IL MUSO DELLA RED BULL FLETTE . EMULAZIONE DI UN MASS DAMPER?

Il sistema può essere schematizzato con due masse, m1 schematizza la massa dell’oggetto su cui si vuole ottenere l’effetto ammortizzante. La massa m2 rappresenta lo smorzatore (mass damper) ed è collegata ad m1 con un sistema sospensivo. Le sollecitazioni provenienti dal basamento si trasmettono alla massa m1 inducendo una vibrazione. Il movimento indotto su m1 si trasmette anche al mass damper. È possibile dimostrare che esiste una frequenza della sollecitazione F0 per la quale le vibrazioni su m1 sono fortemente attenuate. Ciò accade perché la massa m2 trasmette ad m1 una forza uguale ed opposta a quella trasmessa dalle vibrazioni provenienti dal basamento.

Questo sistema consiste di una massa principale m1, ad esempio una ruota e un braccio di sospensione, con una molla e smorzatorek1/c1. La forza a terra è F0. Una forza variabile F1 è applicata a m1. Il sistema viene modificato aggiungendo un sistema massa/molla/smorzatore m2, k2 e c2.

Una grandezza importante per il sistema è la frequenza della forza applicata a terra, F0, come risultante della forzante F1.

Mass Damper applicato alla Formula 1

In F1, questa tecnologia è stata utilizzata per la prima volta dalla Renault F1, nel Gp di Monza della stagione 2005. In un primo momento, tale sistema, è passato completamente inosservato dagli addetti ai lavori. Lo scandalo scoppiò nella stagione successiva (2006) quando la FIA, su sollecitazioni di alcuni team, lo ha proibito dopo il Gp di Francia, ordinando di rimuoverlo a tutte le scuderie che lo utilizzavano
Nella stagione 2006, il sistema Mass Damper, fu utilizzato in gara anche da Ferarri, Red Bull, Toro Rosso e Midland e stava per essere introdotto anche da McLaren e BAR che lo avevano provato e collaudato lungamente durante i test. Ferrari e Renault avevano introdotto una cosa analoga anche nella zona posteriore con ottimi risultati in pista.
13 giorni prima del Gp di Hockenheim, arrivò la beffa della FIA, che vietò a tutte le squadre l’utilizzo del mass damper in quanto fu definito dai tecnici della Federazione come un dispositivo mobile aerodinamico. Questa decisione lasciò spiazzati in quanto la FIA sapeva dell’esistenza e dell’uso di questo dispositivo già nella stagione 2005 e avrebbe potuto vietarlo tranquillamente prima dell’inizio del mondiale 2006.

Mass Damper della Renault 
Come prima cosa, dobbiamo dire che il sistema mass damper non è una parte del sistema sospensivo di una monoposto. Pat Symond aveva provato a spiegare alla FIA, con una relazione di 60 pagine, che tale dispositivo era parte integrante della sospensione anteriore ma la Federazione, giustamente, rigetto la tesi difensiva degli ingegneri Renault F1.

Disegno di Giorgio Piola prelevato su www.f1technical.net

L’ingegnere che ha inventato questo sistema è Rob Marshall (attualmente in Red Bull)  ed è costituito da una massa, di solito intorno a 9 kg di peso che è sospesa tra due molle. Si trova all’interno del muso della vettura come mostrato dal disegno in fianco.

Un ammortizzatore di sospensione (sospension damper) agisce insieme ad un sistema di molleggio in modo da influenzare il movimento verticale di una massa non sospesa (ruota,pneumatico e sospensioni). A sua volta il movimento combinato di queste masse non sospese influenza il movimento della massa sospesa (carrozzeria della vettura). Infatti nel caso di una vettura di Formula Uno, dovremmo parlare di “semi-molle”  piuttosto che di “masse non sospese”, perché ogni pneumatico si comporta come una vera e propria molla. La vettura di Formula Uno usa delle molle molto rigide  in quanto il controllo della piattaforma aerodinamica, formato dalla massa sospesa, è molto più importante dell’incremento di grip meccanico che è garantito dalle masse non sospese. È questo compromesso che spiega perché il pneumatico Formula Uno è specificamente progettato per agire come una molla.
Il corpo vettura potrebbe essere mantenuto ragionevolmente stabile, ma il carico aerodinamico che produce deve essere trasmesso nel migliore dei modi e nel modo più efficace possibile alle gomme. Questa è solo pura teoria in quanto, a causa delle irregolarità dell’asfalto e ad altri fattori esterni (es. cordoli), il carico aerodinamico varia in continuazione, modificando anche il livello di aderenza della monoposto sulla pista. Questa variazioni rendono la vettura più instabile e quindi più difficile da guidare con la conseguenza di essere più lenta nei riscontri cronometrici.

Per questo è nato il mass damper che ha lo scopo di rendere più uniformi le fluttuazioni e per cercare di stabilizzare il più possibile il carico aerodinamico in ogni zona del circuito.
Il Mass Damper (vedi immagine a lato) è un cilindro sigillato (4), collocato in posizione verticale nella parte anteriore del telaio in un punto intermedio, in congiunzione tra le due semi-masse con cui esso lavora

La massa a forma di disco (1), pesava circa 9kg ed è sospesa fra due molle (2-3) di diverso passo e rigidità, contenute, al pari di un involucro (4) con uno stelo che lo ancora all’interno della struttura deformabile del muso.
L’ammortizzatore supplementare (5) aveva lo scopo di controllare la variazione di altezza da terra.

Il mass damper è uno smorzatore inerziale che grazie all’oscillazione di una  massa di 9 Kg, abbinato ad un sistema di molle, genera un’oscillazione verticale del sistema sospensivo con una frequenza in grado di interferire con quella delle gomme a contatto con l’asfalto. Questo dispositivo aveva lo scopo di stabilizzare  il muso della vettura in curva, che così non beccheggiava passando sui cordoli o su leggere asperità; questo permetteva di mantenere stabile il flusso aerodinamico che investiva il resto della vettura, che risultava così molto più guidabile (miglior utilizzo delle gomme) e con un carico aerodinamico molto costante. I vantaggi migliori si possono ottenere impiegando assetti molto rigidi riuscendo comunque, grazie al mass damper, di ridurre il saltellamento della vettura. 

La scuderia che nel 2006 si lamentò di questo particolare congegno meccanico, fu la McLaren in quanto pur avendolo realizzato e provato non riuscì mai a renderlo efficiente. Anche la Ferrari non si oppose più di tanto quando la FIA lo rese illegale in quanto la monoposto di Maranello non era stata studiata fin dall’inverno attorno a questo dispositivo come invece era avvenuto per la Renault R26. La scuderia francese progettò la propria monoposto, sia meccanicamente (sospensioni anteriori e posteriori), sia aerodinamicamente attorno al mass damper ed è per questo che, quando la FIA lo proibì, la vettura perse di competitività

Inverno test Montmelo

Lo scandalo sull’ala della Red Bull è scoppiato meno di una settimana fa ma i primi dubbi, anche su questo blog, si sono avuti già negli ultimi test invernali disputati sul circuito del Montmelo a Barcellona. Sembra che, gli ingegneri della Red Bull siano riusciti a realizzare una sorta di Mass Damper sfruttando l’elasticità del muso.
Se vi ricordate, Sebastian Vettel, nell’ultimo giorno di test aveva effettuato alcuni giri con un alettone che sembrava rotto (vedi foto a sinistra). Fin qui niente di strano, ma la sosta ai box del tedesco quel giorno durò parecchio tempo (oltre 30 min). Un altro indizio, parecchio strano, lo abbiamo avuto in questo Gp, quando Webber è stato costretto ai box per molto tempo per una perdita di liquido trasparente nella zona anteriore della monoposto.

Terzo indizio: quello che è successo a Vettel durante la sostituzione del muso ad Avu Dhabi. Nessuno è a conoscenza della verità ma, invece di fare come alcune testate giornalistiche molto importanti, dicendo che il tutto è regolare, proviamo a dare una spiegazione a quello che i nostri occhi hanno visto. 

Quarto indizio: come fa un muso di una vettura di F.1 a collassare dopo uno scontro, avvenuto a basse velocità, contro un cartellone di polistirolo dal peso di qualche etto (se va bene)?

Una delle tesi che può essere presa in esame è quella che il muso sarebbe composto da due parti (vedi disegno a lato): una interna molto resistente realizzata in carbonio per superare il Crash test ed una esterna composta da un materiale più flessibile. 

 Il trucco della deformazione potrebbe essere causato da alcuni “GEL” o “silicone” lavorati appositamente e che simulino il buffer cioè che quando viene applicata una forza si deforma e quando la forza non c’è ritorna alla posizione iniziale. In questo modo l’ala potrebbe flettersi in avanti  e questo, insieme all’attivazione del DRS aumenterebbe l’assetto rake tanto da far strisciare sull’asfalto lo splitter. 

Questa particolare deformazione ha infastidito qualche squadra rivale della Red Bull tanto che, sembra, che ci siano state richieste di chiarimento alla Federazione. Secondo la FIA, in prima analisi, il grado di deformazione è considerato accettabile in quanto la struttura in esame deve cedere, in caso di urto, assorbendo parte dell’energia cinetica della monoposto. Questo è il motivo per cui, il muso, nella “zona dubbia” della Red Bull, è realizzato soltanto con due pelli di fibra di carbonio. 

Probabilmente, sfruttando questa cosa, i tecnici della Red Bull, potrebbero aver usato la fantasia e avrebbe sfruttato la struttura deformante (dove è attaccata l’ala anteriore) per avvicinare al suolo i profili alari , aumentando sensibilmente l’efficienza della monoposto. Ma i sospetti, per questa strana oscillazione riguardano anche le telecamere montate ai lati del muso che per regolamento devono rimanere fisse ed avere un profilo neutro cioè, non devono generare deportanza. Però nel caso della Red Bull, se flette il muso flettono anche loro. Sicuramente, sono state montate sul muso, perché vengono usate come vere e proprie ali per fare in modo che al crescere del carico ci sia un “calcolato” abbassamento del muso.

Insomma, questa deformazione del muso, non riesce ad emulare in tutto e per tutto il concetto del mass damper, ma in ogni caso, un avvicinamento dei profili alari al suolo, da un incremento di efficienza aerodinamica e quindi un utilizzo migliore dei pneumatici. Quindi, questa soluzione, abbinata a tante altre soluzioni presenti sulla RB8, permettono a questa vettura di essere la migliore e la più studiata dagli avversari anche in questa stagione.