IL MUSO DELLA RED BULL FLETTE . EMULAZIONE DI UN MASS DAMPER? - FUNOANALISITECNICA F1ANALISITECNICA
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IL MUSO DELLA RED BULL FLETTE . EMULAZIONE DI UN MASS DAMPER?

Sta facendo parecchio discutere il post in cui si mostrava il grado di flessibilità del gruppo muso + alettone anteriore della Red Bull.
Interessante anche l'analisi che ha fatto l'amico Antonio Granato su F1Race, in cui parlava, della possibilità di usare un muso così flessibile per replicare una sorta di Massa Damper legalizzato. In ogni caso, non sarebbe un vero e proprio smorzatore inerziale, ma una cosa che ne possa emulare i benefici.

Cerchiamo, quindi, di fare un po di chiarezza e spiegando a  cosa serve,quando fu introdotto e da chi fu pensato tale congegno applicato al mondo della Formula 1.


Definizione, tratta da Wikipedia
Il Mass damper, detto anche tuned mass damper o assorbitore armonico (letteralmente smorzatore a massa risonante) è un dispositivo montato su diverse strutture per impedire disagi, danni, e cedimenti strutturali esterni causati dalle vibrazioni. Tipicamente i dampers sono montati nei grattacieli, o in altre strutture soggette ad oscillazioni, e sono costituiti da enormi blocchi di calcestruzzo sospesi per mezzo di molle, liquidi o pendoli.
I tuned mass dampers stabilizzano la struttura nella quale sono montati contro movimenti violenti causati dalle vibrazioni armoniche. La presenza di un mass damper concede l’inerzia di una grande massa equilibrata bilanciata da un blocco strutturale comparativamente leggero, come un blocco di cemento pesante piazzato in maniera tale che i movimenti del blocco in un senso, comparati al movimento della struttura nell’altro, possano ammortizzare (il cosiddetto damping) l’oscillazione della struttura. Il contrappeso può essere montato usando le bobine voluminose della molla e gli ammortizzatori idraulici. Se l’asse della vibrazione è fondamentalmente orizzontale o di torsione, sono impiegati molle a lamelle e pendoli montati sui pesi. I tuned mass dampers sono costruiti, o "sintonizzati" specificamente per ricambiare le frequenze nocive delle oscillazioni o vibrazioni.

Maggiori dettagli sul funzionamento


Il sistema può essere schematizzato con due masse, m1 schematizza la massa dell'oggetto su cui si vuole ottenere l'effetto ammortizzante. La massa m2 rappresenta lo smorzatore (mass damper) ed è collegata ad m1 con un sistema sospensivo. Le sollecitazioni provenienti dal basamento si trasmettono alla massa m1 inducendo una vibrazione. Il movimento indotto su m1 si trasmette anche al mass damper. È possibile dimostrare che esiste una frequenza della sollecitazione F0 per la quale le vibrazioni su m1 sono fortemente attenuate. Ciò accade perché la massa m2 trasmette ad m1 una forza uguale ed opposta a quella trasmessa dalle vibrazioni provenienti dal basamento.

Questo sistema consiste di una massa principale m1, ad esempio una ruota e un braccio di sospensione, con una molla e smorzatorek1/c1. La forza a terra è F0. Una forza variabile F1 è applicata a m1. Il sistema viene modificato aggiungendo un sistema massa/molla/smorzatore m2, k2 e c2.

Una grandezza importante per il sistema è la frequenza della forza applicata a terra, F0, come risultante della forzante F1.

Mass Damper applicato alla Formula 1

In F1, questa tecnologia è stata utilizzata per la prima volta dalla Renault F1, nel Gp di Monza della stagione 2005. In un primo momento, tale sistema, è passato completamente inosservato dagli addetti ai lavori. Lo scandalo scoppiò nella stagione successiva (2006) quando la FIA, su sollecitazioni di alcuni team, lo ha proibito dopo il Gp di Francia, ordinando di rimuoverlo a tutte le scuderie che lo utilizzavano
Nella stagione 2006, il sistema Mass Damper, fu utilizzato in gara anche da Ferarri, Red Bull, Toro Rosso e Midland e stava per essere introdotto anche da McLaren e BAR che lo avevano provato e collaudato lungamente durante i test. Ferrari e Renault avevano introdotto una cosa analoga anche nella zona posteriore con ottimi risultati in pista.
13 giorni prima del Gp di Hockenheim, arrivò la beffa della FIA, che vietò a tutte le squadre l'utilizzo del mass damper in quanto fu definito dai tecnici della Federazione come un dispositivo mobile aerodinamico. Questa decisione lasciò spiazzati in quanto la FIA sapeva dell'esistenza e dell'uso di questo dispositivo già nella stagione 2005 e avrebbe potuto vietarlo tranquillamente prima dell'inizio del mondiale 2006.

Mass Damper della Renault 
Come prima cosa, dobbiamo dire che il sistema mass damper non è una parte del sistema sospensivo di una monoposto. Pat Symond aveva provato a spiegare alla FIA, con una relazione di 60 pagine, che tale dispositivo era parte integrante della sospensione anteriore ma la Federazione, giustamente, rigetto la tesi difensiva degli ingegneri Renault F1.
Disegno di Giorgio Piola prelevato su www.f1technical.net
L'ingegnere che ha inventato questo sistema è Rob Marshall (attualmente in Red Bull)  ed è costituito da una massa, di solito intorno a 9 kg di peso che è sospesa tra due molle. Si trova all'interno del muso della vettura come mostrato dal disegno in fianco.

Un ammortizzatore di sospensione (sospension damper) agisce insieme ad un sistema di molleggio in modo da influenzare il movimento verticale di una massa non sospesa (ruota,pneumatico e sospensioni). A sua volta il movimento combinato di queste masse non sospese influenza il movimento della massa sospesa (carrozzeria della vettura). Infatti nel caso di una vettura di Formula Uno, dovremmo parlare di "semi-molle"  piuttosto che di "masse non sospese", perché ogni pneumatico si comporta come una vera e propria molla. La vettura di Formula Uno usa delle molle molto rigide  in quanto il controllo della piattaforma aerodinamica, formato dalla massa sospesa, è molto più importante dell'incremento di grip meccanico che è garantito dalle masse non sospese. È questo compromesso che spiega perché il pneumatico Formula Uno è specificamente progettato per agire come una molla.
Il corpo vettura potrebbe essere mantenuto ragionevolmente stabile, ma il carico aerodinamico che produce deve essere trasmesso nel migliore dei modi e nel modo più efficace possibile alle gomme. Questa è solo pura teoria in quanto, a causa delle irregolarità dell'asfalto e ad altri fattori esterni (es. cordoli), il carico aerodinamico varia in continuazione, modificando anche il livello di aderenza della monoposto sulla pista. Questa variazioni rendono la vettura più instabile e quindi più difficile da guidare con la conseguenza di essere più lenta nei riscontri cronometrici.
Per questo è nato il mass damper che ha lo scopo di rendere più uniformi le fluttuazioni e per cercare di stabilizzare il più possibile il carico aerodinamico in ogni zona del circuito.
Il Mass Damper (vedi immagine a lato) è un cilindro sigillato (4), collocato in posizione verticale nella parte anteriore del telaio in un punto intermedio, in congiunzione tra le due semi-masse con cui esso lavora
La massa a forma di disco (1), pesava circa 9kg ed è sospesa fra due molle (2-3) di diverso passo e rigidità, contenute, al pari di un involucro (4) con uno stelo che lo ancora all'interno della struttura deformabile del muso.
L'ammortizzatore supplementare (5) aveva lo scopo di controllare la variazione di altezza da terra.
Il mass damper è uno smorzatore inerziale che grazie all'oscillazione di una  massa di 9 Kg, abbinato ad un sistema di molle, genera un'oscillazione verticale del sistema sospensivo con una frequenza in grado di interferire con quella delle gomme a contatto con l'asfalto. Questo dispositivo aveva lo scopo di stabilizzare  il muso della vettura in curva, che così non beccheggiava passando sui cordoli o su leggere asperità; questo permetteva di mantenere stabile il flusso aerodinamico che investiva il resto della vettura, che risultava così molto più guidabile (miglior utilizzo delle gomme) e con un carico aerodinamico molto costante. I vantaggi migliori si possono ottenere impiegando assetti molto rigidi riuscendo comunque, grazie al mass damper, di ridurre il saltellamento della vettura. 

Il grafico in basso vi aiuta a farvi un'idea dell'importanza di questo dispositivo applicato ad una vettura di F1. Nel diagramma in basso,  il grafico colorato di blu indica l'oscillazione di un muso non dotato di mass damper su una sconnessione dell'asfalto. Il grafico rosa vi mostra il contributo che può dare un mass damper per limitare l'oscillazione del muso sulla stessa sconnessione di prima. Il grafico giallo è l'oscillazione del muso della stessa monoposto sulla stasse sconnessione dell'asfalto. Potete notare che l'oscillazione gialla si avvicina molto di più ad una linea retta (0 oscillazioni) rispetto alla monoposto priva di mass damper.
Oscilation smorzamento

La scuderia che nel 2006 si lamentò di questo particolare congegno meccanico, fu la McLaren in quanto pur avendolo realizzato e provato non riuscì mai a renderlo efficiente. Anche la Ferrari non si oppose più di tanto quando la FIA lo rese illegale in quanto la monoposto di Maranello non era stata studiata fin dall'inverno attorno a questo dispositivo come invece era avvenuto per la Renault R26. La scuderia francese progettò la propria monoposto, sia meccanicamente (sospensioni anteriori e posteriori), sia aerodinamicamente attorno al mass damper ed è per questo che, quando la FIA lo proibì, la vettura perse di competitività

La FIA proibì questo dispositivo in quanto andava a violare il seguente articolo del regolamento tecnico:
« Art. 3.15 Aerodynamic influence: [...]any specific part of the car influencing its aerodynamic performance [...]
- must be rigidly secured to the entirely sprung part of the car (rigidly secured means not having any degree of freedom)
- must remain immobile in relation to the sprung part of the car »
Questa regola era originariamente intesa a vietare gli alettoni mobili, ma poiché non parla esplicitamente di appendici aerodinamiche e la Renault stessa ha più volte parlato di benefici aerodinamici, è stata interpretata dalla Federazione a sfavore del mass damper.

schema J-Dumper
Per sostituire il mass damper, la McLaren ha sviluppato il cosiddetto " J-damper ". Questo dispositivo di sospensione, è stato sviluppato in segreto da McLaren in collaborazione con l'Università di Cambridge. Infatti, il dispositivo è stato concepito dal suo creatore, il professor Malcolm Smith, già nel 1997.
La McLaren lo ha utilizzato per la prima volta nella stagione 2005 ottenendo la vittoria al Gp di Spagna. 
Anche la Ferrari, ha sviluppato un sistema analoga a quello della McLaren, senza l'aiuto di nessun componente esterno e lo ha introdotto sul terzo elemento della sospensione nella stagione 2007. 

Muso flessibile potrebbe "emulare" il Mass Damper?

Inverno test Montmelo
Lo scandalo sull'ala della Red Bull è scoppiato meno di una settimana fa ma i primi dubbi, anche su questo blog, si sono avuti già negli ultimi test invernali disputati sul circuito del Montmelo a Barcellona. Sembra che, gli ingegneri della Red Bull siano riusciti a realizzare una sorta di Mass Damper sfruttando l'elasticità del muso.
Se vi ricordate, Sebastian Vettel, nell'ultimo giorno di test aveva effettuato alcuni giri con un alettone che sembrava rotto (vedi foto a sinistra). Fin qui niente di strano, ma la sosta ai box del tedesco quel giorno durò parecchio tempo (oltre 30 min). Un altro indizio, parecchio strano, lo abbiamo avuto in questo Gp, quando Webber è stato costretto ai box per molto tempo per una perdita di liquido trasparente nella zona anteriore della monoposto.

Terzo indizio: quello che è successo a Vettel durante la sostituzione del muso ad Avu Dhabi. Nessuno è a conoscenza della verità ma, invece di fare come alcune testate giornalistiche molto importanti, dicendo che il tutto è regolare, proviamo a dare una spiegazione a quello che i nostri occhi hanno visto. 
Quarto indizio: come fa un muso di una vettura di F.1 a collassare dopo uno scontro, avvenuto a basse velocità, contro un cartellone di polistirolo dal peso di qualche etto (se va bene)?


Una delle tesi che può essere presa in esame è quella che il muso sarebbe composto da due parti (vedi disegno a lato): una interna molto resistente realizzata in carbonio per superare il Crash test ed una esterna composta da un materiale più flessibile. 
 Il trucco della deformazione potrebbe essere causato da alcuni "GEL" o "silicone" lavorati appositamente e che simulino il buffer cioè che quando viene applicata una forza si deforma e quando la forza non c'è ritorna alla posizione iniziale. In questo modo l'ala potrebbe flettersi in avanti  e questo, insieme all'attivazione del DRS aumenterebbe l'assetto rake tanto da far strisciare sull'asfalto lo splitter. 
Questa particolare deformazione ha infastidito qualche squadra rivale della Red Bull tanto che, sembra, che ci siano state richieste di chiarimento alla Federazione. Secondo la FIA, in prima analisi, il grado di deformazione è considerato accettabile in quanto la struttura in esame deve cedere, in caso di urto, assorbendo parte dell'energia cinetica della monoposto. Questo è il motivo per cui, il muso, nella "zona dubbia" della Red Bull, è realizzato soltanto con due pelli di fibra di carbonio. 
Probabilmente, sfruttando questa cosa, i tecnici della Red Bull, potrebbero aver usato la fantasia e avrebbe sfruttato la struttura deformante (dove è attaccata l'ala anteriore) per avvicinare al suolo i profili alari , aumentando sensibilmente l'efficienza della monoposto. Ma i sospetti, per questa strana oscillazione riguardano anche le telecamere montate ai lati del muso che per regolamento devono rimanere fisse ed avere un profilo neutro cioè, non devono generare deportanza. Però nel caso della Red Bull, se flette il muso flettono anche loro. Sicuramente, sono state montate sul muso, perché vengono usate come vere e proprie ali per fare in modo che al crescere del carico ci sia un "calcolato" abbassamento del muso.

Insomma, questa deformazione del muso, non riesce ad emulare in tutto e per tutto il concetto del mass damper, ma in ogni caso, un avvicinamento dei profili alari al suolo, da un incremento di efficienza aerodinamica e quindi un utilizzo migliore dei pneumatici. Quindi, questa soluzione, abbinata a tante altre soluzioni presenti sulla RB8, permettono a questa vettura di essere la migliore e la più studiata dagli avversari anche in questa stagione.





Cristiano Sponton

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9 commenti

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kroky78
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10 novembre 2012 11:40 delete

Non riesco proprio a capire come faccia questo muso elastico a passare i test di rigidità delle ali. Nello slow motion della macchina di Webber si vede chiaramente che non solo le telecamere sul muso, ma tutto l' alettone è incernierato tramite i piloni su questa sorta di molla gommosa. Non so se quelli della Fia controllano solo la flessione trasversale del profilo alare, ma secondo me applicando un grave da 100 kg su una struttura così, anche se il piano alare resta perfettamente rettilineo si abbassa comunque avvicinandosi al suolo, perchè a flettere è la struttura di sostegno. Bisognerebbe conoscere l' esatta interpretazione delle norme ed il guaio è che anche se il sistema è considerato regolare a tutti gli effetti, penso che 2 Gp siano veramente troppo pochi per replicarlo in maniera efficace.

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Armando
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10 novembre 2012 11:51 delete

Da quello che so la verifica viene fatta bloccando la parte centrale dell'ala interponendo un sostegno. Si verifica la flessione dell'ala e non di tutto l'insieme ala-muso.
Correggetemi se sbaglio.

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Maxleon
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10 novembre 2012 12:11 delete

I test vengono effettuati sull'ala smontata ed adagiata su appositi supporti, per cui se sotto i due piloni centrali ci metti un supporto il muso non flette più.

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kroky78
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10 novembre 2012 20:42 delete

Ah, provano il musetto smontato: i soliti volponi quelli della Fia... e al solito complimenti a Newey che ha saputo sfruttare l' ennesima opportunità e gli altri come sempre ad inseguire!

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Anonimo
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11 novembre 2012 12:00 delete

Beh,veramente,se la Fia controlla la rigidita' del sistema muso-ala é veramente geniale.I delegati tecnici li selezionano fra i ripetenti delle scuole elementari?Tralasciando la pratica,anche un non dotatissimo studente di 2a-3a superiore di un istituto tecnico,saprebbe che una tale maniera di effettuare i controlli darebbe risultanze assolutamente false e lontane dalla realta'.Ma alla Fia sanno che una F.1 durante un gp non corre con un supporto sotto il muso?Sanno che dovrebbero controllare simulando condizioni il piu' possibile a quelle che si verificano in pista?E mi pongono un supporto sotto il muso?E' come se volessero controllare il numero di giri massimo di un motore,smontando la testata,l'altezza delle ali a F.1 sollevata da un carro attrezzi,la distribuzione dei pesi della vettura mentre un commissario riposa seduto su una ruota....e via dicendo.E' chiaro che I mondiali sono falsificati,se chi vuole (anche chi puo',ma soprattutto chi vuole...) basa i propri progetti SOPRATTUTTO sull'incompetenza di chi controllera' la conformita' del progetto stesso.E noi a vedere i gp (spesso noiosi) alla TV....

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Anonimo
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12 novembre 2012 10:49 delete

Secondo me quello E' un vero e proprio mass dumper...
Nel caso Red Bull invece di utilizzare un peso posto tra 2 molle calcolate utilizzano tutta l'ala anteriore che oltre a flettere lungo il suo asse (torsione) flette anche lungo la perpendicolare della pista.
Se si riuscisse a calcolare per bene la flessione dell'insieme muso-ala (e loro ci sono riusciti bene), si avrebbe un vero e proprio mass dumper che smorzerebbe le risonanze dell'insieme sospensione-ruota, mentre la torsione delle ali aiuta l'equilibrio della monoposto ad alta velocità e diminuisce la resistenza dell'aria.
Ancora una volta la Ferrari è stata a guardare senza correre ai ripari... se è regolare per loro lo è anche per la Ferrari, o no??!!??
Comunque basta guardare la Gif di Webber mentre passa sul cordolo, oltre alla torsione degli elementi dell'ala si nota la flessione lungo la perpendicolare dell'insieme muso-ala...
Stefano.

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Anonimo
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15 novembre 2012 13:52 delete

non fasciatevi la testa, nessun mass damper (DAMPER, non DUMPER, alla faccia dell'analisi tecnica...) le squadre da circa 6 anni usano gli inerter per riprodurre lo stesso effetto.
Cos'è un inerter? INFORMATEVI prima di scrivere o copiare altre cagate và...

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15 novembre 2012 15:08 delete

Grazie, io le critiche le accetto volentieri anche se sarebbe stato opportuno esporre la proria identità e non nascondersi con un Anonimo.
Io posso essere in accordo con te sul mass damper ma trovo scorretto definirle cagate. Se avessi letto fino in fondo il pezzo avresti capito che io non penso che il muso flessibile della Red Bull possa essere utilizzato come mass damper.

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