocità più elevate, lo stesso non vale durante un rettilineo. Difatti, quando si percorre un rettilineo il limite alla massima velocità che può essere raggiunta dalla macchina è dato principalmente dalla resistenza aerodinamica, oltre che dall’attrito volvente ruota-asfalto, la quale viene maggiorata dalla presenza dell’alettone stesso. È in questo contesto che entra in gioco il discorso delle ali flessibili.

Esiste una disciplina chiamata “aeroelasticità”, la quale a differenza della sua cugina “aerodinamica”, si focalizza sulle risposte strutturali dei corpi immersi in un fluido. Lo stato dell’arte nella progettazione aeroelastica in Formula Uno permette agli ingegneri di programmare la deflessione della carrozzeria in base alla velocità a cui l’autovettura si sta muovendo. Questo è reso possibile grazie soprattutto ai materiali compositi avanzati a disposizione dei team tecnici, le cui proprietà possono essere controllate in modo direzionale al momento della produzione del componente. Cosa questa che non sarebbe possibile avvalendosi di materiali più tradizionali come le leghe metalliche.

La fibra di carbonio viene utilizzata come fibra di rinforzo nei materiali compositi avanzati. I materiali compositi sono considerati anisotropi, ovvero le proprietà del materiale non sono le stesse in tutte le direzioni. Materiali più tradizionali come le leghe metalliche sono invece considerati isotropi, ovvero le loro proprietà si mantengono generalmente invariate lungo tutte le direzioni. (Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fibers)

Le ali flessibili consistono sostanzialmente in dei componenti ingegnerizzati per deformarsi in modo controllato sotto l’azione dei carichi aerodinamici, come la deportanza ad esempio, variando così le proprietà aerodinamiche stesse dell’autovettura. In questo modo, a basse velocità l’alettone posteriore possiede la sua usuale configurazione e permette quindi di percorrere curve a velocità elevate come abbiamo già visto. A velocità superiori, come quelle che si raggiungono durante un rettilineo, la deportanza aumenta fino a deflettere le ali e ridurre così la resistenza aerodinamica gravante sull’alettone.

Ali flessibili F1
Deformazione dell’alettone posteriore a causa dell’elevata deportanza alle alte velocità.

Questo complesso espediente tecnico permette di guadagnare preziose frazioni di secondo che possono fare la differenza in pista, a patto che il team tecnico riesca a contenere la deformazione dell’alettone nei limiti stabiliti dai regolamenti in vigore.

Articolo a cura di Axel Baruscotti

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