F1 | La questione delle ali posteriori flessibili, spiegata semplicemente

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Nelle ultime settimane si è parlato molto della protesta messa in atto dalla Mercedes nei confronti delle ali posteriori della Red Bull. Tra accuse reciproche e paragoni con episodi passati, per gli appassionati non è stato facile raccapezzarsi nei meandri di questa vicenda. Cerchiamo di spiegarla semplicemente

Dopo il Gran Premio di Spagna la Mercedes, attraverso le parole di Lewis Hamilton e Toto Wolff, ha posto l’attenzione sulle ali posteriori della Red Bull ritenendo che queste fossero troppo flessibili, ovvero che si deformassero più di quanto consentito (verso il basso e all’indietro) sotto l’azione del carico aerodinamico.

Queste convinzioni della Mercedes sono state rese evidenti dalle numerose immagini on board circolate in questo periodo, nelle quali è chiaramente visibile come il profilo degli alettoni si abbassi all’aumentare della velocità di percorrenza delle monoposto, e hanno portato la FIA a considerare l’idea di modificare i criteri dei test che verificano questo fenomeno rendendoli più restrittivi.

Confronto tra ali posteriori Red Bull e Mercedes a bassa velocità (Youtube/AnalyticsMeetsRacingF1)
Confronto tra ali posteriori Red Bull e Mercedes ad alta velocità, è evidente la maggiore flessione delle ali della Red Bull (Youtube/AnalyticsMeetsRacingF1)

Quali sono i vantaggi di avere delle ali flessibili?

Innanzitutto cosa si intende per flessibilità? Più che parlare di flessibilità, in questo caso sarebbe corretto riferirsi al fenomeno dell’elasticità, ovvero la proprietà di un materiale di deformarsi sotto l’azione di una forza e di riprendere la configurazione precedente al cessare di essa.

Un’auto di F1 in movimento è sottoposta a varie forze:

  • 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

La resistenza è proporzionale alla deportanza: più aumenta il carico aerodinamico verso il basso generato dalle superfici delle ali, più aumenta la resistenza all’avanzamento. Una maggiore aderenza in curva si traduce inevitabilmente in una penalizzazione in termini di velocità di punta nel rettilineo, la sfida di tutti i team di F1 è quella di trovare in ogni circuito il giusto compromesso tra le due.

ll vantaggio di avere delle ali posteriori flessibili è quindi molto semplice e intuitivo: le ali, abbassandosi ad alte velocità (e quindi ad alti carichi aerodinamici), riducono il proprio angolo di attacco riducendo così la resistenza aerodinamica, per poi ritornare alla loro posizione iniziale a velocità più ridotta (le curve) e poter così sfruttare al massimo la loro configurazione iniziale e ottenere il massimo in termini di deportanza.

In questo modo si conservano i benefici in termini di deportanza nelle curve e si mitiga il dazio da pagare in rettilineo in termini di resistenza. Un’ala flessibile rende quindi possibile l’utilizzo di assetti più carichi, che in condizioni normali sarebbero poco convenienti perché troppo limitanti in rettilineo.

Cosa dice il regolamento

Arriviamo dunque al vero nocciolo della questione. Cosa dice la FIA in merito alla flessibilità delle ali e come la tiene sotto controllo?

L’articolo 3.8 del Regolamento Tecnico intitolato “Impatto dell’aerodinamica” stabilisce che “ad eccezione del DRS e delle prese d’aria dei freni anteriori e posteriori ogni parte specifica della vettura che ne influenza le prestazioni aerodinamiche deve rimanere immobile rispetto alla parte ammortizzata della vettura.”

Ora, premesso che ciò non è fisicamente possibile perché non esistono materiali infinitamente rigidi ma tutti i materiali, quali più quali meno, sono elastici, si può pensare che la FIA richieda che non si verifichino spostamenti apprezzabili da parte degli elementi della carrozzeria, e nel caso specifico delle ali posteriori, per tenere sotto controllo questo fenomeno ha messo a punto dei test stabiliti dagli articoli 3.9.3 e 3.9.4.

I test statici

L’articolo 3.9.3 dice che “la carrozzeria può flettere di non più di un grado orizzontalmente quando un carico di 1000 N viene applicato contemporaneamente alle sue estremità in una direzione all’indietro [in un punto specifico, ovvero] a 825 mm sopra il piano di riferimento e 20 mm in avanti rispetto al bordo anteriore della paratia laterale dell’ala posteriore a 825 mm sopra il piano di riferimento.”

Continuando nel 3.9.4 secondo cui “la carrozzeria non può flettere più di 3 mm verticalmente quando un carico di 500 N viene applicato contemporaneamente su ciascun lato [in un punto specifico, ovvero] 250 mm dietro l’asse della ruota posteriore, 375 mm dal piano centrale dell’auto e 890 mm sopra il piano di riferimento. La flessione sarà misurata alle estremità esterne della carrozzeria in un punto 395 mm dietro l’asse della ruota posteriore.”

Sostanzialmente si tratta di esercitare delle forze orizzontali dirette all’indietro e misurare la rotazione dell’ala posteriore rispetto al piano orizzontale e di posizionare dei pesi ai lati dell’ala posteriore e misurarne lo spostamento verticale. Questi test sono di tipo statico, ovvero (ci possano perdonare gli ingegneri e i fisici che stanno leggendo per la semplificazione) svolti a vettura ferma.

La vettura in movimento e sottoposta al carico aerodinamico si trova in una condizione per l’appunto “dinamica”, tuttavia una situazione del genere è impossibile da replicare nel parco chiuso visti i mezzi a disposizione. In un weekend di F1 i commissari devono controllare più vetture, più volte e svolgendo verifiche molto diverse tra loro, quindi servono test che siano facili da implementare, veloci e ripetibili. Il compromesso migliore sono i test statici, anche se ricalcano solo in parte le condizioni a cui sono sottoposte le vetture quando sono in movimento. Purtroppo, allo stato attuale non si può fare più di così.

Perché la FIA modificherà i test in corso?

Per rispondere a questa domanda è necessario citare l’articolo 3.9.9, forse il più importante tra tutti quelli menzionati finora. In esso leggiamo che “al fine di garantire il rispetto dei requisiti dell’articolo 3.8, la FIA si riserva il diritto di introdurre ulteriori prove di carico/flessione su qualsiasi parte della carrozzeria che sembra essere (o si sospetta) in movimento mentre la vettura è in movimento.”

Come ben noto i team di F1 sono sempre un passo avanti rispetto a chi scrive i regolamenti, come è normale che sia viste le risorse e la quantità di personale di cui dispongono, e puntualmente trovano il modo di sfruttare il regolamento a proprio vantaggio sfruttandone i limiti e le zone grigie, quindi se quest’ultimo prescrive che un’ala non può flettersi più di 3 mm a 500 N, essi troveranno il modo di farle flettere oltre 3 mm solo a carichi superiori a 500 N, superando così le verifiche tecniche ma riuscendo ad aggirare il regolamento.

Ed è proprio per contrastare questo meccanismo che la FIA ha inserito la possibilità di inasprire i test. In sostanza le ali devono essere immobili e si stabilisce una deformazione massima a un certo carico, dopodiché si mettono a punto i test. Appena ci si accorge che qualcuno è riuscito ad aggirare questi test, se ne mettono a punto altri più restrittivi: si modifica il carico richiesto e/o si riduce la deformazione massima tollerata.

Ed è esattamente quello che sta succedendo ora: Mercedes ha fatto notare che le ali della Red Bull infrangono l’articolo 3.8 (ovvero non sono immobili) pur rientrando nei parametri stabiliti dai test negli articoli 3.9.3 e 3.9.4 e la FIA sta valutando se inasprire i test come previsto dall’articolo 3.9.9.

In poche parole, l’articolo 3.9.9 consente alla FIA di modificare gli articoli 3.9.3 e 3.9.4 al fine di far rispettare l’articolo 3.8. Non si può quindi parlare di cambio di regole in corso, proprio perché in questo contesto esiste già una regola che prevede che la FIA possa cambiare le regole.

La Red Bull è irregolare?

La Red Bull rientra nei parametri richiesti dai test statici, pertanto rispetta gli articoli 3.9.3 e 3.9.4, ma è evidente che le sue ali non siano immobili, per cui non rispetterebbe l’articolo 3.8 e risulterebbe irregolare. Tuttavia l’unico modo di verificare l’ottemperanza a questo articolo sono i test, appunto superati. Quindi allo stato attuale non ci sono prove, tra quelle che il regolamento consente di raccogliere, che permettano di dire che la Red Bull è irregolare, ma solo prove “visive”, ovvero le immagini on board.

A dire il vero, guardando gli on board, quasi tutti i team risulterebbero irregolari ma anche loro hanno superato i test. Per mettere nero su bianco la loro irregolarità, quindi, sarebbe necessario che la FIA adottasse i già citati test più restrittivi, ma nel momento in cui questi venissero adottati i team sarebbero già pronti con delle ali nuove e conformi ad essi.

Per questo motivo l’irregolarità della Red Bull (e di tutti gli altri) è improbabile che venga formalizzata. L’unico rischio concreto a cui tutti i costruttori andrebbero incontro sarebbe un aumento di costi: ridisegnare e ricostruire tutte le ali per la stagione in corso, in tempi di budget cap, non sarebbe di certo una buona notizia.

Possibili scenari futuri

Come visto nello scorso weekend al GP di Baku, la FIA è al lavoro per trovare una soluzione. Ad esempio, sono stati posti dei marker colorati sulle ali di alcune monoposto per monitorarne gli spostamenti attraverso le on board camera. Queste rilevazioni hanno solo carattere conoscitivo, non possono essere usate come prova per stabilire un’irregolarità o meno (l’unico metodo ammissibile allo stato attuale sono i test statici) ma possono essere usate dalla FIA per capire se sia il caso o meno di andare avanti nella questione ed eventualmente scegliere di inasprire i propri test.

La decisione sembra ormai presa ed è difficile che si torni indietro: dal 15 giugno, ovvero dal weekend del Gran Premio di Francia, i test saranno più restrittivi e verosimilmente saranno tollerati spostamenti minori a fronte di carichi più elevati.

Il rischio di un aumento di costi è certo ed è visto con timore dalle squadre, soprattutto dai team più piccoli. Inoltre il regolamento, così come è scritto, consentirebbe di reiterare la pratica “istituzione dei test, squadre che si adeguano riuscendo ad aggirarli, inasprimento dei test” potenzialmente all’infinito.

Questo episodio, come tanti se ne sono visti in F1, a prescindere da come finirà è una dimostrazione di come principi sulla carta semplici, immediati e di facile interpretazione debbano scendere a compromessi con la realtà di tutti i giorni, complessa e imperfetta per via delle proprie limitazioni, e che per questo non possano essere soddisfatti al 100%. Una declinazione, se vogliamo, dell’annosa diatriba tra caso ideale e caso reale. Incubo di ogni ingegnere.

Immagine di copertina da Red Bull Content Pool
Frame tratti dal video di AnalyticsMeetsRacingF1 su Youtube

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