Scarichi ed effetto coanda, tutti a copiare la Sauber C31

Se fino allo scorso anno la Red Bull incarnava il principale riferimento tecnico in F1, quest’anno pare che la Sauber C31 abbia improvvisamente raccolto questo impegnativo testimone. In particolare, sono le fiancate e gli scarichi della monoposto svizzera a suscitare curiosità, ammirazione e perplessità tra la concorrenza.

I progettisti ne sanno una più del diavolo. E sebbene la FIA insista con questa sciocca e odiosa politica fatta di bavagli, divieti e censure tecniche, i tecnici progettisti riescono (ma per quanto ancora?) ad aggirare e interpretare con saggezza e scaltrezza i ferrei regolamenti. La configurazione delle fiancate e degli scarichi della Sauber C31 e Red Bull RB8 rappresentano, in ordine di tempo, un valido e ingegnoso tentativo di “aggiramento” legale (ribadiamo, assolutamente legale) del Regolamento, allo scopo di riprodurre quanto più possibile le condizioni di carico riscontrabili con appositi diffusori soffiati.

Nei primi due Gran Premi della stagione, la favorita Red Bull RB8-Renault è apparsa stranamente sottotono. Al contrario, e soprattutto in Malesia, la Sauber C31-Ferrari si è dimostrata vettura veloce e competitiva, caratterizzata da un ottimo comportamento tanto sull’asciutto quanto sul bagnato. Ma una buona vettura è nulla senza piloti in grado di ben condurla: a riguardo, da sottolineare le convincenti prestazioni di Pérez e Kobayashi, sempre costanti e veloci.

Come accennato precedentemente, la Sauber C31 presenta una configurazione fiancate-scarichi particolarmente efficiente. Talmente intelligente da essere persino ripresa e reinterpretata da Adrian Newey per la Red Bull RB8. Della RB8 ci eravamo già occupati in marzo (articolo “Il genio di Newey stupisce ancora: i segreti della Red Bull”). In quella occasione, avevamo messo alla lente d’ingrandimento le singolari fiancate e gli scarichi della vettura anglo-austriaca, sottolineando, appunto, quanto la Sauber C31 abbia ispirato il buon Newey (che al contrario di tanti altri suoi colleghi apprezza apertamente e senza ipocrisie le soluzioni altrui).

Sebbene più ricercate e aerodinamicamente complesse, le fiancate della Red Bull palesano evidenti analogie con quelle della Sauber C31, monoposto quest’ultima progettata da Matt Morris.

La Sauber C31 presenta scarichi annegati all’interno di singolari fiancate “regressive” (terminologia valida anche per le fiancate Red Bull) e collocati in posizione piuttosto avanzata (soluzione scelta da diversi costruttori). La carrozzeria stessa in prossimità dei terminali di scarico è attentamente studiata. Prendiamo, ora, in esame una singola fiancata e relativo terminale di scarico.

A valle del terminale si sviluppa un invito divergente, ossia orientato verso il bordo esterno dello Step Plane. Da notare come solo tale invito (e relativa area perimetrale) sia rivestito in materiale refrattario. Vale a dire, solo la zona investita direttamente dai caldissimi gas di scarico. Apparentemente, solo apparentemente, i gas di scarico verrebbero espulsi “random” in direzione delle ruote posteriori. In realtà, i gas di scarico vengono indirizzati con cura verso una soffiatura-profilo alare ricavata nella parte terminale dello Step Plane, proprio davanti le ruote posteriori. Tale soffiatura, inoltre, è accuratamente “riparata” internamente mediante una piccola deriva verticale atta a ottimizzare i flussi al retrotreno. È ipotizzabile che tale soffiatura (una per lato) sia deputata anche alla produzione di carico aerodinamico.

In questa zona di fondo piatto (lo Step Plane, appunto, l’area di fondo rialzata di 50mm rispetto al Reference Plane) è possibile ricavare aperture, sempre rispettando il limite di 50mm di raggio (anche altri costruttori presentano piccole soffiature sullo Step Plane).

L’intento, ovvio, è cercare di riprodurre le condizioni aerodinamiche e quindi i valori di deportanza ottenibili mediante scarichi soffianti in corrispondenza del profilo estrattore. Bisogna dire, però, che un terminale di scarico molto prossimo al profilo estrattore o addirittura annegato in esso risulta molto più efficace in termini aerodinamici rispetto ad uno scarico posto più distante, poiché il suo effetto eiettore sarà maggiore. Parentesi: anche la soluzione Renault sperimentata nel 2011 (scarichi particolarmente avanzati e soffianti all’inizio della rastremazione delle pance) era molto interessante e aerodinamicamente intelligente e sensata. Oggi, come noto, è vietata dalla FIA.

In questo senso, in virtù dei risultati sinora colti, la Sauber ha compiuto un rimarchevole salto in avanti; infatti, nel 2011, la Sauber C30 non era in grado di sfruttare al meglio i gas di scarico ai fini della deportanza. Invece, i tagli e i divieti regolamentari attuati dalla FIA in tema di scarichi pare abbiano arrecato benefici al team di Hinwil. È altresì vero che la soluzione adottata anzitutto da Sauber e Red Bull è tecnicamente assai stimolante (speriamo che non la vietino…), forse persino più difficile da mettere a punto rispetto ad un vero e proprio profilo estrattore soffiato.

Tanto la Sauber C31 quanto la Red Bull RB8 sfruttano, per i loro giochi d’aria, l’ormai famoso effetto Coanda, tornato alla ribalta in questo 2012 (ma in realtà è sempre stato presente!). Tale effetto, che prende il nome dal proprio scopritore, Henri Coanda (siamo nei primi anni del Novecento), descrive una particolare proprietà dei fluidi sperimentabile anche a casa (verificabile, ad esempio, mettendo sotto l’acqua di un qualsiasi rubinetto il lato convesso di un cucchiaio; l’esperimento si può fare con qualsiasi superficie solida, anche rettilinea) e riconducibile ai complessi fenomeni di strato limite e alla viscosità, grandezza fisica che descrive l’attrito interno di un fluido.

In sostanza, un fluido (liquido o gassoso) tende ad “incollarsi” ad una superficie solida. Ciò avviene perché gli strati di fluido in corrispondenza della superficie solida (quelli immediatamente a contatto con essa, per intenderci) tendono a rallentare (fenomeni di strato limite); in conseguenza a ciò, gli strati di fluido immediatamente più esterni tendono a “ruotare”, ad “arrotolarsi” attorno agli strati inferiori più lenti, realizzando, quindi, l’adesione del fluido alla superficie solida. L’adesione del fluido alla superficie solida avviene in determinate condizioni di curvatura della superficie stessa o di incidenza del fluido rispetto alla suddetta superficie. L’effetto Coanda, pertanto, ricopre un ruolo centrale in ogni applicazione aerodinamica e fluidodinamica: dal campo aeronautico alle vetture da competizione.

Mediante tale effetto, allora, è possibile indirizzare e convogliare i gas di scarico dove desidera il progettista. Mediante inviti divergenti, quindi, i gas vengono indirizzati in aree che definiremo “aerodinamicamente sensibili”: la rastremazione delle fiancate, lo Step Plane, il profilo estrattore.

La Sauber C31 incanalerebbe i gas di scarico in direzione dei vertici terminali dello Step Plane (ove sono state ricavate le già citate soffiature): pertanto, l’intento è ancora alimentare mediante l’effetto eiettore dei gas di scarico i flussi che inondano lo Step Plane e, quindi, il fondo-vettura.

Sulla Red Bull, invece, si impiega il medesimo principio per alimentare i due piccoli e supplementari estrattori ricavati in corrispondenza dello Step Plane, sfruttando un tunnel che separa la parte finale delle fiancate “regressive” dallo Step Plane.

In questo ultimo caso, avevamo ipotizzato una qualche “ingestione” per effetto Coanda dei gas di scarico (provenienti dagli inviti divergenti) all’interno del suddetto tunnel. Lo scopo, ancora, è alimentare ed energizzare il più possibile i flussi che scorrono in tale area grazie all’effetto eiettore dei gas di scarico anche in fase di rilascio (fase in cui i gas di scarico continuano a fuoriuscire, benché meno energici, anche in assenza di “mappature” ad hoc e indotte post-combustioni).

Come evidenziato, lo scopo delle pance “regressive” e scarichi che sfruttano l’effetto Coanda è uno solo: cercare la tanto bramata deportanza, alimentando mediante l’effetto eiettore dei gas di scarico aree “sensibili”, quali il profilo estrattore e, più in generale, tutto il retrotreno. Non solo: sfruttando l’effetto Coanda è possibile indirizzare verso l’ala posteriore (o un qualsivoglia profilo alare) il getto di gas di scarico, il quale, appunto, alimenterà i flussi attorno al profilo.

A quanto pare, i tecnici Sauber stanno facendo funzionare a dovere il sistema. Al contrario, la Red Bull (che non dobbiamo dare per spacciata) ancora palesa inattese incertezze, peraltro non sappiamo se riconducibili tutte al cattivo funzionamento dell’insieme fiancate-scarichi.

Tutta da gustare, ora, la posizione della FIA e delle altre scuderie. La FIA, sinora, non ha rilevato anomalie regolamentari per quanto concerne fiancate, scarichi, soffiature supplementari e tunnel su Sauber e Red Bull. Tuttavia, è storia recente, i colpi di coda della FIA sono sempre in agguato: in futuro, la Federazione Internazionale potrebbe bandire totalmente ogni soffiatura supplementare in corrispondenza dello Step Plane. E, ipotesi peggiore, potrebbe addirittura serrare ulteriormente le maglie del Regolamento in tema di scarichi. Tutto (purtroppo) è possibile.

La concorrenza, dal canto suo, si muove nella direzione tracciata da Sauber, Red Bull e McLaren (anche la Mp4/27 ha scarichi con inviti divergenti). Come sempre accade nello sport del motore (soprattutto quando i regolamenti sono particolarmente ed eccessivamente vincolanti), coloro i quali sono costretti ad inseguire cercano di copiare, studiare, emulare, reinterpretare le mosse e le soluzioni di chi vince. Una prassi comune e generalizzata ma che non è sinonimo di automatica e immediata competitività. Insomma, non basta copiare per vincere.

Ciononostante, l’insieme fiancate-scarichi della Sauber C31 costituiscano, oggi, il sogno proibito di molti costruttori. Ad iniziare dalla Ferrari, la quale, forse già a partire dal GP di Cina (più verosimilmente dal GP di Spagna), potrebbe presentare una nuove veste fiancate-scarichi in stile Sauber.

Naturalmente, gli inseguitori cercano di copiare (spesso senza ritegno e senza almeno provare a eseguire variazioni sul tema…) le soluzioni di chi sta davanti. Tuttavia, questo gioco non sempre riesce. Occorre sottolineare, infatti, che la Sauber C31 nasce già attorno a siffatte fiancate e siffatti scarichi. Pertanto, non si tratta di una soluzione ripresa da altri e “appiccicata” in fretta e furia. Gli esercizi di copiato falliti sono storia passata e recente.

Ancora una volta, il team svizzero capitanato da Peter Sauber riesce a lasciare il segno, fiero della propria indipendenza economica e tecnica. Sempre defilato e lontano dai riflettori, Sauber è stato capace, nella sua lunga e gloriosa ultradecennale carriera (dalle ruote coperte alla Formula 1), di sfidare i Golia dell’automobilismo. E quando bisognava vincere (o almeno provare) e farsi belli, anche i big dell’auto hanno dovuto bussare alla porta del costruttore svizzero: Mercedes prima (all’epoca del Gruppo C), BMW dopo (in Formula 1).

Ed oggi, quasi magicamente, la Sauber si ritrova puntati addosso gli occhi di tutta la Formula 1. Sguardi di sincera ammirazione, ma anche (e purtroppo) ostili e sospettosi. La FIA, sinora, osserva freddamente e fortunatamente non ha intenzione di prendere provvedimenti punitivi e proibizionisti. Ma qualora la FIA dovesse mettere al bando anche le fiancate, gli scarichi e le intelligenti soffiature proposte dalla Sauber, commetterebbe l’ennesimo clamoroso errore. Proibire l’effetto Coanda è fisicamente impossibile, e questo i tecnici lo sanno bene. Per tale ragione, non ha alcun senso scagliarsi contro quei team che, intelligentemente, impiegano delle sorta di profili estrattori soffiati; non ha alcun senso, quindi, reputare illegali simili sistemi. Vietare l’effetto Coanda sarebbe come impedire agli aerei di volare…

Scritto da: Paolo Pellegrini

L'autore
Redazione CircusF1
  1. Piero Reply

    Grandissimo errore!
    La macchina non è stata progettata da Matt Morris, ma tutto questo è ancora frutto del lavoro di James Key!!!!
    E per di più queste superfici aerodinamiche arrivano dall’aerodinamica… quindi nulla a che vedere con il chief designer matt morris, che è solo capo progettista, ma non scolpisce le forme dell auto (che vengono appunto definite dall’aerodinamica)!!!

  2. salvatore Reply

    Diciamo le cose come stanno la Sauber C31 in Malesia era la macchina da battere, infatti, solo Perez era più veloce di Alonso, mentre Mac Laren e Red Bull di fatto non hanno mai impensierito la Ferrrari. M
    a quello che fà maggiore rabbia è il fatto che una macchina con lo stesso motore e lo stesso cambio della ferrari sia più veloce della medesima!!!!

  3. lucius Reply

    oltre a me c’è veramente qualcuno che legge e capisci veramente….

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