AERODINAMICA - PARTE 3 - L'EFFETTO SUOLO - FUNOANALISITECNICA F1ANALISITECNICA
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AERODINAMICA - PARTE 3 - L'EFFETTO SUOLO

L'effetto suolo consiste in una modificazione del campo aerodinamico attorno al fondo della monoposto, quando essa si muove in vicinanza del suolo, e nella corrispondente variazione delle forze aerodinamiche ad esso applicate. Anche se esso è ampiamente utilizzato nelle attuali vetture da competizione allo scopo di produrre una deportanza, non bisogna dimenticare che la sua intrinseca natura è invece quella di produrre una PORTANZA, e solo per mezzo di forme opportune è possibile invertirne il funzionamento.

Per ottenere dall'effetto suolo una deportanza, occorre in sostanza modificare le forme, in modo da avere sotto la vettura un flusso mediamente più veloce (e quindi a minore pressione) rispetto al di sopra. Ciò si ottiene utilizzando le proprietà aerodinamiche del TUBO DI VENTURI. All' uscita del Venturi (o nelle sue immediate vicinanze a valle) i filetti fluidi del flusso uscente sono circa paralleli a quelli del flusso esterno, quindi la loro pressione è circa uguale al valore esterno: essendo per ipotesi il flusso ideale, ne consegue che anche la velocità V2 di uscita dal Venturi deve essere sostanzialmente tornata uguale al valore asintotico V0. In sostanza il Venturi è attraversato da una PORTATA definita dalla SEZIONE DI USCITA percorsa con una velocità V2 circa uguale alla velocità asintotíca V0, allora è chiaro che la sezione ristretta di ingresso, essendo minore di quella di uscita, sarà attraversata da una velocità V1 maggiore di V0 e quindi in essa regnerà una pressione minore di quella esterna.

Il flusso asintotico dunque accelera, a monte della sezione di ristretta, fino a raggiungere la velocità V1 in tale sezione. All'interno del Venturi, dove le velocità sono ovunque maggiori di V0 regna ovunque DEPRESSIONE. Un effetto MOLTIPLICATORE della depressione si ottiene facendo sboccare la sezione di uscita del Venturi nella sezione ristretta di un secondo Venturi più grande, cioè in una sezione che è già a sua volta in depressione.Questa è la funzione che, in una vettura di F1, svolge l'alettone posteriore rispetto al Venturi del profilo estrattore: quest'ultimo sbocca infatti proprio nella strozza di un secondo (cortissimo) Venturi rappresentato appunto dall'alettone e dalle sue "paratie".

Non solo dunque l'alettone svolge la sua pura e semplice funzione di ala deportante, ma viene a costituire condizione al contorno in depressione per lo sbocco del profilo estrattore. L'efficienza del doppio Venturi è maggiore se il secondo Venturi è "grande" rispetto al primo, in quanto il primo Venturi costituisce un "disturbo" per l'aerodinamica del secondo: anche considerando l'alettone come un Venturi anziché come un'ala, si giunge comunque a concludere che ogni riduzione delle sue dimensioni e altezza da terra (cioè distanza dal corpo vettura) tende a ridurre l'efficienza del sistema. E' ovvio che quanto detto sopra a proposito dei Venturi ideali è solo una schematizzazione ideale dei fenomeni reali. In effetti una quantità di attriti, distacchi ed interferenze, abbassano notevolmente l'efficienza, pur senza annularla. L'uso pratico di questi fenomeni in un'attuale vettura di Formula 1 portano al seguente disegno della monoposto:

Il muso è rialzato quanto richiesto per avere una corretta collocazione del punto di arresto anteriore, e per permettere l'evacuazione dello strato limite.

Lo strato limite formatosi al di sotto della parte anteriore del corpo vettura, viene catturato dalla scanalatura all'inizio del fondo piatto ed evacuato sui lati, escludendolo dal Venturi (effetto positivo in quanto disturberebbe il flusso accelerato).

A partire dal bordo di ingresso del Venturi si sviluppa il fondo piatto regolamentare, percorso dal flusso alla massima velocità V1 con la corrispondente depressione.

All'interno del diffusore (in gergo: "estrattore") del Venturi si ha il rallentamento della velocità ed il recupero della pressione, che tuttavia non risale fino al valore ambiente ma ad un valore inferiore, in quanto il diffusore sbocca in una zona in depressione, generata sia dall'essere in scia che dall'effetto Venturi dell'alettone (che è favorevole a mantenere una forte depressione sotto la vettura). Dal bordo di ingresso del Venturi fino all'uscita si ha dunque ovunque depressione.

Grande importanza in questo contesto ha il mantenimento della depressione, per mezzo del CONTENIMENTO dei FLUSSI LATERALI che, dall'esterno, tendono ad entrare sotto la vettura, richiamati dalla depressione ivi esistente.

E' interessante seguire per sommi capi le linee di evoluzione concettuale seguite dai progettisti (anche in seguito alle variazioni nei Regolamenti) e che hanno determinato le morfologie di questa parte della vettura.

La scoperta della deportanza condusse in tempi rapidi fino al suo sfruttamento più esasperato, rappresentato dalla "minigonne": bandelle laterali, scorrevoli verticalmente fino a terra, capaci di contenere con una barriera fisica i flussi laterali. E' da notare che in queste condizioni l'altezza ottimale da terra della vettura, pur già modesta ed in graduale riduzione era ancora abbastanza alta (dell'ordine appunto dei centimetri) in quanto, con contenimento laterale pressoché perfetto, si limitava così l'effetto dannoso dello spesso strato limite sotto vettura sull'efficienza del Venturi. L'abolizione delle minigonne, e l'interposizione di una certa estensione di fondo piatto, portarono inizialmente ad una drastica riduzione delle depressioni (ed era questa l'intenzione dei legislatori) a causa dei forti flussi laterali che penetravano sotto la vettura. Cominciò allora la corsa alla riduzione defl'altezza da terra, unico ripiego inizialmente escogitato per ridurre i flussi laterali, e cioè mediante la riduzione della loro sezione di passaggio.

Infine i regolamenti introdussero il fondo piatto "scalinato", ossia il fondo della monoposto è ora caratterizzato da uno scalino largo 30 cm e spesso 5 cm, rimane su questa superficie l'esasperata corsa allo sfruttamento dell' effetto suolo: il regolamento tecnico sempre allo scopo di limitare la deportanza prodotta dal fondo scalinato ha imposto allo scalino centrale un raggio di raccordo che facilitando l'ingresso dei flussi laterali riduce l'efficienza del piano stesso, infatti:

Art. 3.12.2) La superficie formata da tutte le parti che appoggiano sul piano di riferimento deve:

- presentare un raggio di 50 mm (+/- 2 mm) su ogni spigolo anteriore, se visti da sotto la vettura.

Cristiano Sponton

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1 commenti :

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Giovanni
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20 agosto 2012 17:15 delete

comunque un qualcosa che striscia a terra a 300 km/h è pericoloso a prescindere da qualsiasi considerazione aerodinamica.

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