AERODINAMICA – PARTE 3 – L’EFFETTO SUOLO

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L’effetto suolo consiste in una modificazione del campo aerodinamico
attorno al fondo della monoposto, quando essa si muove in vicinanza del
suolo, e nella corrispondente variazione delle forze aerodinamiche ad
esso applicate. Anche se esso è ampiamente utilizzato nelle attuali
vetture da competizione allo scopo di produrre una deportanza, non
bisogna dimenticare che la sua intrinseca natura è invece quella di
produrre una PORTANZA, e solo per mezzo di forme opportune è possibile
invertirne il funzionamento.

Per ottenere dall’effetto
suolo una deportanza, occorre in sostanza modificare le forme, in modo
da avere sotto la vettura un flusso mediamente più veloce (e quindi a
minore pressione) rispetto al di sopra. Ciò si ottiene utilizzando le
proprietà aerodinamiche del TUBO DI VENTURI. All’ uscita del Venturi (o
nelle sue immediate vicinanze a valle) i filetti fluidi del flusso
uscente sono circa paralleli a quelli del flusso esterno, quindi la loro
pressione è circa uguale al valore esterno: essendo per ipotesi il
flusso ideale, ne consegue che anche la velocità V2 di uscita dal
Venturi deve essere sostanzialmente tornata uguale al valore asintotico
V0. In sostanza il Venturi è attraversato da una PORTATA definita dalla
SEZIONE DI USCITA percorsa con una velocità V2 circa uguale alla
velocità asintotíca V0, allora è chiaro che la sezione ristretta di
ingresso, essendo minore di quella di uscita, sarà attraversata da una
velocità V1 maggiore di V0 e quindi in essa regnerà una pressione minore
di quella esterna.

Il flusso asintotico dunque accelera, a monte della
sezione di ristretta, fino a raggiungere la velocità V1 in tale sezione.
All’interno del Venturi, dove le velocità sono ovunque maggiori di V0
regna ovunque DEPRESSIONE. Un effetto MOLTIPLICATORE della depressione
si ottiene facendo sboccare la sezione di uscita del Venturi nella
sezione ristretta di un secondo Venturi più grande, cioè in una sezione
che è già a sua volta in depressione.Questa è la funzione che, in una
vettura di F1, svolge l’alettone posteriore rispetto al Venturi del
profilo estrattore: quest’ultimo sbocca infatti proprio nella strozza di
un secondo (cortissimo) Venturi rappresentato appunto dall’alettone e
dalle sue “paratie”.

Non solo dunque l’alettone svolge
la sua pura e semplice funzione di ala deportante, ma viene a costituire
condizione al contorno in depressione per lo sbocco del profilo
estrattore. L’efficienza del doppio Venturi è maggiore se il secondo
Venturi è “grande” rispetto al primo, in quanto il primo Venturi
costituisce un “disturbo” per l’aerodinamica del secondo: anche
considerando l’alettone come un Venturi anziché come un’ala, si giunge
comunque a concludere che ogni riduzione delle sue dimensioni e altezza
da terra (cioè distanza dal corpo vettura) tende a ridurre l’efficienza
del sistema. E’ ovvio che quanto detto sopra a proposito dei Venturi
ideali è solo una schematizzazione ideale dei fenomeni reali. In effetti
una quantità di attriti, distacchi ed interferenze, abbassano
notevolmente l’efficienza, pur senza annularla. L’uso pratico di questi
fenomeni in un’attuale vettura di Formula 1 portano al seguente disegno
della monoposto:

Il muso è rialzato quanto richiesto
per avere una corretta collocazione del punto di arresto anteriore, e
per permettere l’evacuazione dello strato limite.

Lo
strato limite formatosi al di sotto della parte anteriore del corpo
vettura, viene catturato dalla scanalatura all’inizio del fondo piatto
ed evacuato sui lati, escludendolo dal Venturi (effetto positivo in
quanto disturberebbe il flusso accelerato).

A partire
dal bordo di ingresso del Venturi si sviluppa il fondo piatto
regolamentare, percorso dal flusso alla massima velocità V1 con la
corrispondente depressione.

All’interno del diffusore
(in gergo: “estrattore”) del Venturi si ha il rallentamento della
velocità ed il recupero della pressione, che tuttavia non risale fino al
valore ambiente ma ad un valore inferiore, in quanto il diffusore
sbocca in una zona in depressione, generata sia dall’essere in scia che
dall’effetto Venturi dell’alettone (che è favorevole a mantenere una
forte depressione sotto la vettura). Dal bordo di ingresso del Venturi
fino all’uscita si ha dunque ovunque depressione.

Grande
importanza in questo contesto ha il mantenimento della depressione, per
mezzo del CONTENIMENTO dei FLUSSI LATERALI che, dall’esterno, tendono
ad entrare sotto la vettura, richiamati dalla depressione ivi esistente.

E’
interessante seguire per sommi capi le linee di evoluzione concettuale
seguite dai progettisti (anche in seguito alle variazioni nei
Regolamenti) e che hanno determinato le morfologie di questa parte della
vettura.

La scoperta della deportanza condusse in
tempi rapidi fino al suo sfruttamento più esasperato, rappresentato
dalla “minigonne”: bandelle laterali, scorrevoli verticalmente fino a
terra, capaci di contenere con una barriera fisica i flussi laterali. E’
da notare che in queste condizioni l’altezza ottimale da terra della
vettura, pur già modesta ed in graduale riduzione era ancora abbastanza
alta (dell’ordine appunto dei centimetri) in quanto, con contenimento
laterale pressoché perfetto, si limitava così l’effetto dannoso dello
spesso strato limite sotto vettura sull’efficienza del Venturi.
L’abolizione delle minigonne, e l’interposizione di una certa estensione
di fondo piatto, portarono inizialmente ad una drastica riduzione delle
depressioni (ed era questa l’intenzione dei legislatori) a causa dei
forti flussi laterali che penetravano sotto la vettura. Cominciò allora
la corsa alla riduzione defl’altezza da terra, unico ripiego
inizialmente escogitato per ridurre i flussi laterali, e cioè mediante
la riduzione della loro sezione di passaggio.

Infine i
regolamenti introdussero il fondo piatto “scalinato”, ossia il fondo
della monoposto è ora caratterizzato da uno scalino largo 30 cm e spesso
5 cm, rimane su questa superficie l’esasperata corsa allo sfruttamento
dell’ effetto suolo: il regolamento tecnico sempre allo scopo di
limitare la deportanza prodotta dal fondo scalinato ha imposto allo
scalino centrale un raggio di raccordo che facilitando l’ingresso dei
flussi laterali riduce l’efficienza del piano stesso, infatti:

Art. 3.12.2) La superficie formata da tutte le parti che appoggiano sul piano di riferimento deve:

– presentare un raggio di 50 mm (+/- 2 mm) su ogni spigolo anteriore, se visti da sotto la vettura.

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