Analisi ed ottimizzazione di un’auto da rally tramite CFD: Parte 1.

Di solito siamo abituati a parlare di aerodinamica come aspetto fondamentale soprattutto nel mondo della Formula 1; negli ultimi anni, ed in particolare dal 2017 ad oggi, in seguito agli obiettivi dichiarati della FIA di aumentare la spettacolarità delle gare, si è deciso di seguire novità regolamentari che favoriscono una certa ‘aggressività’ nella ricerca aerodinamica.

Le nuove specifiche del mondo Rally interessano ovviamente anche la potenza del propulsore, che sarà aumentata, insieme alla diminuzione di peso e alla parte elettronica rivisitata. Dal punto di vista del look esterno, le nuove regole consentiranno di avere auto più ‘muscolari’, che quindi si allontaneranno dalle rispettive auto di serie. In questo articolo analizzeremo quindi la veste aerodinamica, in particolare come si sviluppa in fase preliminare , e come si può ottimizzare, in fase avanzata del progetto. Le nuove specifiche consentono maggior libertà di intervento sul paraurti anteriore, che potrà ospitare ‘devices’ aerodinamici atti a bilanciare il maggior carico aerodinamico che verrà concesso al posteriore tramite incremento volumetrico dell’alettone; in questa prima parte vedremo come si sono organizzate le varie case automobilistiche, le quali tramite utilizzo della CFD o galleria del vento, hanno investito soldi ed energie al fine di cercare il giusto compromesso tra deportanza e ed efficienza.

Quindi qual è stato il processo che hanno seguito per il design del ‘pacchetto’ aerodinamico?

Citroën, ad esempio, ha seguito l’approccio più comune, disegnando prima un nuovo modello tramite simulazione numerica, cioè con l’utilizzo della CFD, contando su esperienze passate con la Citroen C-Elyseé WTCC; in seguito confrontando il modello numerico con i risultati delle prove in galleria del vento, ottenute con riproduzioni in scala dell’auto, per consolidare ed eventualmente modificare forme e superfici aerodinamiche.

Nella foto, il pilone verticale sul modello è usato per sostenere il modello durante la simulazione, mentre stima anche la portanza (o meglio, deportanza) , al fine di valutare la bontà del design aerodinamico.

Un processo simile è stato seguito da Toyota, sebbene non ha voluto rilasciare informazioni sul lavoro effettuato con la CFD, ha confermato, tramite lo Chief Engineer Tom Fowler, di aver testato in galleria del vento diversi set- up, per asfalto e ghiaia, come la Citroen. Inoltre l’intero sviluppo aerodinamico è stato effettuato nelle gallerie del vento di Mercedes AMG F1 Team.

Un approccio diverso è stato adottato dalla M-sport: per via delle limitazioni di costi, hanno effettuato tutto il lavoro di design della Fiesta WRC 2017 interamente con la CFD, senza supporto e verifica della galleria del vento; contando però su una collaborazione con il reparto di sviluppo aerodinamico della Bentley GT3.

Abbiamo quindi analizzato quali sono le filosofie di progetto più usate; adesso andremo più nello specifico, inoltrandoci negli aspetti tecnici che riguardano modifiche ed ottimizzazioni del progetto iniziale.

Vantaggi delle gallerie?

In generale l’aerodinamica di un’auto WRC può essere ottimizzata comunque con gli stessi strumenti visti nella fase iniziale di progetto, cioè simulazione numerica e galleria del vento, singolarmente, oppure in sinergia. In particolare i test in galleria del vento hanno molteplici vantaggi : le misurazioni possono essere effettuate su differenti configurazioni, per cui grazie alle diverse tecniche di visualizzazione si possono confermare le geometrie che gli ingeneri hanno ideato durante la fase di creazione.

Ma questi test hanno anche diversi svantaggi legati soprattutto ai costi elevati per prove in scala reale, e con equipaggiamenti tipo tappeto mobile al fine di simulare le condizioni di effetto suolo che l’auto dovrà fronteggiare durante il campionato. Inoltre, per effettuare questi test, soprattutto durante il campionato, bisognerebbe occupare extra-time durante i week-end, con ulteriori extra costi; come alternativa si possono usare gallerie del vento piccole e più economiche, testando modelli in scala, i quali però offrono risultati non adatti a scale reali, e quindi devono essere riconvertiti (per mantenere lo stesso numero di Reynolds).

Fortunatamente, con la costante crescita delle capacità di calcolo dei computer, la validazione e la rifinitura dei design aerodinamici possono essere effettuati numericamente. Bisogna comunque dire che le elevate capacità di calcolo sono costose, ma comunque molto più contenute rispetto ai costi delle gallerie del vento.

La seconda parte dell’approfondimento è centrato sulle fasi e i vari step di una simulazione CFD nell’ambito WRC.

Articolo a cura di Elvezio Liberatore.