Che Cos’è la Mappatura Aerodinamica in Formula 1?

Generalmente parlando, la mappatura aerodinamica è il processo di mappare la relazione tra le proprietà geometriche di un’auto da corsa e le proprietà aerodinamiche dell’auto stessa. Questo aiuta a migliorare le prestazioni del veicolo da corsa offrendo maggiori possibilità di taratura fine dell’aerodinamica.

L’equilibrio aerodinamico, ad esempio, spiega la distribuzione del carico aerodinamico tra gli assi anteriore e posteriore. Alterare questo equilibrio può aiutare a prevenire il sovrasterzo. Un’altra considerazione è la prestazione in curva: quando il circuito è denso di curve ad alta velocità, è richiesto un maggiore carico aerodinamico. Il rovescio della medaglia del carico elevato, tuttavia, è l’aumento della resistenza aerodinamica, che rallenta l’auto sui circuiti con lunghi rettilinei.

È fondamentale avere una relazione definita con precisione tra i parametri di setup e l’aerodinamica disponibile quando si configura o si modifica l’auto.

La mappatura aerodinamica permette di migliorare l’aerodinamica di un’auto da corsa senza molta sperimentazione. In parole povere, la mappatura viene realizzata costruendo un modello tridimensionale completo della superficie dell’auto, che può successivamente essere utilizzato per individuare e ottimizzare il flusso d’aria intorno al veicolo. Questo può aiutare l’auto a offrire migliori prestazioni e ad essere più competitiva in pista.

Le mappe aerodinamiche aiutano gli ingegneri di gara a decidere come regolare i componenti aerodinamici dell’auto per ogni circuito. Mostrano come i cambiamenti nell’altezza da terra, negli angoli delle ali, nella pendenza e in altre impostazioni influenzino il carico aerodinamico, la resistenza e l’equilibrio.

Se un pilota desidera più carico aerodinamico posteriore, la mappa aerodinamica indica quali modifiche sono necessarie all’ala posteriore e come regolare l’ala anteriore per mantenere l’equilibrio dell’auto. Queste mappe sono costruite combinando dati della galleria del vento, simulazioni CFD e test su pista reali.

Durante i weekend di gara, i team convalidano le loro mappe aerodinamiche utilizzando sensori come rilevatori laser di altezza da terra e celle di carico delle sospensioni. Vernici flow-vis possono anche essere applicate sulle superfici per osservare il flusso d’aria. Questo consente agli ingegneri di confrontare le prestazioni reali con le previsioni della galleria del vento.

Le mappe aerodinamiche vengono inoltre utilizzate nelle simulazioni. I team possono modellare un nuovo design di ala o di fondo prima ancora che venga costruito, valutarne l’effetto sull’equilibrio dell’auto e decidere se valga la pena svilupparlo. Questo rende la mappatura aerodinamica essenziale non solo per il setup, ma anche per lo sviluppo a lungo termine.

L’obiettivo della mappatura aerodinamica è deviare il flusso d’aria intorno all’auto nel modo più efficace possibile per generare carico aerodinamico e ridurre la resistenza.

Ci sono due vantaggi principali nella mappatura aerodinamica. Può aiutare a migliorare le prestazioni dell’auto aumentando il carico aerodinamico e riducendo la resistenza, oltre a mantenere la stabilità dell’auto ad alte velocità.

Durante una gara, l’ala anteriore e l’ala posteriore sono i fattori principali nella regolazione e nell’equilibrio dell’auto. Curvare la superficie inferiore di un flap in modo tale che l’aria fluisca più velocemente nella parte inferiore rispetto a quella superiore genera una forza verso il basso, spingendo gli pneumatici più a fondo sulla pista e aumentando l’aderenza.

Tutto questo carico aerodinamico, tuttavia, comporta un aumento della resistenza, che riduce significativamente la velocità dell’auto, così come la relazione tra carico e resistenza nelle varie configurazioni delle ali. Per prendere decisioni rapide e precise in pista, è essenziale conoscere queste relazioni per ciascuna configurazione.

In base al setup aerodinamico, un pilota avrà bisogno che l’auto sia equilibrata al massimo fino a un certo punto. Il pilota può preferire mantenere il proprio baricentro in una determinata posizione, che potrebbe essere diversa da quella del suo compagno di squadra.

Quindi, cosa fa un team in questa situazione? Non è un gioco d’azzardo! Le ali posteriori e anteriori sono gli unici dispositivi aerodinamici che possono essere regolati sull’auto. A parte questi, il resto del setup è fisso e può essere modificato solo tramite test in galleria del vento. A ciascuna estremità dell’auto, le ali producono un carico significativo e possono essere regolate per ottenere diversi gradi di forza.

La corda e l’apertura sono le due misure distintive di ogni ala, mentre la sezione trasversale determina il design finale. L’angolo di attacco determina la forza prodotta dall’ala una volta progettata. A causa del suo design, l’ala può ancora generare un certo carico aerodinamico a zero gradi di angolo di attacco. Se l’angolo viene aumentato, tuttavia, ciò genererà più carico fino a un certo punto. L’aria inizia a staccarsi dalla superficie in quel momento, provocando una forte riduzione del carico aerodinamico.

Il piano principale e i flap sono le due sezioni rispettivamente delle ali posteriori e anteriori. Il piano principale, che ha un angolo di attacco fisso, è responsabile della maggior parte del carico generato. I flap, piuttosto che il piano principale, sono responsabili della taratura fine. L’angolo del flap viene modificato per produrre diversi gradi di carico aerodinamico, e il mezzo grado di variazione nell’angolo del flap viene utilizzato per regolare con precisione l’auto. Un meccanismo simile a un “cacciavite” può regolare facilmente l’angolo del flap, e può essere fatto velocemente durante il pit stop. Allo stesso modo, modificare l’angolo del flap sull’ala posteriore può aumentare o diminuire il carico sulla parte posteriore dell’auto. Gli ingegneri riescono a ottenere diversi livelli di forza dalla stessa ala grazie alla complessità dell’aerodinamica.

Anche se la forma di base e le prestazioni aerodinamiche complessive di un’auto da corsa sono inizialmente disegnate al computer sul banco del progettista, ogni team trascorre molto tempo nella galleria del vento durante lo sviluppo, testando molte diverse configurazioni con un modello dell’auto e numerosi componenti diversi. I team testano centinaia di assetti aerodinamici, valutando le relazioni tra sollevamento e resistenza, prevedendo le altezze da terra e regolando le sospensioni per assicurarsi di ottenere il massimo dalle prestazioni aerodinamiche dell’auto in diverse configurazioni e cercando di comprendere meglio cosa e come influisce sulle prestazioni complessive.

Per ogni nuovo design dell’ala e configurazione dell’auto, viene utilizzata la stessa tecnica. I modelli di regressione vengono costruiti per ciascuna delle risposte per fornire capacità di previsione e miglioramento aerodinamico. La mappa aerodinamica mostra come i componenti dell’ala e le altezze da terra di un’auto da corsa influenzano la portanza e la resistenza in varie configurazioni. Tutto viene documentato meticolosamente e vengono create tabelle dati. Esiste una mappa aerodinamica per ogni ala o configurazione.