F1 | 2021, regolamento tecnico rivisto. La storia, la struttura e le novità

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2021, regolamento tecnico rivisto. La storia, la struttura e le novità

La nuova era della Formula 1 analizzata punto per punto di 01 Novembre 2019, 23:50

Non solo esteticamente o negli obiettivi. La rivoluzione che vedrà protagonista la Formula 1 a partire dal 2021 partirà dal basso: più precisamente dal regolamento tecnico che, dopo anni di sostanziale uniformità nella sua struttura e concezione, vedrà alcune importanti modifiche per seguire la linea del cambiamento imposta da Liberty Media.

LA STORIA

Il regolamento tecnico, così come lo conosciamo strutturalmente, è nato nel 1980. Fino al 1981 compreso è stato incluso nell'allegato J del codice sportivo internazionale pubblicato dalla FIA, insieme a tutte le altre categorie motoristiche. Per trovare il primo articolo dedicato espressamente alla "Formula internazionale 1" bisogna tornare indietro all'articolo 293 dell'annuario del 1966, mentre antecedentemente si è parlato genericamente di "Sports Cars".

Nel 1966 le norme relative alla Formula 1 erano racchiuse in due pagine: sarà così, con leggere modifiche successive, fino alla fine del 1975. Dal 1976 vengono stabilite regole comuni per Formula 1, Formula 2 e Formula 3, con articoli poi dedicati ad ognuna di esse: la F1 viene citata nel 274. Nel 1978 vengono apportate alcune modifiche ma è, appunto, dal 1980 in poi che il regolamento tecnico assume le sembianze viste fino ad ora, con articoli numerati ancora oggi come allora.

Dal 1982 in poi, ovvero dopo il Patto della Concordia, il regolamento F1 viene pubblicato a parte e non è più incluso nell'annuario della FIA.

Tornando ai giorni nostri, il regolamento 2019, sviluppatosi nel corso degli anni, è ora diviso nei seguenti capitoli:

1. Definitions - Definizioni
2. General Principles - Principi generali
3. Bodywork and dimensions - Carrozzeria e dimensioni
4. Weight - Peso
5. Power Unit - L'equivalente di Engine nel 1980
6. Fuel system - Impianto di alimentazione
7. Oil and coolant systems and charge air cooling - Olio e sistema di raffreddamento / raffreddamento ad aria
8. Electrical systems - Sistemi elettronici
9. Transmission system - Sistema di trasmissione
10. Suspension and steering system - Sospensioni e sterzo
11. Brake system - Impianto frenante
12. Wheels and tyres - Ruote e gomme
13. Cockpit - Abitacolo
14. Safety equipment - Equipaggiamento di sicurezza
15. Car construction - Costruzione vettura
16. Impact testing - Test d'impatto
17. Roll structure system - Struttura Roll-bar
18. Static load testing - Test di carico statici
19. Fuel - Carburante
20. Engine oil - Olio motore
21. Television camera and timing transponders - Telecamere televisive e trasponder per il cronometraggio
22. Final text - Testo finale

Come potete notare, tutti i capitoli del regolamento 1980 sono inclusi in quello 2019, nel quale compaiono anche tutte le norme relative alla sicurezza non ancora stabilite ai tempi. La differenza in termini di pagine è, però, enorme. Il regolamento tecnico 1980 contava 20 pagine, quello 2019 ben 111. Questo significa che, nel corso degli anni, i vari capitoli si sono sviluppati con l'aggiunta di articoli e limitazioni che hanno portato alla situazione attuale, con monoposto sempre più simili data la ristrettezza dei regolamenti.

LA STRUTTURA

Nel 2021 le cose si complicheranno ancora di più, perché si passerà a ben 138 pagine normative. Per l'occasione alcuni capitoli sono stati rivisti o accorpati.

1. General Principles
2. Definitions
3. Aerodynamics components
4. Mass
5. Power Unit
6. Fuel System
7. Oil and coolant systems and charge air cooling
8. Electrical systems
9. Transmission system
10. Suspension, steering systems, wheels and tyres
11. Brake system
12. Car construction and Survival cell (chassis)
13. Safety Structures and homologation
14. Safety equipment
15. Materials
16. Fuel and engine oil
17. Components' classification
18. Approved changes for subsequent years

Appendix 1. Regulation volumes
Appendix 2. Drawings
Appendix 3. Power Unit systems, functions, components and supply perimeter
Appendix 4. 2021-2025 Power Unit homologation
Appendix 5. 2021-2025 Fuel and engine oil supply
Appendix 6. Information regarding standard supply components and prescribed design components.

I primi due capitoli, "Definitions" e "General Principles" si sono scambiati d'ordine, con quest'ultimo che apre il nuovo regolamento tecnico. L'articolo delle definizioni, a sua volta, è stato più che dimezzato negli articoli, con quelli eccedenti ora inseriti all'interno dei capitoli di competenza.

I capitoli dal 3 al 9 restano uguali come disposizione, sebbene con alcune modifiche concettuali. Il capitolo 3, "Bodywork and dimensions", "Carrozzeria e dimensioni", diventa "Aerodynamics components", ovvero "Componenti aerodinamici". Come prima include tutte le norme relative alle dimensioni della monoposto e dei suoi componenti. Ali, fondo, carrozzeria anteriore e posteriore. Il capitolo 4 non parla più di peso ("Weight") ma di massa ("Mass") relativamente alle forze in gioco su totale del veicolo, distribuzione dei pesi generale, ruote, pilota e zavorre.

I capitoli dal 5 al 9 riguardanti Power Unit, carburante, olio/raffreddamento e sistemi elettronici non contengono cambi sostanziali nella loro struttura, a parte l'integrazione delle definizioni del vecchio capitolo 1 e pochissime aggiunte. All'interno dei sistemi elettronici è stato inglobato il vecchio capitolo 21, contenente le norme relative alle telecamere ed ai transponder.

La seconda parte del regolamento è stata invece riorganizzata. Il capitolo 10, dal 2021, non includerà solo le norme relative a sospensioni e sistema di sterzo ma includerà anche la parte relativa a cerchi e gomme, assegnata fino ad ora al capitolo 12. Resta inalterato il capitolo 11, relativo al sistema frenante. Il capitolo 12, relativo a costruzione veicolo e cellula di sopravvivenza, riprenderà quanto specificato nella sua vecchia disposizione, ovvero al capitolo 15, includendo anche il 13, dedicato specificamente all'abitacolo.

La sicurezza sarà regolamentata dai capitoli 13 e 14, relativi a "Strutture di sicurezza ed omologazione" ed "Equipaggiamento di sicurezza". Il primo racchiude quanto specificato fino ad ora nei capitoli 16, 17 e 18, relativi ai test d'impatto frontale, quelli sul roll bar ed ai test di carico. Il secondo riprende, in modo più compresso, quanto contenuto nel precedente capitolo 14.

Il nuovo capitolo 15, relativo ai materiali, definisce i principi sui materiali permessi e proibiti, con specifiche eccezioni. Il 16, "Carburante ed olio motore", include i due vecchi capitoli 19 e 20.

Il nuovo capitolo 17, "Classificazione dei componenti", include definizioni, principi generali e liste di componenti che, a partire dal 2021, dovranno essere prodotti e/o forniti direttamente dai team o da soggetti terzi. Questo aspetto verrà poi approfondito successivamente.

Infine il capitolo 18, che sarà aggiornato progressivamente, comprenderà le modifiche approvate per gli anni dal 2022 al 2025.

I CAMBIAMENTI

Piano cartesiano | La prima, importante novità risiede nell'approccio alle misurazioni. Dal 2021 si passerà al sistema di riferimento cartesiano tridimensionale, basato sulle coordinate X, Y e Z relative alle direzioni nei tre assi con distanze espresse, se non diversamente specificato, in millimetri. Il tutto, evidentemente, strizza l'occhio alla progettazione in CAD.

Gli articoli 2.10 e 2.11, all'interno del capitolo delle definizioni, sono incentrati sulla spiegazione del nuovo standard di misurazione. Nel 2.10 si definiscono due modelli, "Volumi" e "Superfici" di riferimento, che saranno utilizzati nei vari articoli con le diciture "RV-" ed "RS-" seguite dalla parte presa in esame, ad esempio "RS-FLOOR-PLAN" per la superficie del fondo piatto.

Nel 2.11 si definiscono i diversi sistemi di riferimento cartesiani che possono venire utilizzati nei diversi articoli del regolamento; nonostante i sistemi di riferimento usati siano molti, ci sono alcuni principi comuni a tutti:

- L'asse X è parallelo sia al piano di riferimento della macchina che al piano centrale della macchina ed è diretto verso la parte posteriore.
- L'asse Y è perpendicolare all'asse X, è parallelo al piano di riferimento ed è diretto verso la parte destra della macchina (guardandola da dietro verso il davanti); inoltre l'origine dell'asse sarà sempre presa in corrispondenza del piano centrale della macchina.
- L'asse Z è perpendicolare al piano di riferimento, è diretto verso l'alto e ha la propria origine sempre nel piano di riferimento.

Insomma, all'interno del regolamento vengono definiti una serie di sistemi di riferimento cartesiano che differiscono tra loro solamente per la posizione longitudinale dell'origine. Ad esempio le due ruote anteriori definiscono un loro sistema di riferimento la cui origine si trova al centro dell'asse anteriore in corrispondenza del piano di simmetria della monoposto e ad una quota pari a quella del piano di riferimento.

L'appendice 1 contiene le misure relative alle varie parti della monoposto, definite in sigle come "RS-FLOOR-REAR", "RV-BODY-FRONT" o "RS-CH-NOSE" poi richiamate dal capitolo 3.

Un esempio di misurazione con il nuovo piano cartesiano

Capitolo 3, la rivoluzione aero | La parte del regolamento che più di tutte segna il cambio d'epoca della Formula 1 è il numero 3, relativo all'aerodinamica delle monoposto. Supportato, appunto, dall'appendice 1 e dal piano cartesiano, definisce dal punto di vista tecnico le nuove misure e caratteristiche della carrozzeria e delle componenti aerodinamiche che le nuove vetture dovranno rispettare.

L'obiettivo principale dei nuovi regolamenti è quello di avere una competizione più avvincente e monoposto che possano correre più vicine tra loro. Tutto lo studio aerodinamico è stato incentrato su questo traguardo. L'immagine sopra spiega meglio di tutte ciò che si vuole ottenere dalla nuova configurazione aerodinamica. Lo sforzo intende creare uno spostamento dell'aria sporca verso l'alto rispetto a quanto succede ora, in modo da permettere a quella pulita di restare ad altezza dell'auto che segue.

Questa immagine presenta il risultato degli studi effettuati. Con la nuova configurazione aerodinamica si stima che una macchina che segue a distanza di circa cinque metri (ovvero la lunghezza di una monoposto) perda solo il 14% del suo carico aerodinamico (dal 100% all'86%) rispetto al 45% attuale. A tre macchine di distanza la perdita sarebbe solo del 6% invece del 32% attuale. A sette macchine di distanza, circa 35/40 metri, solo del 2% contro il 21% attuale. Se le simulazioni dovessero essere confermate dai dati della pista si avrebbe un miglioramento eccezionale, ottenuto negli ultimi dieci anni con l'introduzione del DRS. Il sistema di sorpasso con l'ala mobile, sulla cui abolizione si erano sparse voci in passato, sarà mantenuto anche con le nuove monoposto.

Al fine di ottenere questo risultato le modifiche più importanti riguardano le appendici alari ed il fondo piatto, dal quale si intende ottenere la maggior parte del carico aerodinamico rispetto a quanto accade ora. Dai render proposti dalla Formula 1 il fondo delle monoposto 2021 si protrae oltre le bocche delle fiancate anteriori, con bargeboard e castelletti di deviatori di flusso vari che non saranno più presenti per un'aerodinamica più snella e meno complessa nella zona anteriore. Il muso, invece di mostrare una piega verso il basso accentuata alla fine del telaio, scende più dolcemente con un andamento lineare, che ricorda le monoposto dei primi anni '90. Il diffusore è molto più generoso nelle dimensioni, proprio per contribuire a creare quell'effetto di rialzo dei flussi d'aria in favore delle monoposto che seguono. L'ala anteriore sarà ancora a freccia mentre quella posteriore appare ancora più accentuata. Per pulire ancora meglio i flussi saranno presenti delle alette sopra le ruote anteriori, mentre le ruote saranno dotate di copricerchi.

Misure e peso | Non cambia nulla per quanto riguarda la carreggiata, che resta di due metri. Il passo massimo invece - la distanza della linea centrale tra ruota anteriore e posteriore - è fissato a 3600mm. Dato di cui tenere conto visto che, relativamente al 2019, tutte le monoposto superano questa misura, con la Mercedes W10 accreditata di un passo di oltre 3700mm.

Aumenta ancora il peso minimo delle monoposto. Dal 2021 le Formula 1 non dovranno pesare meno di 768 kg, carburante escluso, per un aumento di 25 kg. Resteranno invariate le altre regole sulla distribuzione dei pesi, sulle zavorre e sul peso del pilota, che deve ora essere di almeno 80kg incluso equipaggiamento, sedile ed eventuali zavorre aggiunte per raggiungere tale valore.

Power Unit | In un regolamento che resterà sostanzialmente stabile, con le F1 che correranno ancora con dei V6 da 1.500cc, ci sono comunque delle modifiche da segnalare. Il limite di 15.000 giri per l'albero a gomiti è stato rimosso, mentre le parti che compongono la turbina dovranno essere messe sotto approvazione della FIA, con la richiesta che dovrà pervenire entro il 1° novembre dell'anno precedente l'entrata in vigore del regolamento. Saranno aggiunti sensori per rilevare la corrente in ingresso ed uscita sia dall'Energy Store che dall'MGU-K. Il peso minimo della Power Unit passerà da 145 a 150kg. Per quanto riguarda il flussometro verranno intensificati i controlli al fine di prevenire abusi sulla quantità di carburante massima utilizzabile, mentre un massimo di 0.25 litri di benzina potranno essere contenuti in un serbatoio separato dalla cellula di sopravvivenza, solo ai fini del funzionamento del motore.

Pannelli led | Come successo in Indycar in passato, le nuove Formula 1 saranno dotate di display prodotti da fornitori terzi per visualizzare informazioni utili agli spettatori. In aggiunta, anche le quattro ruote saranno dotate di pannelli led rotanti. Gli articoli relativi sono l'8.18 e l'8.19, argomentati successivamente nell'appendice 6.

Cambio | Il cambio delle monoposto per il 2021 dovrà essere omologato dalla FIA e dovrà restare sostanzialmente inalterato per cinque stagioni, fino al 2025. Potranno essere effettuate modifiche, su supervisione della FIA, solo per risolvere problemi di affidabilità oppure, ad inizio di ogni anno, per diminuire i costi del componente. In entrambi i casi la modifica non dovrà avere influenza positiva sulle performance e dovrà essere documentata e condivisa con tutti i team. Sarà permesso, nell'arco dei cinque anni, un solo aggiornamento a cavallo tra due anni. Per quanto riguarda la lunghezza dei rapporti (rimarranno 8 più retromarcia) questa dovrà essere definita prima del Gran Premio inaugurale della stagione 2021 e, durante la stagione, potrà essere apportata una sola modifica. Nel caso in cui un team utilizzi un cambio prodotto da un altro team, i rapporti dovranno essere i medesimi.

Cerchi e gomme | Il 2021 vedrà un passaggio epocale relativamente alle ruote. I cerchi da 13" saranno abbandonati per adottare quelli da 18", che entreranno in vigore già nel 2020 in Formula 2. Le gomme passeranno, all'anteriore, da una larghezza compresa tra 370 e 385 mm ad una compresa tra 345 e 375mm. Al posteriore, invece da una larghezza tra 455 e 470 ad una tra 440 e 470mm. Per quanto riguarda il diametro totale, passerà da 670mm (o 680mm in caso di gomme da pioggia) a 725mm (o 735mm). Le termocoperte saranno permesse ancora per due stagioni: a partire dal 2023 saranno abolite. Saranno presenti, infine, dei copricerchi come visto tra 2007 e 2009.

Freni | Con l'aumento del diametro dei cerchi da 13" a 18", all'anteriore saranno permessi dischi dal diametro da 330mm contro i 278 attuali, misura massima che verrà invece mantenuta per il posteriore. Inoltre è stato fissato un diametro minimo per i fori di raffreddamento di 3mm.

Sicurezza | Le due strutture di impatto laterale, definite al momento dall'articolo 13.5, saranno sostituite da una struttura unica in via di definizione. Pertanto questa parte del regolamento è "sospesa".

CLASSIFICAZIONE COMPONENTI

Un'altra grande novità è la classificazione dei componenti introdotta dal capitolo 17. Ad eccezione della Power Unit e dei suoi sistemi, tutti i componenti montati dalle F1 saranno divisi in cinque categorie argomentate nei seguenti articolo:

17.3 Listed Team Components (LTC) | Componenti progettati e costruiti in proprio dai team, i quali godono dei relativi diritti di proprietà intellettuale.
17.4 Standard Supply Components (SSC) | Componenti forniti direttamente dalla Federazione ai team.
17.5 Prescribed Design Components (PDC) | Componenti costruiti dai team (o da soggetti terzi) su specifiche inviate dalla FIA e che possono essere venduti ad altre squadre.
17.6 Transferable Components (TRC) | Componenti progettati e costruiti in proprio dai team, i quali godono dei relativi diritti di proprietà intellettuale (come gli LTC) ma che possono essere venduti a team clienti.
17.7 Open Source Components (OSC) | Componenti le cui specifiche vengono fornite dalla FIA e che i team possono sviluppare, a patto di informare la FIA stessa e gli altri team della modifica.

Sulla base di questa classificazione il capitolo 17, all'articolo 17.8, mostra una tabella contenente l'elenco di tutti i componenti, l'articolo di appartenenza all'interno del regolamento tecnico e la loro classificazione per le stagioni dal 2021 al 2025, con le voci in giallo che indicano un cambio di classificazione rispetto all'anno precedente.

Nel 2021 diventeranno standard (SSC) la pompa della benzina, i cerchi, diversi sensori (tra cui quelli della pressione gomme), le termocoperte (che saranno poi eliminate dal 2023) e l'equipaggiamento per i pitstop. Diverse altre parti dovranno essere costruite su indicazioni della FIA (PDC), tra cui: mozzi e sistema di ritenzione delle ruote, cestelli anteriori e posteriori, deviatori sopra le ruote anteriori, copricerchi, struttura anteriore del fondo, struttura di impatto posteriore (dal 2022 anche quella anteriore). Diverse parti dei freni, tra cui pinze e sistema di controllo del freno posteriore, diventeranno standard dal 2023 ma già dal 2021 le specifiche saranno fornite dalla FIA in forma Open Source (OSC), modificabili quindi dai team.

CONSIDERAZIONI

Il primo interrogativo rispetto al nuovo regolamento tecnico riguarda la libertà progettuale degli ingegneri. Si tratta della prima volta in cui una serie di nuove regole - a conti fatti una rivoluzione, ancor più di quanto successo nel 2017 - viene presentata con tanto clamore mediatico insieme ad un prototipo che, all'occhio del pubblico, potrebbe indicare una tendenza futura ad avere monoposto sempre più simili tra loro. Oltre all'aspetto estetico vanno considerate anche le restrizioni sui componenti, tra quelli che diventeranno progressivamente standard e quelli che dovranno essere costruiti su indicazioni della Federazione. Il rischio da evitare in assoluto, quando si parla di F1, è quello di eccedere con le restrizioni e con le parti standard, trovandosi con una Formula dai costi comunque alti ma con parti comuni a tutti i concorrenti.

Il secondo punto di domanda riguarda l'efficacia in pista dello studio che sta alla base di questa rivoluzione, ovvero avere corse più combattute e monoposto più vicine tra loro in scia. Sarà quindi da verificare sul campo l'effettiva possibilità per le monoposto che seguono di restare più vicine senza perdere carico aerodinamico.

Dal punto di vista tecnico una delle sfide più probanti per gli ingegneri sarà legata alla progettazione delle nuove sospensioni. Con il passaggio ai cerchi da 18" e la diminuzione di altezza della spalla delle nuove gomme, queste non potranno più "aiutare" ammortizzatori e molle come succede ora; pertanto dovranno essere ricalcolati tutti i carichi sulle quattro ruote, ripartendo quasi da zero sotto questo aspetto.

Ovviamente sarà possibile vedere modifiche a questo regolamento nel corso dei prossimi mesi. In linea generale è apprezzabile l'intento, ricercato comunque da anni, di avere gare più godibili. Come sempre, però, bisognerà attendere le prime gare per capire se l'obiettivo è stato raggiunto.

Nei prossimi giorni seguirà l'approfondimento relativo al regolamento sportivo: anche per questo sono previste diverse novità.

(Si ringrazia Andrea Gardenal per la collaborazione)



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