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EVOLUZIONE TECNICA: McLaren MP4-30 e la Power Unit Honda RA615H

La Mclaren MP4-30, a causa delle prestazioni della nuova Power Unit Honda, rappresenta una delle più grandi delusioni di questo inizio di stagione. Le aspettative erano senza dubbio molto elevate, anche se non ci si aspettava sicuramente una vettura in grado di lottare fin da subito per le prime posizioni.

Ma anche i più pessimisti non si aspettavano un inizio di mondiale 2015 così disastroso. Mai a punti nelle prime quattro gare del 2015 e solo nel'ultimo appuntamento in Bahrain, grazie a Fernando Alonso, la Mclaren è riuscita a passare il taglio della Q1. A livello prestazionale la vettura è molto lontana da Mercedes e Ferrari e il grosso di questo gap lo si può attribuire sicuramente alla Power Unit Honda (che analizzeremo dettagliatamente in seguito). Quello che preoccupa maggiormente della situazione Honda è la scarsa capacità di reazione che stanno dimostrando i nipponici. La Power Unit RA615H, fin dai test post stagione 2014 ha dimostrato di soffrire enormi problemi di affidabilità. I test invernali sono stati disastrosi e anche in queste prime gare i tecnici giapponesi insieme a quelli inglesi hanno dovuto depotenziare e di parecchio i propri sistemi ibridi, per cercare di riuscire a terminare le gare.

In Bahrain, Jenson Button tra prove libere, qualifiche e gara ha messo insieme la bellezza di una trentina di giri in quanto sulla MP4-30 del pilota inglese si sono verificati dei problemi elettronici. In tre giorni di lavoro, gli ingegneri nipponici non sono riusciti purtroppo a capire ed isolare il problema tanto da non permettere a Jensor di partire nel Gran Premio del Bahrain. E questa, secondo noi, è la cosa che più deve spaventare la McLaren e tutti i suoi tifosi.
La monoposto fin da subito, non è sembrata malvagia anche se, a livello di carico aerodinamico e di trazione in uscita dalle curve lente è ancora abbastanza lontana dai top team.
Per capire come si potrà evolvere la stagione 2015 per McLaren e soprattutto per Honda, sarà fondamentale il rientro in Europa con la gara di Barcellona. Per questo appuntamento sono previsti parecchi aggiornamenti, sia a livello di propulsore endotermico e sia sulle unità ibride per incrementare le performance e migliorare l'affidabilità. Anche a livello aerodinamico saranno portati sviluppi per andare a colmare il gap che li separa sia da Mercedes che da Ferrari.
Andiamo ora ad analizzare dettagliatamente la Power Unit Honda e lo sviluppo aerodinamico che la McLaren ha avuto in questi primi quattro appuntamenti di questa stagione 2015.

Power Unit Honda RA615H

La Power Unit Honda RA615H è stata fin da subito un vero e proprio oggetto misterioso che si sta scoprendo solo gara per gara grazie alle immagini che giungono dai circuiti. 

Ora, grazie alle immagini cerchiamo di capire tutti i segreti di questa Power Unit giapponese che sta destando, tra gli addetti ai lavori, molto interesse nonostante le scarse prestazioni avute in questo inizio di mondiale, sia in termini di performance che di affidabilità.

I giapponesi, nella progettazione del proprio motore endotermico hanno seguito la stessa filosofia della Mercedes. Il gruppo turbina/compressore, fornito dalla IHI, è stata "splitatto". La turbina è stata collocata nella parte posteriore dell'endotermico, mentre il compressore è stato collocato nella parte anteriore ma è stato posizionato leggermente all'interno della "V". Il compressore utilizzato è di tipo centrifugo, e non di tipo assiale. La soluzione assiale, per avere gli stessi rapporti di compressione della soluzione centrifuga necessiterebbe di più stadi ma il regolamento tecnico (Articolo 5.1.6) obbliga i costruttori ad utilizzare turbocompressori a singolo stadio. 


FOTO 1

Il sistema MGU-H è stato collocato, come fatto da Mercedes, tra la turbina e il compressore e quindi all'interno della V dell'endotermico in una zona piuttosto severa dal punto di vista termico. 

Come  intercooler è stato scelto di utilizzare un sistema aria-aria come già ampiamente illustrato sul nostro sito (e su Twitter) settimane fa ed è stato posizionato sulla fiancata destra della McLaren MP4-30. Questo particolare scambiatore di calore svolge la funzione di raffreddare l'aria di alimentazione del motore appena compressa dal componente "compressore". Più la temperatura dell'aria aumenta e più essa si espande (la densità diminuisce); ciò vuol dire che a parità di pressione si va immettere in aspirazione meno aria (aria meno densa, significa che in metro cubo di volume è presente meno aria). Diminuendo la quantità di aria in aspirazione per farla breve si riduce il rendimento del motore endotermico aumentando il maggior pericolo di un motore turbo: l'autoaccensione (si dovrebbe fare un articolo solo per arrivare alla dimostrazione mediante formule matematiche della frase appena detta).

L'intercooler aria-aria è uno scambiatore termico che utilizza l'aria esterna per raffreddare l'aria "riscaldata" dal compressore prima di essere immessa nella camera di combustione tramite l'aspirazione. Una caratteristica fondamentale per questa tipologia di scambiatori è il posizionamento poiché si va ad alterare piuttosto facilmente l'efficienza dello scambiatore. 

I vantaggi di questa soluzione sono facilmente spiegabili:

1. La configurazione è molto semplice, non essendoci ulteriori accessori oltre allo scambiatore che funge da IC;
2. Non essendo presente nessun tipo di liquido di raffreddamento, non c'è nessuna possibilità di perdite idrauliche;
3. Se l'intercooler è posizionato in modo corretto, vedendo quindi un buon flusso d'aria, con questa configurazione non esistono problemi di "heat-soak".

Foto: Leone Rampante

Invece, gli svantaggi sono: 

1. L'efficienza dell'intercooler varia al variare della temperatura dell'aria esterna e della portata dell'aria stessa;
2. Non può essere installato ovunque, in quanto deve essere montato in una posizione in cui possa essere investito da un buon flusso d'aria.
3. Le dimensioni: rispetto alla versione con acqua come fluido di raffreddamento, le dimensioni dell'intercooler aria-aria sono notevolmente "maggiorate" dato che la capacità di scambio termico del refrigerante è molto inferiore a quello dell'acqua.

Sulla fiancata destra della vettura, gli ingegneri giapponesi della Honda, hanno collocato inoltre, il sistema di raffreddamento delle parti elettroniche (Electonics Cooling). Ecco una foto apparsa (insieme a quelle che poi vedrete successivamente) su Twitter ormai dieci giorni fa grazie al nostro PJ, e che ha dato spunto a molti altri per scrivere qualcosina su questa Power Unit. 

FOTO 2 - Fiancata destra McLaren MP4-30 

Nella fiancata sinistra (FOTO 3), invece, è stato collocato lo scambiatore atto al raffreddamento del circuito idraulico dell'unità endotermica (Engine Cooler). 

FOTO 3 - Fiancata sinistra McLaren MP4-30

Nella zona superiore al motore endotermico, come potete osservare dalla foto sono stati collocati due scambiatori: quello dedicato al raffreddamento dell' olio (Oil Cooler) e quello dell'ERS (ERS Cooler). In Mclaren sembra stiano cercando di riprogettare questo scambiatore perchè il raffreddamento delle parti ibride (BATTERIE + CENTRALINE) messe in un'unico "contenitore"sta creando grossi problemi all'unità giapponese.

FOTO 4 - Zona superiore motore Honda - McLaren MP4-30

Dalla foto in basso infine si possono osservare i collettori di scarico utilizzati sull'unità endotermica Honda. Seguono la stessa filosofia utilizzata dalla Mercedes nella scorsa stagione: sovralimentazione a pressione costante. Questo tipo di sovralimentazione si ottiene collegando la turbina al motore mediante un collettore di scarico di dimensioni “generose”, capace perciò di smorzare gli impulsi ad alta pressione tipici dello scarico di un motore permettendo alla turbina di operare in condizione maggiormente stazionarie, anche se con livelli di pressione inferiori. Questo schema è stato scelto, dagli ingegneri nipponici, per privilegiare l’efficienza della turbina a scapito delle pure prestazioni.

FOTO 5 - Racecar engineering

Non vogliamo spingerci oltre nell'analizzare la Power Unit giapponese perchè ora si possono fare tante e troppe ipotesi senza, almeno per noi, tante certezze. Nelle prossime settimane proveremo a raccogliere ulteriori dettagli e informazioni cosi da poter scrivere una analisi più completa e esaustiva riguardante il "motorone" della McLaren 2015.

MELBOURNE - Partiamo parlando un po di sospensioni: la posteriore della McLaren MP4-30 è molto interessante dal punto di vista tecnico. Come potete osservare dall'immagine in alto il triangolo inferiore è stato arretrato molto e non va ad "ancorarsi", come avviene solitamente, sulla scatola del cambio ma sulla struttura deformabile posteriore. Questo elemento, dotato di una particolare carenatura (che nulla c'entra con la versione 2014 della sospensione posteriore McLaren), lavora in "simbiosi" con l'estrattore in quanto la sua funzione è quella di creare al di sopra una zona di forte depressione in modo da massimizzare l'estrazione d'aria  ed "emulare" il profilo inferiore dell'ala posteriore che per regolamento tecnico è stato eliminato a partire dalla scorsa stagione (un pò come facevano Toro Rosso e Williams nel 2014, anche se non con elementi sospensivi, ma con elementi che servivano a sostenere l'ala posteriore).

Foto @AlbertFabrega
Per questo primo appuntamento stagionale la McLaren MP4-30 visti i pochi giri effettuati durante l'inverno si è presentata in pista nella stessa configurazione aerodinamica che avevamo visto durante i test di Barcellona. Sulle due MP4-30 guidate per questa occasione da Magnussen e Button, sono state scelte due configurazioni distinte all'anteriore. Il pilota danese ha utilizzato l'ala che abbiamo definito "copia-incolla" della RedBull RB10 mentre Button ha usato quella evoluta che differisce dalla precedente per la forma dei flap supplementari.


Cambiati, rispetto alla versione "invernale", i turning vanes sotto il muso della monoposto. Nella nuova versione, sono composti da tre elementi e sono andati a sostituire quelli composti da due che erano stati utilizzati a Jerez, Barcellona 1 e Barcellona 2.  .  



MALESIA - Per questo appuntamento è stato introdotto sulla vettura di Woking il primo vero pacchetto evolutivo della vettura.
Per la McLaren nella parte inferiore del muso è stata introdotta una vistosa "gobba" introducendo quindi la versione di muso a pellicano. Questa particolare soluzione, introdotta dalla RedBull e utilizzata ormai da diverse stagioni dal team bibitaro è stata ripresa sopratutto lo scorso anno anche da altri team (Mercedes nel 2015 lo utilizza ancora), e permette di incrementare da deportanza generata dal muso anche se comporta un incremento di resistenza all'avanzamento dovuto alla presenza della protuberanza e della distorsione che questa crea al flusso d'aria che la investe

Comunque già nel momento della presentazione al di sotto del muso della MP4-30 si era notata una piccola "gobba", ma quella mostrata nella foto sottostante è notevolmente più accentuata.



Il motivo teorico dell'affermazione sopra in risalto è presto detto: considerando la velocità V1 del flusso in ingresso,ì e la velocità V2 nel punto più basso del pellicano applicato al muso dove la sezione ovviamente si riduce (tra suolo e muso) si può applicare il Teorema di Bernoulli (P + ½ (ρ V^2), ben noto a chi ha perso i capelli studiando Ingegneria, si può quindi affermare che:

- se l'area tra suolo e muso va riducendosi, la velocità per forza dovrà aumentare. Ma se aumenta la velocità, è facile arrivare alla conclusione che la pressione in quel punto diminuirà, generando quindi più downforce;

foto @AlbertFabrega
Questa modifica al muso è stata introdotta appena la McLaren è riuscita a portare in pista un sistema "S-Duct" efficace (studiato da mesi nella propria galleria del vento). Nella parte bassa del muso infatti è stato posizionato un piccolo slot (la parte centrale) che va ad alimentare il sistema: esso ha la funzionalità di alleviare l'alta pressione (e quindi limitare anche l'incremento di strato limite che provoca il distacco dei flussi) che si crea ad di sotto del muso della vettura, ancora più accentuata se viene utilizzato il pellicano. Questa particolare feritoia permette il passaggio di un determinato flusso d'aria tra la parte inferiore e quella superiore del muso ed impedisce l'accumulazione di uno strato limite sopra di esso. Questo sistema viene chiamato dagli esperti S-Duct in quanto il condotto d'aria ha una la forma ad "esse rovesciata".

Non solo modifiche all'avantreno, in quanto sul bordo d'entrata delle fiancate è stato aggiunto un terzo deviatore di flusso sul bordo d'entrata delle fiancate. Oltre questa modifica sono stati cambiati i deviatori di flusso (aggiunta di una piccola soffiatura), i barge boards (cambiato il disegno) ed è stata aumentata di dimensioni la deriva sul fondo. Tutte queste modifiche sono state introdotte per cercare di migliorare il flusso d'aria diretto verso il posteriore della vettura di Woking.

Foto confronto

Intervento di dettaglio anche sul muso della vettura dove è stato ridotto di dimensioni il foro collocato all'estremità del muso.



CINA - Dopo il grosso pacchetto aerodinamico introdotto in Malesia anche per la trasferta cinese sono state introdotti alcuni aggiornamenti sulla MP4-30.

confronto @Albropul
E' stata portata una nuova versione di diffusore, inizialmente prevista per il GP del Bahrein, utilizzata esclusivamente da Jenson Button. Rispetto alla precedente versione sono state cambiate le derive verticali, collocate nella parte bassa dell'estrattore, nella zona esterna ed è stato modificato il disegno, sempre nella zona esterna, del gurney flap. Tutte queste modifiche sono finalizzate ad incrementare l'estrazione d'aria e massimizzare il carico aerodinamico al posteriore. Come potete osservare dalle immagini, anche sulla MP4-30 sono utilizzati i piccoli generatori di vortici nella zona centrale dell'estrattore.

All'anteriore è stato portato un piccolo aggiornamento al convogliatore d'aria dei freni anteriori. Nella parte bassa è stata realizzata una struttura a "ricciolo" per migliorare lo scorrimento dei flussi d'aria verso il retrotreno. Questa è una zona molto delicata di una vettura in quanto il rotolamento degli pneumatici va a creare dei grossi vortici che vanno a disturbare l'aerodinamica dell'intera monoposto.

confronto @Albropul
BAHRAIN - Per migliorare l'estrazione d'aria calda e garantire il giusto livello di raffreddamento ai sistemi elettronici della Power Unit sono state usate delle grandi branchie collocate ai lati del cockpit.



Il nuovo diffusore in questo fine settimana è stato utilizzato anche sulla vettura di Fernando Alonso a cui verrà data la priorità nei prossimi aggiornamenti.


generatori d vortice
Sull'ala posteriore è stata rimossa la "seghettatura", sia sul bordo d'uscita del profilo principale che sul bordo d'ingresso del flap mobile. In questa nuova versione è presente una piccola zigrinatura sul bordo d'entrata del flap mobile mentre sul bordo d'uscita è stato collocato un piccolo nolder.

Mclaren aveva trovato un grosso beneficio con il profilo seghettato sopratutto in fase di chiusura dell'ala mobile. I piloti han sempre comunicato agli ingegneri che le ali con la particolare sezione (uscita profilo principale, ingresso ala mobile) garantivano subito carico aerodinamico nonché quindi stabilità in fase di frenata quando si andava a chiudere il DRS sulla MP4-29 soprattutto.  

Cristiano Sponton

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3 commenti

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27 aprile 2015 16:43 delete

Bell'articolo innanzitutto, però avrei una perplessità: si parla di compressore di tipo centrifugo e non assiale... "centrifugo" viene usato come sinonimo di "radiale" o è una tipologia totalmente diversa di compressore? Grazie in anticipo :)

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27 aprile 2015 18:54 delete

sono sinonimi... compressore centrifugo o radiale

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3 maggio 2015 14:59 delete

Veramente sono concettualmente differenti quelli assiali assomigliano alle turbine dei caccia quelli radiali sono concettualmente come le classiche turbine montate sulle auto con motore turbo

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