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Come recuperare l'effetto del beam wing nelle nuove vetture 2014?

Il profilo inferiore dell'ala posteriore, conosciuto anche con il termine inglese "beam wing" è stato abolito dal regolamento tecnico 2014 per cercare di diminuire il carico deportante al posteriore delle nuove vetture.

beam wing Red Bull RB9
Nella moderna vettura di F1 la deportanza complessiva D agente sulla vettura (forza verticale volta in basso), può vedersi come risultante di più forze deportanti: le deportanze dell’ala anteriore e di quella posteriore, la deportanza per “effetto suolo” sul fondo piatto.
File:Strozzatura.PNG
Tubo Venturi - P=Pressione, V=Velocità, A=Area
Il fondo piatto è voluto dai regolamenti per garantire un’altezza minima da terra che riduca l’effetto suolo: è dotato di una copertura piana in legno e resine morbide, applicata sotto il fondo. Nel corso della gara, gli attriti e i contatti (gli avvallamenti percorsi ad altissime velocità mandano le sospensioni in finecorsa e abbassano il fondo all'altezza dell’asfalto) consumerebbero in pochi giri la struttura in legno: si sono adottati del “salvascocca” in leghe metalliche che sopportano i violenti schiacciamenti.

Quindi, negli anni passati, il profilo inferiore dell'ala posteriore veniva utilizzato principalmente per due motivi:
- generare carico deportante sull' asse delle ruote posteriore. Su di un'ala, la generazione della deportanza è dovuta alle differenze di pressione tra il ventre (alta pressione) e il dorso (bassa pressione). Tale differenza di pressione genera una forza risultante aerodinamica la cui componente ortogonale alla direzione del moto è la deportanza (-P), mentre la componente parallela e contraria alla velocità è la forza di resistenza
- se osservate attentamente il posizionamento si nota che è posizionato molto vicino alla zona del diffusore ed è fondamentale per contribuire ad un corretto ed efficace funzionamento del diffusore. 

 .Se avete be compreso i concetti sopra descritti avrete certamente capito che sul ventre del beam wing si verrà a creare, quando la macchina è in movimento, una zona ad alta pressione, invece, sul dorso ci sarà una zona a bassa pressione. La bassa pressione creata è in una zona molto vicina al diffusore posteriore che contribuirà a migliorare l'efficienza del diffusore (pressione sarà minore rispetto a quella "ambientale" che ci sarebbe senza la presenza del beam wing). In questo modo, migliorando l'estrazione d'aria del diffusore posteriore si incrementa di molto il carico deportante generato da questo particolare aerodinamico.

In questa stagione, come sicuramente saprete, il profilo inferiore non si può utilizzare e per cercare di recuperare il carico deportante perso e per migliorare l'efficacia dell'estrattore gli aerodinamici hanno cercato di mettere a punto un altro sistema che possa replicare il funzionamento del beam wing. 
Se osservate la Ferrari e la McLaren da dietro noterete sicuramente che sono state create delle vistose aperture sul cofano motore per espellere l'aria calda che si viene a generare all'interno.

vista posteriore della F14 T
Analizzando le foto sembra che gli aerodinamici vogliano sfruttare il calore proveniente dal cofano motore per simulare gli effetti del profilo inferiore soprattutto per incrementare l'efficienza del diffusore (idea espressa anche dall'amico Mario Puca). L'aria calda sfogata dai radiatori presenti all'interno del cofano motore è meno densa e quindi scorre più velocemente andando a provocare una diminuzione di pressione dell’aria che scorre al di sopra del fondo (es. disegno effetto Venturi in alto).  La bassa pressione creata è in una zona molto vicina al diffusore posteriore contribuirà a migliorarne l'efficienza (maggior estrazioni d'aria) aumentando in questo modo il carico deportante generato. Questo sistema, potrebbe, contribuire a far "lavorare" in modo migliore l'ala posteriore aumentando la differenza di pressione tra il ventre ed il dosso dell'ala stessa, aumentando perciò la deportanza complessiva generata dal dispositivo aerodinamico. 



Cristiano Sponton

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13 commenti

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Ale
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26 gennaio 2014 23:59 delete

Mah, la differenza di temperatura tra l'aria che esce dal fondo e quella circostante non è molto alta, tanto meno lo sarà quindi la differenza di densità e la differenza di velocità, poi in quella zona ci sono un bel po' di vortici, in poco spazio ritorna alla pressione e alla temperatura dell'aria circostante....

PS. Bernoulli e Portanza non vanno proprio d'accordo....

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27 gennaio 2014 00:21 delete

Io dicevo di sfruttate l aria calda che esce dalle aperture nel cofano motore. Credo che l aria che esce da quella zona sia maggiore rispetto a quella esterna! Vortici? Si è vero è un aspetto zona molto critica! Tu hai qualche idea su questi particolari aperture? Solo sfoghivo anche funzione aerodinamica?

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Ale
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27 gennaio 2014 00:34 delete

Come differenza di temperatura tra entrata e uscita saremo dai 40 agli 80°C in base alle condizioni di funzionamento e velocità...secondo me sono sfoghi per cautelarsi da surriscaldamenti delle power unit che sono molto compresse e hanno bisogno d'aria...specie tutta la parte elettronica.....forse si riuscirà a fare qualcosa con le sospensioni..(tipo mclaren tapparella)...ma non ho idea delle restrizioni di regolamento...

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27 gennaio 2014 08:08 delete

E se invece si trattasse di un modo per "aiutare" l'aria rallentata dall'attraversamento delle masse radianti ad essere espulsa accelerando i flussi interni? Maggiore efficienza di raffreddamento e quindi bocche anteriori più piccole di quanto teoricamente necessario.

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27 gennaio 2014 10:23 delete

Buongiorno a tutti, avrei due domande da porvi.
Il diffusore posteriore, che si vede nella foto, è per regolamento tutto liscio (ossia privo di componenti verticali), oppure il vero diffusore sarà presentato durante i test?
Inoltre, secondo voi è veritiera la tesi secondo la quale si è ricorsi all'assenza di vernice per alleggerire la carrozzeria, cosa che a me sembra alquanto strana per via della trascurabile componente peso della stessa?
Grazie e complimenti per il blog!!

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27 gennaio 2014 10:28 delete

Il diffusore era completamente nascosto e si riusciva solo ad intravedere qualcosa nella zona esterna. Quindi, il primo estrattore della F14 T lo vedremo solo domani visto che inizieranno i test a Jerez. Della verniciatura nera al retrotreno ne avevo già parlato in un precedente post. Dalle informazioni che sono riuscito a recepire potrebbe trattarsi di un particolare polimero attualmente in commercio che ha una caratteristica molto importante: è 10 volte più leggero di una normale verniciatura ed ha soprattutto una conducibilità termica molto elevata (8 volte superiore a quella del rame). Quindi la verniciatura nera permetterebbe un risparmio di peso e permetterebbe una miglior evacuazione del calore.

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27 gennaio 2014 10:31 delete

Per AlbertoMinnella: la sua non è un ipotesi da trascurare ed è molto interessante. Anche la mia era un ipotesi e non saprei nemmeno quanto carico si possa guadagnare. Consideriamo che sfogare aria calda in posizioni diverse è comunque più difficile meno efficiente e potrebbe diventare dannoso.
Non essendoci pressione d'uscita il risultato in termini di carico ci può essere ma in misura ridotta.

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guido politi
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27 gennaio 2014 11:04 delete

la parte più in basso dell' estrattore posteriore che sembra una superficie liscia larga quanto la macchina e curvata verso l' alto è vera o è un "tappo" per non far vedere le uscite dell' aria posteriori? Le uscite dell'aria calda avranno parte dell' effetto degli scarichi 2013? La vernice nera è il Polisyl, quello dei cerchi 2013 ?

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27 gennaio 2014 11:16 delete

Le uscite dell'aria calda non posso sostituire gli scarichi. Sono molto meno energici e quindi gli effetti sono molto limitati. Il polimero nero non è Polysil ma è un altro materiale chiamato N.D.A. Altro non posso dirvi per segretezza...

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27 gennaio 2014 11:19 delete

Ringrazio per la risposta precedente, fa sempre piacere dialogare con persone altamente competenti come lei e tutte le altre persone del blog.
Ne approfitto per porre un altro quesito.
Secondo lei, alla luce delle nuove immagini delle monoposto, è diminuito di molto il carico aerodinamico totale delle nuove monoposto rispetto agli scorsi anni?
Inoltre, la diminuzione del carico sarà compensata anche dalle nuove mescole che la pirelli ha preparato per questa stagione?
Grazie ancora!

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Anonimo
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27 gennaio 2014 15:28 delete

Cristiano,ma se non ho visto male,ingrandendo le foto ufficiali (di una risoluzione mediocre...) piu' che vernice nera la parte scura sembrerebbe semplicemente una pelle di carbonio non verniciata.Si vede il particolare intreccio presente gia' nella pelle attorno al cambio della F.138 del 2013.

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27 gennaio 2014 17:54 delete

Io penso che l'aria calda che esce dalle due grandi aperture visibili dal posteriore, debba contribuire ad aumentare la pressione al di sopra del diffusore, in maniera tale da aumentare il delta pressione tra la superficie superiore ed inferiore del diffusore, è cosi che si aumenta il carico.
Una chicca: sappiamo che non si possono più usare gli scarichi per "sigillare" il diffusore , ma se si usasse il calore prodotto dai dischi freno posteriore, sappiamo tutti che le temperature sono paragonabili a quelle degli scarichi, e la direzione potrebbe essere da all'avanzamento della vettura.

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Ale
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27 gennaio 2014 19:57 delete

@Amedeo, no, non funziona così come funzionerebbe un ala, con bassa pressione all'uscita del diffusore la pressione sotto il fondo è molto bassa e si migliora la portata d'aria che passa attraverso il diffusore...al contrario con una zona ad alta pressione in uscita si ottiene una pressione più alta sotto il fondo e quindi meno carico...

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