Le auto di F1 sono le macchine automobilistiche più sofisticate al mondo, sono composte da tantissimi componenti e ogni anno 10 squadre e 20 piloti inseguono lo stesso obiettivo: Diventare campioni del mondo. Ma ogni anno i team hanno anche un’altra sfida, ovvero costruire la miglior macchina possibile per poter diventare campioni. In questo articolo andremo ad analizzare le monoposto di F1 nel dettaglio e vedremo come funziona una Formula 1!
REGOLAMENTI DELLA FORMULA 1
I regolamenti del 2022 hanno un principio guida: consentire gare più ravvicinate cercando più sorpassi.
Cosa impedisce di avere gare più ravvicinate? L’effetto della perdita di carico aerodinamico derivante dall’aria sporca che viene espulsa da un’auto davanti.
Per mettere qualche cifra, la ricerca mostra che le macchine di F1 prima del 2022 perdevano il 35% del loro carico aerodinamico quando percorrono tre lunghezze di vettura dietro a quella in testa (circa 20 metri, misurati dal muso della vettura di testa al muso dell’auto che segue), mentre si avvicinano a la lunghezza di un’auto (circa 10 metri) comporta una perdita del 47%.
L’auto del 2022 che mette a dura prova il fenomeno aerodinamico noto come “effetto suolo”, riduce tali cifre al 4% a 20 metri, salendo ad appena il 18% a 10 metri.
AERODINAMICA
Il carico aerodinamico è una forza che spinge l’auto verso il basso, aumentandone così la trazione e migliorandone la velocità in curva. È generato dal design aerodinamico della vettura che utilizza alcuni elementi per indirizzare i flussi d’aria sopra e sotto il veicolo. Le forme generano deportanza creando un’area ad alta pressione sopra la monoposto e un’area a bassa pressione sotto di essa, che la tiene attaccata al suolo.
Il downforce è cruciale poiché senza di esso la macchina non potrebbe mai raggiungere le performance elevate a cui siamo abituati e senza questa aderenza al terreno, i piloti perderebbero l’auto molto più facilmente. La maggior parte del carico delle nuove monoposto è generato dal fondo che, creando una zona a bassa pressione tiene la monoposto verso l’asfalto. Questo è possibile grazie a dei sofisticati canali aerodinamici e una forma specifica del fondo vettura che gli ingegneri creano in modo da velocizzare l’aria che li attraversa e ridurre al minimo le turbolenze.
Dell’aria pulita, essenziale per il raffreddamento, entra nelle pance laterali e attraversa il veicolo, uscendo sotto l’ala posteriore. L’ala posteriore, curvata verso l’alto, svolge anche lei un ruolo critico nella generazione di downforce, ma comporta anche un aumento del drag, ovvero della resistenza all’avanzamento. Ogni team, a seconda del tipo di pista, porta con se una o più ali con specifiche diverse: ad alto, a medio o a basso carico aerodinamico in modo da adattarsi nel migliore dei modi al tracciato in questione e trovare il perfetto compromesso tra downforce e drag, ovvero la migliore efficienza aerodinamica.
TELAIO
I telai delle monoposto di Formula 1 sono realizzati con materiali avanzati, come la fibra di carbonio. Questi materiali sono scelti per la loro combinazione di leggerezza, rigidità e resistenza agli impatti. La fibra di carbonio è particolarmente apprezzata per la sua elevata resistenza specifica, che consente ai telai di essere leggeri e resistenti allo stesso tempo.
Il telaio di una monoposto di F1 è progettato come una struttura a scocca, che fornisce supporto per tutti i componenti principali della vettura, inclusi il motore, la trasmissione, la sospensione e il sistema di sicurezza. La scocca è progettata per essere estremamente rigida per garantire una guida precisa e reattiva, nonché per assorbire e dissipare l’energia in caso di collisione.
I telai delle monoposto di Formula 1 devono inoltre superare rigorosi test di crash per garantire la sicurezza dei piloti. Questi test valutano la capacità del telaio di assorbire e dissipare l’energia in caso di incidente, proteggendo l’abitacolo e riducendo al minimo le forze trasmesse al pilota.
ALA ANTERIORE
Affinché le vetture possano seguire da vicino riducendo al minimo il disturbo aerodinamico e aumentare le opportunità di sorpasso, è stata modificata la concezione aerodinamica delle monoposto a partire dal 2022. L’ala anteriore rappresenta il primo elemento che interagisce con il flusso d’aria. Le sue caratteristiche e il suo utilizzo influenzano significativamente il comportamento dell’intera vettura.
Il flusso d’aria si divide sul bordo anteriore dell’ala e prosegue lungo la sua superficie inferiore. Una parte minore del flusso attraversa gli spazi vuoti tra i flap. Se l’ala fosse un elemento singolo, dovrebbe essere inclinata con un angolo di incidenza molto ridotto. Tuttavia, aumentando l’inclinazione, il flusso d’aria andrà in stallo presto sulla superficie inferiore, causando stallo aerodinamico. Per evitare ciò, sono stati introdotti spazi vuoti che generano un flusso d’aria ad alta velocità grazie alla differenza di pressione tra la parte superiore e inferiore dell’ala.
ALA POSTERIORE
L’ala posteriore delle monoposto di Formula 1 è stata soggetta a significative modifiche per favorire il sorpasso e migliorare il seguito tra le vetture in pista. Questa nuova filosofia aerodinamica ha introdotto una serie di cambiamenti progettuali mirati a ridurre il disturbo aerodinamico e a favorire il passaggio dell’aria sotto l’ala, creando così condizioni ottimali per un maggiore carico aerodinamico e una migliore aderenza alle curve.
La nuova ala posteriore è stata progettata con un profilo che favorisce una maggiore turbolenza del flusso d’aria, riducendo l’effetto di scia che può ostacolare le vetture che seguono da vicino. Questo è stato ottenuto attraverso una combinazione di modifiche alla forma e all’inclinazione dell’ala, nonché attraverso l’introduzione di elementi aggiuntivi che aiutano a disturbare il flusso d’aria e a renderlo meno efficiente per l’ala stessa.
Inoltre, sono stati introdotti regolamenti che limitano la complessità delle ali posteriori, consentendo così una maggiore dipendenza dalle capacità dei piloti e delle squadre di ottimizzare il set-up delle vetture in base alle condizioni di pista e alle strategie di gara.
Complessivamente, l’obiettivo dell’ala posteriore è quello di favorire una maggiore competitività e spettacolarità nelle gare di Formula 1, permettendo alle vetture di seguire da vicino e facilitare i sorpassi, rendendo così le gare più avvincenti per i piloti e gli spettatori.
SOSPENSIONI
Le sospensioni di un’auto di Formula 1 sono molto diverse da quelle di un’auto normale, perché devono garantire il massimo delle prestazioni in termini di aderenza, stabilità e aerodinamica. Le sospensioni di una F1 sono composte da due triangoli sovrapposti che collegano il mozzo della ruota al telaio, e da un elemento di collegamento che trasmette il movimento del mozzo al gruppo molla-ammortizzatore. Questo elemento può essere o una barra che spinge (push-rod) o una barra che tira (pull-rod), a seconda della sua posizione e inclinazione. Le molle e gli ammortizzatori sono solitamente posizionati all’interno del telaio, per ridurre il peso e la resistenza aerodinamica e sono collegati alle barre di torsione, che sono delle molle a forma di asta che si deformano quando vengono ruotate.
In generale, una sospensione di tipo pull rod è più leggera, ha ingombri ridotti e sposta leggermente il baricentro della vettura verso il basso, garantendo una miglior tenuta di strada. Altro vantaggio delle sospensioni pull rod è che, posizionandosi in basso, riescono a mantenere libero il flusso d’aria che arriva ai radiatori.
Al contrario, una sospensione push rod permette regolazioni più rapide, in quanto risulta più rapido smontare la parte superiore dello chassis piuttosto che quella inferiore. Sospensioni di questo tipo vengono utilizzate se l’altezza del muso è maggiore, perché in questo caso sospensioni pull rod sarebbero difficilmente utilizzabili. Il braccetto può ostruire il passaggio d’aria, ma spesso i team lo trasformano in una specie di piccolo flap che può indirizzare l’aria in punti utili.
Non c’è quindi una scelta migliore in assoluto per quanto riguarda le sospensioni, dipende molto dal design e dalla filosofia generale della monoposto.
LA POWER UNIT
Parliamo di Power Unit e non di un semplice “motore” perché si tratta di un sistema più complesso costituito da una parte termica “classica” e una elettrica, tecnologicamente molto avanzata, che mira a recuperare un po’ di energia che viene dissipata nelle varie fasi di funzionamento della vettura.
La Power Unit è formata dall’ICE (Internal Combustion Engine), motore a combustione alimentato a benzina, e dall’ERS (Energy Recovery System): l’ERS si divide, a sua volta, in MGU-H, MGU-K e ESS.
Tutto il sistema di recupero energia (ERS) di una Power Unit lavora per restituire al motore quella spinta che, fino ad ora, veniva data soltanto dal carburante, e lo fa accumulando energia elettrica in alcune batterie agli ioni di litio (queste batterie costituiscono l’ESS di una Power Unit).
Qui entrano in gioco MGU-H e MGU-K, le vere innovazioni tecnologiche della Power Unit: l’MGU-H ha la funzione di convertire in energia elettrica il calore dei gas di scarico della vettura, mentre l’MGU-K, che è direttamente collegato alla trasmissione, recupera energia cinetica in fase di frenata.
A completare il quadro di una Power Unit c’è una centralina di gestione dell’energia che regola lo scambio di potenza generata e recuperata tra le varie componenti: stiamo parlando della Control Unit MGU.
La principale differenza tra MGU-K e MGU-H, oltre alla fonte di energia alla quale attingono, è data dal nuovo regolamento: infatti, mentre l’MGU-H può fornire continuamente energia alla Power Unit, l’MGU-K può immagazzinare nelle batterie dell’ESS una quantità limitata di energia per ogni giro.
È per questo motivo che, al sabato, è cosa rara vedere i piloti effettuare due giri lanciati in rapida sequenza: quel che si definisce cooldown lap, ossia un giro di raffreddamento, serve non solo a far respirare freni e gomme, ma anche a ricaricare le batterie della Power Unit grazie all’MGU-K, così da poter spingere al massimo per tutta la durata del giro seguente.
L’aria delle pance laterali scorre e raffredda il motore e le altre componenti sotto la scocca per poi uscire dal retro dell’auto. Gli scarichi del turbo sono due, ognuno corrispondente a ciascun ingresso di scarico per far fuoriuscire i gas in eccesso quando necessario.
SIDEPODS
Le pance laterali delle monoposto di Formula 1 svolgono un ruolo fondamentale nell’aerodinamica delle vetture. Questi componenti, noti anche come sidepods, sono situati ai lati della vettura, sopra il fondo piatto, e sono progettati per gestire il flusso d’aria intorno alla vettura e influenzare le prestazioni in pista.
Le pance laterali sono progettate per gestire il flusso d’aria intorno alla vettura, dirigendolo in modo da ottimizzare l’aerodinamica complessiva. Questi componenti sono modellati e sagomati per creare vortici aerodinamici che migliorano l’efficienza della vettura, generando downforce per migliorare l’aderenza alle curve e la stabilità in rettilineo.
Le pance laterali non servono solo a migliorare l’aerodinamica della vettura, ma svolgono anche un ruolo cruciale nel raffreddamento del motore e dei componenti elettronici. All’interno di queste strutture sono posizionati radiatori e sistemi di raffreddamento per mantenere le temperature dei componenti del motore e dell’elettronica entro limiti accettabili durante le gare.
Le pance laterali contribuiscono anche alla gestione del peso della vettura e alla distribuzione dei carichi aerodinamici. La posizione e la forma delle pance laterali sono studiate attentamente per garantire una distribuzione ottimale del peso sulla vettura, migliorando la stabilità in tutte le condizioni di guida.
Le pance laterali sono integrate con altri componenti aerodinamici della vettura, come le ali anteriori e posteriori, il diffusore e gli scarichi. Questa integrazione è fondamentale per massimizzare l’efficienza aerodinamica complessiva della vettura e garantire una perfetta armonia tra tutti i componenti aerodinamici.
In questa esplorazione delle monoposto di Formula 1, abbiamo gettato uno sguardo approfondito sulle innovazioni che guidano il mondo delle corse automobilistiche. Abbiamo analizzato ogni parte di un’auto di F1, dall’aerodinamica, al motore e abbiamo visto come la Formula 1 sia all’avanguardia dell’innovazione tecnologica.
In definitiva, la Formula 1 rimane un esempio straordinario di come la tecnologia possa trasformare il mondo dello sport, ispirando innovazione, eccellenza ingegneristica e passione per le corse in tutto il mondo. Con un occhio sempre rivolto al futuro, la Formula 1 continuerà a spingersi oltre i limiti, mantenendo la sua posizione come la massima espressione dell’ingegneria automobilistica, alla ricerca della massima velocità.
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