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I misteri della presa d’aria della Red Bull RB8

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La presa d’aria applicata da Adrian Newey sullo scalino del muso della Red Bull RB8 fa discutere e meditare. Nessuno, ancora, sa spiegare con esattezza la reale funzione di tale apertura. Cosa si nasconde dietro il variegato mondo delle prese d’aria, tra colpi di genio e semplici accorgimenti.

I “MISTERI” DELLA PRESA D’ARIA RED BULL
Finché non verrà svelata la sua reale funzione, quella presa d’aria piazzata lì, nel bel mezzo del censurabile gradino regolamentare che caratterizza anche la nuova Red Bull RB8, farà discutere. Che mai sarà? L’ennesimo ritrovato aerodinamico sfoderato da Adrian Newey? Oppure è semplicemente una innocua presa d’aria di raffreddamento-ventilazione? Mah, nessuno, ancora, può dirlo con esattezza. Certo è che verificare la legalità di tale soluzione non richiede particolari scienze: è sufficiente che la FIA analizzi la vettura, la smonti, la rigiri come un calzino e appuri la conformità al Regolamento della monoposto in questione. Del resto, profili estrattori all’interno del muso (come in ultimo fece la Ferrari nel 2008) sono ormai vietati.

Insomma, ci vorrebbe un’ora (o anche meno…) di verifiche tecniche per comprendere la reale funzione della presa d’aria della RB8. Siamo sicuri che la FIA abbia già effettuato gli accertamenti del caso e abbia ritenuto legale la soluzione. La presa d’aria è collocata al confine tra carrozzeria (muso asportabile) e scocca-cellula di sopravvivenza. Il percorso dell’aria è obbligato: considerato che non vi sono altre aperture superiori (quindi, non è un profilo estrattore), l’aria può entrare nell’abitacolo o uscire dalla parte bassa del muso (ipotesi improbabile ma facilmente verificabile!). Ultima alternativa, l’aria prosegue il proprio cammino all’interno della vettura: all’interno delle fiancate? Chissà.

E allora, quale funzione potrebbe assolvere la ormai famigerata presa d’aria in corrispondenza dello scalino della RB8? Avanziamo possibili alternative:
1. “L’apertura sul muso serve solo a raffreddare l’abitacolo: in passato si usava un buco sulla punta del musetto, ma con quelli di quest’anno abbiamo cercato una soluzione esteticamente più valida”.

Con tali parole, Newey giustifica la presenza della presa d’aria sul gradino. Raffreddamento e ventilazione abitacolo. È l’ipotesi più semplice, alla quale, tuttavia, credono in pochi.

Ma potrebbe anche essere quella più attendibile e plausibile: dire la verità ma, allo stesso tempo, creare quasi inconsapevolmente allarmismo attorno al nulla. Una tattica non inedita ma sempre valida. Una sorta di “depistaggio”, una manovra atta a sviare gli avversari, i quali immaginano chissà quali geniali diavolerie si celino dietro simile presa d’aria. E guarda caso, la RB8, al contrario delle precedenti Red Bull, non presenta più la piccola bocca di ventilazione ricavata sulla punta del muso. Una soluzione in voga da diversi anni e tuttora adottata da quasi tutti i costruttori.

2. La alternativa 2 è collegata alla ipotesi 1. A Newey il gradino sul muso proprio non piace. Egli, pertanto, ricavando una feritoia di ventilazione per l’abitacolo (magari da chiudere o aprire in base alle condizioni meteorologiche) potrebbe aver conferito un look più accettabile al frontale della RB8, come peraltro affermato dallo stesso progettista. E guarda caso, il gradino della Red Bull risulta più tollerabile dal punto di vista estetico (ma pur sempre raccapricciante…) rispetto a tutti gli altri “muretti” regolamentari. Insomma: tanto vale sfruttare il gradino, migliorandone e addolcendone l’aspetto estetico da monolite, ricavandoci una innocente presa di ventilazione ingentilita da un vezzo estetico.

3. È questa una congettura alquanto fantasiosa nella pratica, ma realizzabile sulla carta. Apparentemente (solo apparentemente…), il Regolamento Tecnico lascia ampia libertà circa la configurazione dei sistemi di lubrificazione e raffreddamento (ARTICLE 7: OIL AND COOLANT SYSTEMS). Nella sostanza, però, la configurazione stessa risulta piuttosto vincolata e uniformata. Tuttavia, il Regolamento non impedisce il collocamento di radiatori-scambiatori e serbatoi olio nella zona anteriore della vettura, appena dietro l’asse-ruote anteriore. Ma riteniamo non sia questo il caso.

Anche per ciò che concerne l’installazione in vettura degli organi del KERS (nel particolare, ci riferiamo alle batterie), il Regolamento lascia ampia libertà. È possibile, dunque, collocare le batterie anche nel muso. La presa d’aria, in questo caso, servirebbe a raffreddare eventuali accumulatori.

4. L’abbiamo volutamente lasciata per ultima: l’ipotesi seguente è probabilmente la più suggestiva e tecnicamente stimolante, tuttavia difficile da dimostrare e verificare. L’ipotesi, infatti, va a toccare fenomeni relativi alla aerodinamica esterna e interna.

In aerodinamica esterna, non esistono corpi a resistenza (Cx) nulla o negativa. Per tale ragione, vale il concetto generale di riduzione della sezione maestra di un corpo, compatibilmente con i regolamenti tecnici e in funzione delle esigenze costruttive-progettuali-aerodinamiche e delle caratteristiche dei circuiti.

Il noto gradino, presente sulle monoposto 2012 (fa eccezione la McLaren) e prodotto dai regolamenti FIA, può, in linea teorica, inficiare lievissimamente il Cx di musi che, altrimenti, si svilupperebbero dolcemente e uniformemente.

Dati e sensazioni ufficiosi, sinora, negano questa influenza negativa dello scalino. Verosimilmente è così, tuttavia non è un caso che le estremità dei musetti (oltre lo scalino) presentano tutti un andamento tendenzialmente rettilineo ed il più schiacciato possibile per due ragioni: garantire un flusso di aria abbondante e meno perturbato diretto verso il fondo-vettura (alla base dei musi alti e altissimi), minimizzare la resistenza aerodinamica di questa porzione di muso, la quale, tenuto conto del pronunciato e ripido gradino, non potrà estendersi all’ingiù.

Ebbene, partendo dal presupposto incontrovertibile che tanto più è grande la sezione maestra di un corpo tanto più il suo Cx sarà positivo (cioè, offre resistenza aerodinamica), è possibile, in linea teorica, supporre che la presa d’aria a feritoia ricavata sul gradino della RB8 possa diminuire la sezione maestra dell’elemento stesso.

Infatti, in aerodinamica interna, possono esistere situazioni di Cx nullo o addirittura negativo. In caso di Cx nullo, si riscontra una resistenza aerodinamica nulla. In questo caso, la sezione maestra dei corpi è indifferente. E mediante una presa d’aria, ad esempio, è possibile realizzare tale condizione: energia dissipata nulla, Cx nullo, assenza di resistenza aerodinamica.

In caso di Cx negativo (energia dissipata negativa), invece, si riscontrerebbe una spinta utile, condizione per la quale è bene massimizzare la sezione maestra. Casi di Cx nullo o meglio ancora negativo (ove, cioè, sia possibile ricavare una leggera spinta utile) si realizzano tanto in ambito aeronautico quanto motoristico: tipico esempio, i tunnel radiatori. Attraverso un ottimale disegno del tunnel radiatori, infatti, è possibile minimizzare la resistenza aerodinamica prodotta dalla aerodinamica interna del tunnel stesso sino ad ottenere una modesta spinta utile.

In sostanza, la presa d’aria sullo scalino diminuirebbe la resistenza aerodinamica offerta dall’elemento stesso. Una analogia potrebbe essere la seguente: in caso di vento, si è soliti ricavare dei fori nelle carenature motociclistiche (cupolini compresi). Bucando letteralmente le superfici, la carenatura offre minor resistenza, poiché l’aria trova nei fori degli sfoghi supplementari.

La refrigerazione del motore (ma più in generale, la refrigerazione degli organi meccanici) richiederebbe un articolo a parte. L’argomento è vasto ed intrigante, poiché entrano in gioco i complessi fenomeni di aerodinamica interna appena enunciati. Concettualmente, pertanto, non è affatto sbagliato collocare i radiatori anteriormente e creare, quindi, un tunnel radiatori che si sviluppi sin dal muso delle vetture. È una alternativa possibile. Questa era prassi assai diffusa anche in F1 sino alla prima metà degli Anni 70; poi, la pratica di collocare frontalmente i radiatori acqua/olio è andata gradualmente a morire, non senza aver trovato in Toleman e Tyrrell tra il 1983 ed il 1984 gli ultimi, clamorosi esempi. Tunnel radiatori meticolosamente concepiti, come già spiegato, non solo sono in grado di offrire Cx nullo, ma Cx negativo, offrendo, quindi, spinta utile. Non solo: un accorto posizionamento di radiatori ed un altrettanto minuzioso studio del relativo effusore sono fattori che possono concorrere alla ricerca di maggior deportanza.

Tra gli esempi più lampanti di collocazione anteriore dei radiatori va annoverata la coraggiosa e indubbiamente bizzarra Ensign N179, wing-car sperimentata nel 1979 (in foto). Tutte le masse radianti erano state collocate anteriormente, lasciando completamente libere le pance e affidando loro il solo ruolo di generatori di depressione-effetto suolo.

ensign n179_v1_f1_1979

PRESE D’ARIA, MOLTEPLICI CONFIGURAZIONI E FUNZIONI
Parliamoci chiaro: in una Formula 1 sempre più standardizzata, omologata e orientata al monomarca, qualsiasi quisquilia viene immediatamente spacciata per rivoluzionaria e messa sotto la lenta di ingrandimento. E attorno a tali quisquilie, si costruiscono castelli di panzane mentali e fantasie tecniche ai confini della realtà. Insomma, è sufficiente uscire dal seminato e dallo standardizzato per riuscire a creare un alone di leggenda e mistero attorno ad una qualsivoglia soluzione tecnica.

In questi ultimi anni ne abbiamo sentite e lette di ogni colore. E anche in questo primo scorcio di 2012, si rincorrono voci circa soluzioni tecniche miracolistiche e mirabolanti: roba da fantascienza, da sfera dell’absurdum. Ovvio, si tratta di colossali bufale, sufficienti, però, a generare una sorta di esaltazione collettiva.

Già, esaltazione collettiva aerodinamica (perché tanto sempre di aerodinamica si parla…). Anzi, meglio ancora: eccitazione da soffiatura, da presa d’aria (e sfoghi d’aria). Persino attorno alla solita bocca di ventilazione ricavata sulla punta del musetto della nuova Mercedes W03 si è fantasticato: e se nascondesse qualcosa, e se avesse inedite funzioni aerodinamiche, e se fosse frutto di una ancora ignota tecnologia aliena? Peccato che ancora nessuno abbia sottolineato che anche la Mercedes W02 del 2011 presentava la medesima presa d’aria sul musetto…!

Suvvia, tutto ciò è ridicolo. Torniamo coi piedi per terra. Il mondo delle prese d’aria (e degli sfoghi d’aria-effusori) è straordinariamente affascinante, variegato, ricco di spunti tecnici. Ma attenzione a non spacciare l’aria fritta per oro colato.

Le prese d’aria di ventilazione-raffreddamento del muso e della zona cockpit (benché non particolarmente diffuse su vetture scoperte, come le monoposto) sono, per dirla pop, vecchie quanto il cucco. Eppure, per qualche oscura ragione, si è iniziato a fare caso a tali prese d’aria solo da pochi anni! Da qualche anno, si usano soprattutto boccucce ovali sulla punta dei musetti (e forse una feritoia sullo scalino…), ieri si impiegavano altre tipologie di prese d’aria, comprendenti anche semplici feritoie, aperture rialzate a periscopio (o prese dinamiche vere e proprie) e, meglio ancora, prese NACA. Già, le NACA: geniali, funzionali e anche belle ma incredibilmente e inspiegabilmente rinnegate dalla Formula 1! Chissà se un domani non vengano anch’esse rispolverate e riscoperte…

La ventilazione ed il raffreddamento non riguardano solo l’abitacolo. Prese d’aria che eseguano tale funzione possono essere ricavate in ogni parte della vettura (raffreddamento freni, ecc.).

E naturalmente, quando si pensa alle prese d’aria, vengono subito alla mente le prese d’aria-radiatori (abbinate a effusori), laddove presenti quelle motore e quelle dei sistemi di sovralimentazione. Evidentemente, prese d’aria altamente specializzate e che richiedono attenti studi progettuali.

Non a caso, lo studio teorico e la realizzazione pratica di un qualsivoglia tunnel radiatori costituiscono ambiti di indagini assai interessanti e che, se non fosse per gli ingessanti regolamenti (e non solo in Formula 1), potrebbero presentare rilevanti e inediti sviluppi tecnici, sovente mutuati dal campo aeronautico. Lo steso dicasi per le prese d’aria motore/sistemi di sovralimentazione, per le quali (regolamenti permettendo) esisterebbe una notevole varietà di soluzioni ed interpretazioni.

Esaltazione collettiva aerodinamica, sebbene non inedita. E parlando di prese d’aria molto particolari e singolari, ricordiamo con un sincero sorriso il “buco” ricavato sul muso della Ferrari F2008: un profilo estrattore. Una soluzione interessante, tuttavia non inedita. Lo sfruttamento delle prese d’aria e delle relative uscite d’aria ai fini della ricerca della deportanza rientra in quelle conoscenze e pratiche compiutamente in uso sin dagli Anni 60. La Chaparral, costruttore americano leggendario e ineguagliabile palestra di talenti e innovazioni, ha scandagliato ed esplorato territori aerodinamici sino a quel momento ignoti o solo teorizzati, gettando le basi per la progettazione di tutte le moderne vetture da competizione.

Interessante la tecnica dei profili estrattori anteriori che sfruttano l’aria in uscita dai radiatori e la parte di carrozzeria sovrastante il radiatore stesso con funzioni di flip-up. Soluzione, questa, largamente adottata con successo tanto sulle vetture Sport-Prototipi che formula. Ma già nel 1967, la Chaparral 2F esibisce un profilo estrattore-parzializzatore-compensatore del carico aerodinamico all’avantreno, sfruttando la vistosa presa d’aria frontale ed una uscita d’aria ricavata nella parte superiore della carrozzeria anteriore stessa. Nel 1979, è il turno della immancabile Lotus, la quale, con il modello 80, estremizza il concetto di wing-car. La stupenda vettura si rivela un fallimento, tuttavia presenta soluzioni davvero ardite. Ad esempio, un autentico profilo estrattore sigillato mediante apposite minigonne e ricavato sul muso della vettura stessa. In questi casi, ossia in presenza di profili estrattori, è preferibile parlare di presa d’aria e di uscita d’aria: infatti, per ottenere l’effetto estrattivo-deportante, l’aria deve necessariamente essere deviata verso l’alto, attraverso la parte alta del muso.

Come si evince, una vettura da competizione è un intricato e continuo gioco d’aria, dalle semplici presa d’aria di ventilazione alle più specializzate.

La “misteriosa” presa d’aria della Red Bull riaccende il dibattito tecnico attorno a questi interessanti giochi d’aria: spesso inediti e davvero rivoluzionari, altre volte più semplici e banali di quanto si possa e si voglia immaginare.

Con questo articolo, abbiamo messo sul tavolo diverse tematiche di discussione, di riflessione e, perché no, da sviscerare in futuri articoli. Le opzioni da noi avanzate circa la reale funzione della presa d’aria Red Bull sono del tutto indicative e azzardate, benché non campate in aria.

Pertanto, invitiamo tutti i lettori a partecipare al dibattito, avanzando ipotesi, commenti e considerazioni.

Scritto da: Paolo Pellegrini

 

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5 Commenti

  1. per me la presa d’aria sul muso serve a raffreddare i freni altrimen ti in gra con le alte temperature si surriscalderebbero troppo rischiando di esplodere.

  2. Difficile dire se la portata d’aria entrante dal musetto possa essere efficace sull’aerodinamica della vettura, in special modo nelle curve lente (dove la velocità è molto bassa). La sezione infatti è molto inferiore rispetto alla portata d’aria che si ottiene dalle pance, ed inferiore pure all’airbox, sebbene con uguale velocità (di entrata). Una soluzione del genere immagino preveda l’unione, tramite condotti interni, dell’aria entrante dal musetto con quella entrante dall’airbox e dalle pance, per confluire verso lo sfogo ottenuto sulla parte terminale del cofano.

    Non essendo esperto in materia, posso solo intuire che possa essere una soluzione più efficace al raffreddamento di qualche componente interno (Peraltro, il “destino” di questo flusso d’aria sarebbe uguale a quanto sopra detto).

    Io, però, non sottovaluterei nemmeno la spiegazione ufficiale di Newey: magari è semplicemente una presa d’aria per i piloti….

  3. Innanzitutto complimenti per la completezza dell’articolo! Per quanto riguarda la mia opinione sulla funzione della presa d’aria posta sullo scalino della RB8, penso che serva a diminuire la resistenza aerodinamica (di forma), impedendo a tutta l’aria in contatto col musetto di dover curvare verso l’alto per via del ripido scalino, in quanto una parte entra nella “letterbox” ideata da Newey. I team in effetti dicono che lo scalino non comporta un peggioramento aerodinamico notevole dei flussi: penso che ciò sia dovuto al fatto che buona parte dell’aria forzata a curvare sopra lo scalino vada in ingresso all’airscope, venendo poi sfogata sul retrotreno (a proposito, avete visto l’idea della Mercedes W03 di porre dei tubi per questo scopo?). Per quanto riguarda gli eventuali effetti positivi a livello di spinta dei radiatori (Cx negativo), sinceramente non ne avevo mai sentito parlare; se qualcuno potesse darmi delle spiegazioni al riguardo ne sarei veramente grato! Ero a conoscenza del fatto che con una corretta progettazione dei radiatori, essi possono fornire un minimo aumento della deportanza, ma come fa un radiatore che costituisce un ingombro a darmi una spinta anziché fornirmi della resistenza aggiuntiva?

    • DAI CAVALLINO INIZIA CORRERE X NOI.

  4. Inutile negare che l’oggetto in questione, sia l’argomento maggiormente al centro delle discussioni, sia di questo blog che all’interno di qualsiasi altro luogo ove si tratta l’argomento F1.
    Anche all’interno delle altre squadre, non mancheranno le varie supposizioni, visto che è l’avversario numero uno l’artefice di questa diversità che si contrappone ai loro progetti, ove lo scalino si è massificato.
    Fosse stato un team delle retrovie a realizzare tale diversa interpretazione, sarebbe passata meno osservata, ma il fatto che sia stata la Red Bull a presentarsi diversamente e con un’apertura, laddove gli altri hanno lasciato un ostacolo, e a volerla sia stato un maestro dell’aerodinamica, qualche domanda è lecito ed ovvio porsela.
    Non me ne voglia l’amico Giuseppe (Blade Runner) se gli faccio notare che in merito all’argomento, non se ne è parlato abbastanza e l’argomento non è saturo come lui sosteneva in altra discussione, il cui link evidenzio sotto :

    http://www.circusf1.com/2012/02/tecnica-f1-2012-il-muso-meglio-con-lo-scalino-o-senza.php

    anzi l’argomento lo si ripropone ancora, a dimostrazione che in merito, il blog ritiene ancora sia utile parlarne.
    Probabilmente lo rifaremo ancora a campionato iniziato, in quanto credo che quella presa d’aria, abbia una sua ragione di esistere e che, in un modo o in un altro, dimostri una propria validità.
    Ma a cosa servirà? Si chiede Pellegrini, avanzando varie e possibili ipotesi, invitando la partecipazione dei lettori al dibattito e a esternare le proprie considerazioni.
    La mia ipotesi in merito, l’ho già chiaramente espressa nei post precedenti, in quanto ho apprezzato sia dalla prima vista, la soluzione della feritoia, in luogo delle altre soluzioni che presentano un’ostacolo.
    Tutt’ora, la mia ipotesi in merito è la stessa. Non credo che l’aria raccolta, sia indirizzata verso i radiatori, in quanto il percorso di eventuali dotti laterali, internamente al profilo delle pance, sia troppo tortuoso. Non credo che la feritoia, serva alla ventilazione dell’abitacolo, in quanto in caso di pioggia, l’acqua che si depositerebbe sul muso, verrebbe portata all’interno dell’abitacolo durante la marcia. Pellegrini, ipotizza che la feritoia potesse avere la possibilità di aprirsi e chiudere in base alle condizioni meteo, ma sinceramente, io non ne sono persuaso, in quanto chiudendo il vano internamente, si creerebbe una sorta di scatola che farebbe più resistenza all’aria rispetto al già censurabile scalino. Una sorta di effetto vela.
    Non credo neanche che l’aria sia convogliata nel vano delle batterie del Kers, per la stessa ragione. Si accumulerebbe troppa aria in un vano chiuso che frenerebbe relativamente la vettura.
    La mia ipotesi, è ancora la stessa, ovvero che l’aria venga semplicemente raccolta dalla feritoia e indirizzata con un percorso molto breve verso il fondo della vettura.
    Tale espediente, evita l’impatto dell’aria sul bump e magari, favorisce in una certa misura, anche minima la deportanza.
    Questa è la mia azzardata ipotesi.