Come funzionano le gallerie del vento e perché l’aerodinamica è diventata così importante
Al giorno d’oggi, quando i costruttori presentano una nuova vettura sentiamo sempre più spesso parlare di coefficiente Cx, di consumi ridotti grazie all’aerodinamica e concetti simili. Con l’avvento delle auto elettriche, in particolare, per migliorare l’autonomia i costruttori hanno portato all’estremo il concetto di superfici aerodinamiche, al punto che anche rimuovere gli specchietti e sostituirli con videocamere più piccole può comportare dei vantaggi. Ma come si studia l’aerodinamica e, soprattutto, con cosa la si studia? Il fulcro di tutto sono le gallerie del vento.
Una galleria del vento comprende in genere una sezione di prova in cui un veicolo o un suo componente può essere montato e analizzato mentre l’aria viene soffiata o più solitamente aspirata da una ventola o da un certo numero di ventole. Di solito i dati possono essere raccolti da una bilancia su cui è montato il veicolo e le tecniche di visualizzazione, come l’aggiunta di scie al flusso d’aria, possono essere utilizzate per comprendere come determinate caratteristiche geometriche possano influenzare le sue prestazioni aerodinamiche.
Le gallerie del vento consentono di acquisire i seguenti dati: forze aerodinamiche, resistenza, portanza, forza laterale e momenti, beccheggio, imbardata, rollio, variazione delle forze e dei momenti aerodinamici con l’imbardata, distribuzione della pressione superficiale, l’influenza di diversi dettagli del veicolo sulle grandezze appena citate, resistenza di raffreddamento del veicolo, valutazione dei flussi di raffreddamento dei freni, dati aeroacustici.
Gallerie del vento: dai test su modelli in scala fino a quelli a grandezza naturale
A seconda delle dimensioni del veicolo e dei limiti dell’impianto di prova, si possono effettuare test aerodinamici anche su modelli in scala 1:2 o 1:3 o più piccoli. Parliamo quindi di dimensioni che come minimo sono dimezzate rispetto a quelle originali. I test su modelli in scala sono ideali per una rapida valutazione dell’influenza di diversi accorgimenti e caratteristiche della carrozzeria sull’aerodinamica del veicolo senza dover realizzare campioni più grandi e quindi più costosi. Per sua stessa natura, i modelli in scala hanno dimensioni di ingombro più piccole con costi di gestione inferiori rispetto alle loro controparti a grandezza naturale. Metodi di test sofisticati come l’impiego di rulli a terra in movimento possono essere eseguiti senza grosse spese. In effetti, il collaudo del modello può essere un metodo conveniente per sviluppare l’aerodinamica di un veicolo.
Con l’avvento sempre maggiore, però, delle simulazioni CFD sui computer, i test sui modelli in scala sono sempre più rari, a favore dei test effettuati direttamente su modelli a grandezza naturale. È nelle simulazioni CFD, infatti, che vengono cambiati i parametri, gli accorgimenti, e tutto quello che prima veniva sostituito sul modello in scala. Le simulazioni CFD prevedono le prestazioni aerodinamiche dei veicoli che poi fanno comunque verificate sperimentalmente su un veicolo reale per analizzare la corrispondenza tra i test CFD e quelli ottenuti nelle gallerie del vento. Evitare la realizzazione del modello in scala aiuta ulteriormente ad ammortizzare i costi.
La prima galleria del vento al mondo, la più grande e la più sofisticata
Fu solo nel 1960 che la prima galleria del vento automobilistica dedicata fu inaugurata dagli specialisti di MIRA, aprendo le porte alla ricerca sull’aerodinamica dei veicoli. Da allora, gli esperti di aerodinamica di MIRA hanno studiato l’uso dei computer per prevedere le prestazioni aerodinamiche di diverse forme di veicoli, inizialmente con codici basati empiricamente sviluppati internamente.
Con l’aumentare della potenza di calcolo dei computer e del software, gli ingegneri di MIRA sono stati in grado di utilizzare la fluidodinamica computazionale (CFD) per valutare la progettazione e lo stile del veicolo prima che fossero disponibili modelli fisici o prototipi.
Entrato in funzione nel 1980, il GM Aerodynamic Laboratory è, invece, la più grande galleria del vento al mondo dedicata all’uso automobilistico (gli unici tunnel più grandi sono utilizzati dall’industria aerospaziale). Questa galleria del vento è dotata di una ventola da 4.500 hp che può realizzare venti alla velocità massima di 220 km/h. La GMAL, situata a Warren (Michigan), è composta da sei pale in legno di abete rosso lamellare. La ventola di 13 metri di diametro è alimentata da un motore elettrico estremamente potente in grado di produrre venti di uragano per aiutare nello sviluppo di progetti di veicoli futuri.
Gli specialisti di GM affermano che il lavoro aerodinamico inizia in genere con modelli in argilla in scala 1/3 per testare la forma complessiva di un veicolo, passando attraverso una serie di fasi fino a passare allo sviluppo su modelli in scala 1:1 spesso testando modifiche aerodinamiche di appena un millimetro, difficilmente replicabili in scala.
Passando, invece, alla galleria del vento più avanzata al mondo, Honda ad Ohio ad inizio anno ha inaugurato quella che sarebbe la più sofisticata di sempre. Sono stati investiti circa 113 milioni di euro. Honda afferma che la struttura utilizza un esclusivo sistema ground plane, modulare e intercambiabile, che consente di testare l’aerodinamica sia dei veicoli stradali che di quelli da corsa. Ciò è possibile grazie a un sistema di rotolamento a cinque cinghie progettato per i modelli di serie e un secondo a singola cinghia larga per le auto sportive e da corsa. Le ventole possono generare venti fino ai 310 km/h. Anche questa galleria può essere utilizzata per i test aeroacustici, potendo quindi analizzare come rendere più silenzioso l’abitacolo delle vetture.
