Che Cos’è l’Aero Mapping in Formula 1?

In generale, l’aero mapping è il processo di mappatura della relazione tra le proprietà geometriche di una vettura da corsa e le sue proprietà aerodinamiche. Questo aiuta a migliorare le prestazioni dell’auto da corsa offrendo maggiori possibilità di regolazione fine dell’aerodinamica.

Ad esempio, l’equilibrio aerodinamico spiega la distribuzione del carico aerodinamico tra gli assi anteriore e posteriore. Modificare questo equilibrio può aiutare a prevenire il sovrasterzo. Un’altra considerazione è la performance in curva: quando il circuito è ricco di curve ad alta velocità, è necessario più carico aerodinamico. Tuttavia, la penalità in termini di resistenza associata a configurazioni ad alto carico aerodinamico rallenta l’auto nei rettilinei lunghi.

È fondamentale avere una relazione ben definita tra i parametri di configurazione dell’auto e l’aerodinamica disponibile quando si configura o si modifica l’auto.

L’aero mapping consente di migliorare l’aerodinamica di un’auto da corsa senza dover sperimentare eccessivamente. Semplicemente, il mapping è effettuato costruendo un modello tridimensionale completo della superficie dell’auto, che può poi essere usato per localizzare e ottimizzare il flusso d’aria intorno al veicolo. Questo può aiutare l’auto a performare meglio ed essere più competitiva in pista.

Le mappe aerodinamiche aiutano gli ingegneri di gara a decidere come configurare i componenti aerodinamici dell’auto per ogni circuito. Mostrano come i cambiamenti in altezza da terra, angoli delle ali, assetto e altri parametri influenzano carico aerodinamico, resistenza e bilanciamento.

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

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

Le mappe aerodinamiche sono anche utilizzate in simulazione. I team possono modellare un nuovo progetto di ala o fondo prima ancora che venga costruito, valutarne l’impatto sull’equilibrio dell’auto e decidere se valga la pena svilupparlo. Questo rende l’aero mapping essenziale non solo per il setup, ma anche per lo sviluppo a lungo termine.

L’obiettivo dell’aero mapping è instradare il flusso d’aria attorno all’auto nel modo più efficace possibile per generare carico aerodinamico e ridurre la resistenza.

Ci sono due vantaggi principali: migliorare le prestazioni dell’auto aumentando il carico aerodinamico e riducendo la resistenza, oltre a mantenerla stabile ad alte velocità.

Durante una gara, l’ala anteriore e l’ala posteriore sono i fattori più importanti per regolare e bilanciare correttamente l’auto. Curvare la superficie inferiore di un’ala in modo che il flusso d’aria debba muoversi più velocemente sotto che sopra produce una forza verso il basso, spingendo gli pneumatici contro la pista e migliorando l’aderenza.

Tutto questo carico aerodinamico, però, aumenta la resistenza, riducendo significativamente la velocità, e influisce sulle relazioni carico/resistenza in varie configurazioni di ali. Per prendere decisioni rapide ed esatte in pista, è essenziale conoscere queste relazioni per ogni configurazione.

In base al setup aerodinamico, un pilota avrà bisogno che l’auto sia il più bilanciata possibile fino a un certo punto. Il pilota può preferire mantenere il centro di gravità in una posizione specifica, diversa da quella del compagno di squadra.

Cosa fa quindi un team in questa situazione? Non si tratta di indovinare! Le ali anteriori e posteriori sono gli unici dispositivi aerodinamici regolabili sull’auto. Il resto del setup è fisso e può essere modificato solo tramite test in galleria del vento. Alle estremità dell’auto, le ali generano elevati carichi aerodinamici, e possono essere regolate per diversi gradi di forza generata.

La corda e l’apertura sono le due misure fondamentali per ciascuna ala, mentre la sezione trasversale determina il design finale. L’angolo d’attacco determina la forza che l’ala produrrà: grazie al suo design l’ala può generare carico anche a zero gradi. Aumentando l’angolo, si produce più carico fino a un certo limite. Oltre questo valore, il flusso d’aria si separa dalla superficie, provocando una consistente riduzione del carico.

Il piano principale e i flap costituiscono le due parti delle ali anteriore e posteriore. Il piano principale, con un angolo d’attacco fisso, genera la maggior parte del carico. I flap servono per la regolazione fine. L’angolo del flap viene modificato per produrre diversi gradi di carico, e uno spostamento di mezzo grado viene usato per ottimizzare il comportamento dell’auto. Un meccanismo simile a un cacciavite consente di cambiare facilmente e rapidamente l’angolo del flap, anche durante un pit stop. Similmente, regolare il flap dell’ala posteriore può aumentare o ridurre il carico al posteriore. Gli ingegneri possono ottenere quantità di forza diverse dallo stesso profilo alare grazie alla complessità dell’aerodinamica.

Anche se la forma base e la performance aerodinamica globale di un’auto da corsa vengono inizialmente progettate su computer, ogni team dedica molto tempo in galleria del vento durante lo sviluppo, testando numerose configurazioni con un modello dotato di molti elementi diversi. Il team testerà centinaia di configurazioni aerodinamiche, analizzando i compromessi tra carico e resistenza, prevedendo le altezze da terra, e aggiustando le sospensioni per ottenere il massimo dall’aerodinamica dell’auto, cercando anche di capire meglio cosa e come impatti la prestazione generale su qualsiasi configurazione testata, mentre mappa meticolosamente i risultati.

Per ogni nuovo design di ala e configurazione dell’auto, viene usata la stessa tecnica. Vengono costruiti modelli di regressione per ciascun parametro per fornire capacità predittive e di miglioramento aerodinamico. La mappa mostra come i componenti alari e le altezze funzionano in termini di portanza e resistenza in varie configurazioni. Tutto viene documentato accuratamente, creando tabelle di dati. Esiste una mappa aerodinamica per ogni ala o configurazione.