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COSA SERVE E QUANDO FU INTRODOTTO IL MASS DAMPER in F.1


Una delle innovazioni più interessanti di queste ultime stagione di Formula è senza dubbio il mass damper che è stato introdotto sulla Renault alla fine della stagione 2005 ed è stato bandito dalla FIA nella stagione successiva.

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









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 stesse 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-Damper
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. 

Cristiano Sponton

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