Ali vincenti: dall'Aeronautica alla F1 e l'influenza dell'aerodinamica aeronautica sui veicoli terrestri

La Formula 1 ha fatto tesoro delle conoscenze aeronautiche per potenziare le performance delle vetture da corsa. Ma con una differenza fondamentale: se gli aerei puntano a librarsi in volo, le monoposto devono massimizzare il contatto con l'asfalto.

L'aerodinamica degli aeromobili si basa su un principio ingegnoso: le ali presentano una parte superiore bombata e una inferiore più lineare. Questo design particolare fa sì che il flusso d'aria crei zone di pressione differenti - più alta sotto, più bassa sopra - generando quella spinta verso l'alto necessaria per il volo.

La grande innovazione nel mondo delle corse arrivò quando Colin Chapman e il suo team Lotus, nel 1976, ebbero un'intuizione geniale: applicare il principio di Bernoulli (teorizzato più di due secoli prima) in modo completamente nuovo. Capovolgendo il tradizionale profilo alare, riuscirono a convertire la spinta ascensionale(portanza) in una forza diretta verso il basso(deportanza).

Le sperimentazioni in galleria del vento portarono a una scoperta cruciale: installando un'ala invertita nei fianchi della vettura, in prossimità del suolo, si generava una potente azione aspirante. Un fenomeno, battezzato "effetto suolo", che si intensificava quanto più l'auto si avvicinava al terreno. Per massimizzare questo effetto, il team snellì il profilo del telaio e della carrozzeria.

Questa rivoluzione tecnologica permise alla vettura di sviluppare una straordinaria forza deportante che la manteneva letteralmente "incollata" al circuito. Non è un caso se oggi ben l'80% del grip di una Formula 1 è garantito proprio da questa spinta aerodinamica. Il successo della Lotus 78, pioniera dell'effetto suolo, fu immediato: cinque vittorie nel suo primo anno di gare confermarono la genialità di questa innovazione.

EFFETTO SUOLO: Un flusso che attraversa una restrizione aumenta la sua velocità e crea una zona di depressione(equazione del Bernoulli), aumentando l'effetto deportante della struttura.

L'effetto suolo si può comprendere osservando un telone in una giornata ventosa e tenendolo vicino al suolo: si può osservare che quando è abbastanza vicino al suolo il telo verrà tirato verso il suolo. Questo è dovuto al principio di Bernoulli; man mano che il telo si avvicina al suolo, la sezione trasversale disponibile per il passaggio dell'aria tra esso e il suolo si restringe. Ciò fa sì che l'aria acceleri e di conseguenza la pressione sotto il telo diminuisce mentre la pressione sulla parte superiore non è invariata,  questo comporta in una forza netta verso il basso. Gli stessi principi si applicano alle auto. 

FORZE AGENTI SU UN AUTO DI F1

• Deportanza: la forza verso il basso generata dalle superfici aerodinamiche, tra cui le ali

• Resistenza: la forza orizzontale contraria al senso di marcia

• Spinta del motore: in direzione e verso di marcia

• Peso: per effetto della gravità, verso il basso

• Attrito del terreno sulle gomme: contraria al senso di marcia

• Reazione vincolare: esercitata dal terreno verso l’alto, pari alla somma della deportanza e del peso.

Dal Cielo alla Terra: L'Influenza dell'Aerodinamica Aeronautica sui Veicoli Terrestri

L'influenza dell'aerodinamica aeronautica sui veicoli terrestri rappresenta uno dei più significativi trasferimenti di conoscenze nella storia dell'ingegneria dei trasporti. Questo processo ha rivoluzionato il modo in cui progettiamo e costruiamo i veicoli terrestri, portando a innovazioni fondamentali nel campo delle prestazioni e dell'efficienza.

Il principio fondamentale che ha fatto da ponte tra cielo e terra è l'inversione del concetto di portanza. Mentre gli aerei utilizzano profili alari per generare una forza verso l'alto che li sostiene in volo, le auto da corsa hanno capovolto questo principio, utilizzando profili alari invertiti per generare deportanza, una forza che spinge il veicolo verso il basso migliorandone l'aderenza e la stabilità. Questa applicazione rappresenta un esempio brillante di come un principio aeronautico sia stato adattato per rispondere alle esigenze specifiche dei veicoli terrestri.

La gestione dei flussi d'aria, cruciale per il volo degli aerei, è stata similarmente adattata per i veicoli terrestri. Gli aerei cercano di minimizzare la resistenza per volare efficientemente, e questo stesso principio viene applicato alle automobili per ridurre i consumi di carburante, migliorare la stabilità alle alte velocità e ottimizzare il raffreddamento dei sistemi meccanici. Questa condivisione di principi ha portato all'adozione di tecniche di studio comuni, come l'uso della galleria del vento, inizialmente sviluppata per l'aeronautica, e le moderne simulazioni computerizzate (CFD).

L'influenza dell'aeronautica si estende anche agli elementi strutturali. I materiali compositi, come la fibra di carbonio, originariamente sviluppati per l'industria aerospaziale, sono ora ampiamente utilizzati nella costruzione di veicoli ad alte prestazioni. Anche il design delle superfici e le tecniche di produzione hanno beneficiato enormemente dall'esperienza aeronautica.

Nelle auto stradali, questa influenza si manifesta nella forma a goccia, derivata direttamente dagli studi aeronautici, e nell'attenzione al coefficiente di resistenza (Cx), che segue gli stessi principi utilizzati negli aerei. La gestione dei flussi laminari, fondamentale in aeronautica, viene applicata anche alle automobili per ottimizzare l'efficienza aerodinamica.

Le auto da corsa rappresentano forse l'esempio più evidente di questo trasferimento tecnologico. Utilizzano profili alari multipli derivati da studi aeronautici, sfruttano l'effetto suolo (studiato inizialmente in aeronautica) e gestiscono i vortici seguendo principi sviluppati per gli aerei. Anche i veicoli commerciali hanno beneficiato di questa conoscenza, adottando deflettori, carenature e appendici aerodinamiche basate su principi aeronautici.

Le innovazioni moderne includono sistemi attivi come il DRS (Drag Reduction System) in Formula 1, alettoni mobili e flap adattivi, tutti ispirati da tecnologie aeronautiche. I materiali avanzati continuano a evolversi, con compositi aerospaziali, rivestimenti superficiali speciali e strutture leggere che trovano nuove applicazioni nei veicoli terrestri.

I benefici pratici di questo trasferimento tecnologico sono evidenti nelle prestazioni migliorate dei veicoli moderni. La maggiore stabilità, la migliore aderenza, le velocità più elevate e i consumi ridotti sono tutti risultati diretti dell'applicazione di principi aeronautici. La sicurezza ne ha beneficiato attraverso una maggiore stabilità ad alta velocità, un migliore comportamento in curva e una migliore resistenza al vento laterale. L'efficienza è migliorata grazie alla minore resistenza all'aria, ai consumi ridotti e a un migliore raffreddamento dei sistemi.

Storicamente, questo processo di trasferimento tecnologico è iniziato negli anni '20-'30 con le prime auto streamline, ha visto un boom negli anni '60-'70 con l'introduzione delle prime ali in Formula 1, e continua nell'era moderna con una completa integrazione dei principi aeronautici nella progettazione automobilistica. Questo scambio di conoscenze tra cielo e terra continua a evolversi, portando a innovazioni sempre più sofisticate nel campo dei trasporti terrestri.

Timeline delle Soluzioni Aerodinamiche in F1 e MotoGP