Come Funziona una Galleria del Vento in F1?

Le gallerie del vento in F1 funzionano soffiano aria sopra un modello in scala di una vettura per misurare le forze aerodinamiche e ottimizzare il design. Il modello, solitamente al 60% della dimensione reale, viene posizionato nella galleria e sottoposto a velocità del vento fino a 50 metri al secondo. Sensori e telecamere raccolgono dati su resistenza aerodinamica, carico aerodinamico e flussi d’aria, che gli ingegneri utilizzano per perfezionare la forma della vettura per la massima prestazione in pista.

Come Funzionano le Gallerie del Vento in F1

I team di F1 usano la galleria del vento per verificare se le idee che appaiono valide nelle simulazioni al computer funzionano realmente, e per analizzare l’efficacia di diversi concetti, componenti e aggiornamenti.

Nella vita reale, mentre l’auto si muove sul tracciato, attraversa l’aria. Nella galleria del vento, questa situazione viene invertita. Il modello della vettura è fisso e l’aria viene fatta circolare sopra di esso, essenzialmente soffiando il vento con un grande ventilatore.

Le gallerie del vento furono originariamente sviluppate per l’industria aeronautica e sono utilizzate in Formula 1 da 50 anni.

Nel tempo, le gallerie del vento in Formula 1 si sono evolute, diventando sempre più specializzate. Una delle maggiori differenze tra le gallerie aerospaziali e quelle del motorsport è che la galleria F1 ha il suolo mobile.

Si tratta essenzialmente di un nastro trasportatore molto veloce che viaggia alla stessa velocità del vento, simulando di fatto il flusso relativo tra la strada e l’auto.

Se lo chassis reale è fatto in carbonio, il centro del modello in galleria del vento è una struttura solida in alluminio chiamata “spina dorsale”, cui sono fissati vari componenti. Questo consente agli ingegneri di modificare facilmente una parte dell’auto senza influenzare le altre.

La maggior parte delle parti del modello di galleria del vento F1 sono realizzate con la prototipazione rapida e la stampa 3D, e componenti come le ali sono in metallo.

Il modello è pieno di sensori e gli analisti utilizzano diverse tecniche ad alta tecnologia per raccogliere dati. Possono anche cambiare l’altezza e altitudine del modello durante il test per simulare come l’auto cambia e si muove sul tracciato.

Una singola sessione in galleria produce una grande quantità di dati da analizzare. Tutto questo aiuta i team a costruire un quadro dettagliato del comportamento del flusso e a decidere se un concetto o aggiornamento possa progredire fino alla pista.

La galleria del vento della Mercedes è stata progettata per accogliere un’auto in scala 1:1, e in passato è stata effettivamente usata in questo modo, ma le autorità regolatorie hanno ritenuto che fosse troppo costoso, perciò ora i team sono limitati all’uso di modelli in scala 60%.

Ci sono anche altre restrizioni introdotte per ridurre i costi. I team possono usare solo una galleria del vento, e non possono farla funzionare a velocità superiori a 180 kph, ovvero poco più di 110 miglia orarie.

Potrebbe sembrare veloce, ma limita la loro capacità di simulare completamente ciò che accade in pista.

Ci sono anche limiti su quante prove ogni team può eseguire. Queste restrizioni sono in vigore da alcuni anni, ma ulteriori limitazioni sono state introdotte in vista della stagione 2021.

Il numero di test che un team può effettuare dipende ora dalla sua posizione nel Campionato Costruttori.

Il team ultimo classificato ha il 25% di prove in più rispetto al primo, con una scala graduale per i team intermedi.

Le restrizioni sono state ulteriormente rafforzate dalla stagione 2022 in avanti, poiché la FIA cerca di avvicinare le prestazioni dei team. Queste restrizioni hanno obbligato gli ingegneri a ottenere il massimo da ogni prova, costringendoli ad adattare il loro metodo di lavoro.

Inoltre, la stessa galleria ha alcune sezioni interessanti:

• Area di test, costituita da una piattaforma su cui l’auto è posizionata per misurare il sollevamento o carico aerodinamico. È il punto più stretto della galleria, forzando l’aria ad accelerare prima di fluire sopra l’auto.
• Area di propulsione, dove il vento passa attraverso il ventilatore.
• Diffusore, sezione della galleria che si allarga gradualmente, aiutando a rallentare l’aria per dirigerla più facilmente.
• Area di stabilizzazione, situata prima dell’area di test, costituita da una griglia a nido d’ape che guida il flusso lungo un percorso dritto e prevedibile.
• Unità di ventilazione e/o raffreddamento, posta all’interno del ciclo per evitare picchi di pressione dell’aria durante lo spostamento dell’aria.

Ci sono anche diverse parti nell’area di test:

1. Due lunghi bracci che tengono l’auto in posizione.
2. Sotto l’auto, un rullo stradale può essere usato per eguagliare la velocità del vento e impedire all’aria di “attaccarsi” alla strada, falsando così i sensori.
3. L’auto stessa, che può essere solo il 60% della grandezza di un’auto F1 normale.

Domande Frequenti sulle Gallerie del Vento F1

Quali sono i vantaggi dei test in galleria del vento per le auto?

L’aerodinamica è sempre stata sviluppata utilizzando modelli in scala, e ciò continuerà ancora per un po’.

La CFD (computational fluid dynamics) migliora costantemente, ma non può ancora sostituire i test in galleria del vento, anche se l’obiettivo della F1 è eliminare questi test entro il 2030. Attualmente solo due dei 10 team vogliono mantenere le gallerie dopo questa data: Mercedes e, si crede, Red Bull.

Tutti i team principali di F1 utilizzano attualmente programmi con modelli in scala in galleria del vento.

I vantaggi dei test con modelli in scala in galleria del vento sono numerosi:

• Può esserci un’eccellente correlazione tra i risultati dei modelli e le prestazioni reali in pista. È necessaria una galleria precisa, test intelligenti e un modello accurato.
• Precisione. Le migliori gallerie e modelli misurano le forze entro lo 0.1% delle forze totali.
• Velocità di sviluppo. In una sessione tipica di 15 minuti in una galleria avanzata di una squadra F1, si possono simulare fino a 25 atteggiamenti diversi dell’auto, generando un’ampia gamma di dati aerodinamici.
• Flessibilità. I programmi in galleria permettono rapidi cambiamenti in risposta ai risultati ottenuti. Tali modifiche possono variare da semplici regolazioni a interventi più complessi.
• I pezzi di test sono più economici e possono essere progettati e prodotti molto più velocemente rispetto ai test in scala reale.

Quanto costa una galleria del vento F1?

I team di F1 investono circa 60-100 milioni di dollari per costruire una galleria del vento nella propria fabbrica per sviluppare l’aerodinamica.

Le gallerie più sofisticate ed costose usano solitamente un grande ventilatore. Le pale di dimensioni maggiori riducono la turbolenza, ma il flusso può ancora risultare molto turbolento.

McLaren dispone di una galleria lunga 145 metri a forma di anello rettangolare, azionata da un enorme ventilatore con diametro di quattro metri che ruota a 600 giri al minuto.

Prima delle restrizioni del 2009, i team usavano le gallerie tutti i giorni, tutto il giorno.

Con la CFD è ora possibile ridurre l’uso delle gallerie: un software può predire le prestazioni del veicolo in base alle sue dimensioni. Il software migliora costantemente ed è molto più economico dei test fisici.

Quanto tempo in galleria del vento hanno i team F1?

Con l’introduzione del tetto di spesa nel 2021, il numero di test standard è stato ridotto del 30%, portandoli a solo 40 run a settimana.

Per la prima volta, il tempo in galleria e nella CFD è stato determinato in base ai risultati in pista.

Mercedes ricevette il 90% del tempo nel 2021 (36 run a settimana). Scendendo in classifica, l’allocazione aumenta.

Williams (decima) ricevette il 112,5%, ovvero 45 run settimanali.

Le allocazioni sono state ridotte per tutti tranne per i team in nona e decima posizione. Il primo team riceve il 70% (28 run a settimana), il decimo team invece 46.

In passato, lo sviluppo aerodinamico era illimitato, con gallerie operative 24/7 anche in più di una struttura.

Tutti i team F1 hanno una propria galleria del vento?

No, non tutti i team F1 possiedono una propria galleria. Alcuni la condividono, come Ferrari con Haas e Red Bull con Racing Bulls. McLaren e Aston Martin hanno recentemente investito nella loro personale galleria.

Quante ore in galleria del vento hanno i team F1?

I team ricevono un numero prestabilito di ore basato sulla loro posizione nel Campionato Costruttori dell’anno precedente.

Il team ultimo classificato ha più ore, mentre il primo ha meno.

Per il 2024, ciò varia da 320 ore (primo) a 400 ore (decimo).

Qual è il limite di velocità nelle gallerie del vento F1?

La velocità massima consentita è 50 metri al secondo (circa 112 mph), riferita a un modello in scala 60%.

Inoltre, la variazione di velocità non può superare 4.5 metri al secondo quadrato.

Tradotto dall’articolo originale in inglese “How Does An F1 Wind Tunnel Work?“