DRS-DRAG REDUCTION SYSTEM & PDRS LOTUS F1

Nell'ambito della Formula 1, dopo l’introduzione nel 2010 del primo F-duct da parte della McLaren, hanno iniziato a proliferare una serie di dispositivi attivi/passivi per la riduzione della resistenza all'avanzamento delle monoposto.

I dispositivi possono essere suddivisi in due grandi categorie:
-Attivi, come il DRS canonico (flap mobile dell’ala posteriore), il Doppio DRS , in particolare Mercedes, e l’F-duct di Mc-Laren, implementato poi da quasi tutte le altre vetture in molte forme.
-Passivi, sistemi che si attivano in determinate condizioni di pressione, temperatura velocità, etc.

IL PRINCIPIO DI BASE.
Il principio di base su cui si basano tutti questi dispositivi è il ricreare con vari metodi una specie di stallo parziale, attenzione che questo tipo di stallo che per semplicità chiameremo parziale e lo stallo aerodinamico vero e proprio ci sono notevoli differenze.
Iniziamo con un po’ di definizioni:
-Drag: Resistenza all’avanzamento, di solito è composta da form drag e skin drag, il primo tiene conto della forma dell’oggetto, il secondo della superficie bagnata, , forza parallela alla retta che congiunge bordo d’attacco e bordo d’uscita.
-Leading edge, bordo d’attacco del profilo, zona in cui il fluido impatta.
-Trailing edge, bordo d’uscita.
-Lift, portanza generata dal profilo, forza ortogonale alla retta che congiunge leading edge e trailing edge
-Estradosso, zona del profilo con curvatura verso l’esterno, la “pancia” per intendersi.
-Intradosso, zona del profilo con curvatura verso l’interno.
-Downforce, forza generata dai profili in direzione ortogonale al piano vettura.
-Resistenza all’avanzamento vettura, forza generata dai profili in direzione parallela al piano vettura.

STALLO AERODINAMICO
Andiamo innanzitutto a vedere cosa succede nel caso di uno stallo di tipo aerodinamico, questo tipo di stallo è detto appunto aerodinamico perché è un problema cruciale negli aerei e negli elicotteri e in altre applicazioni.
In sostanza, il flusso che passa sull’estradosso (zona a pressione minore in questo caso) del profilo alare viene accelerata nella zona vicina al leading edge e in un secondo tempo deve rallentare di nuovo per adattarsi alla pressione che c’è al trailing edge.
Il problema nasce proprio qui, mentre accelerare un fluido non è un problema e lo si può fare in maniera anche brusca, rallentarlo è una bel problema, questo a causa degli strati limite che diventano molto spessi a causa del gradiente di pressione negativo (aumenta la pressione man mano che si va verso il trailing edge).
Questo fenomeno nasce quindi quando si cerca di ottenere sempre più portanza dal profilo, ovvero quando la variazione di velocità che il fluido deve compiere nell’estradosso è più elevata.
Quindi ad esempio per un profilo generico:

A sinistra abbiamo un coefficiente adimensionale proporzionale alla portanza, quindi man mano che incliniamo il profilo, aumenta sempre più la portanza finche a un certo angolo stalla, il flusso si separa dal profilo e nascono delle strutture vorticose tridimensionali che provocano anche un brusco aumento della resistenza all’avanzamento come si può notare a destra.
Questo tipo di stallo è caratterizzato quindi da:
-Stallo di tutto il profilo, nei casi più critici anche dal leading edge.
-Caratteristico di strutture monoprofilo.
-Rapporti Portanza/Drag tra 2-3, profili non eccessivamente caricati.

STALLO PARZIALE.
Passiamo ora al nostro caso, nelle Formula 1 moderne le ali sono di solito composte da più profili e sono molto caricati con rapporti portanza/resistenza paurosi anche fino a 5-6, focalizziamo l’attenzione sull’ala posteriore, potenzialmente con più profili si otterrebbe un rapporto ancora migliore tra portanza e resistenza (per questioni inerenti agli strati limite sempre rigenerati), la federazione ha però posto il limite a 2 profili.
Ci troviamo quindi con tutte le scuderie hanno ali posteriori a 2 profili, di cui uno a bassa incidenza, quello principale, mentre il secondo che chiameremo flap con un elevata incidenza anche oltre i 45°.
In condizioni normali questi profili non devono stallare, onde evitare la perdita di carico aerodinamico e un aumento della resistenza all’avanzamento.
Facciamo però attenzione a come sono posizionati i profili, mentre per il profilo principale la componente di Lift è abbastanza allineata con la direzione della downforce, nel caso del flap il lift in parte genera downforce e in parte genera resistenza all’avanzamento della vettura, una specie di resistenza indotta dalla portanza stessa, ecco quindi che nasce una possibilità, stallare il flap, in questo modo è possibile diminuire la portanza e quindi la resistenza indotta, il drag del flap che aumenterebbe a causa dello stallo, contribuirebbe solo in parte alla resistenza all’avanzamento vettura, ecco quindi che combinando queste due cose e visto l’elevato angolo di installazione del flap è possibile ottenere complessivamente un miglioramento complessivo della resistenza all'avanzamento.
Riassumiamo tutto questo in uno schema:


In viola il flap non in stallo, in bianco la condizione in cui il flap stalla, si può vedere come la componente di forza che crea resistenza è minore, nonostante lo stallo del profilo.
Questo tipo di stallo è quindi caratterizzato da:
-Solo uno dei due profili stalla
-Elevato angolo di montaggio del profilo.
-Profili molto caricati

CREAZIONE DELLO STALLO PARZIALE
I metodi più in voga per creare questo stallo parziale senza violare il regolamento sono:
-Soffiaggio di aria ad alta velocità sulla parte terminale dell’estradosso incidente con il flap, questo metodo è stato usato da McLaren e poi dalle altre scuderie per l’F-duct e per il doppio DRS da Mercedes.

-Uso di ali flessibili negli anni novanta, prima dell’introduzione dei test di flessibilità, in questo modo veniva alterato lo spazio tra profilo principale e flap e ad alte velocità si arrivava allo stallo del flap.

PDRS LOTUS F1
Tralasciando la parte di come viene attivato il sistema passivo della Lotus, andiamo a vedere alcune immagini molto significative, Lotus aveva provato il sistema completo solo nei test pre-season, mentre a Silverstone ha solo provato a resistenza dovuta alla presenza del sistema di alimentazione (Orecchie sulla vettura di Raikkonen) e fatto probabilmente il confronto con il nuovo cofano installato sulla vettura di Grosjean.
Infatti come possiamo vedere da quest’immagine:


Il dispositivo è stato tappato ( non fa nessun soffiaggio) ed è stata fatto uno sfogo di evacuazione sul L-duct, inoltre osservando la vernice posta sul profilo principale non c’è segno di stallo, che avrebbe lasciato delle tracce simili a queste, e non dei filetti fluidi puliti e ordinati.

In quest’ultima si nota molto bene la forma a V dovuta al soffiaggio che provoca il conseguente stallo.
Probabilmente la Lotus fermerà qui lo sviluppo del sistema, non sembra infatti abbia dato i risultati sperati, soprattutto a causa dell’incertezza sull'entrata in funzione e alla resistenza aerodinamica che provocano le orecchie.


scritto da Alessio

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