Considerazioni finali
Concludiamo adesso questa lunga discussione presentando altri dati provenienti dalle simulazioni effettuate che esprimono il reale potenziale di una moderna monoposto di Formula 1
Prendiamo sempre ad analisi il circuito di Monza, ma questi dati, possono essere estesi anche ad altri circuiti del campionato, anche di natura molto diversa.
Il minimo tempo sul giro, ottenuto rispetto ai dati precedentemente elencanti, è stato di 81.109 secondi, cioè 1.21.109, paragonabile al tempo della pole di Rosberg di quest’anno (2016) in 1.21:135.
Il valore che maggiormente influenza il lap time, come detto in precedenza, è il valore del coefficiente di aderenza degli pneumatici, questo valore per i dati appena esposti, è di 1.62.
Il valore di coefficiente di deportanza con cui si ottiene il minimo tempo sul giro è di 4.26 con il DRS disattivato, mentre diventa 3.96 con l’attivazione dell’ala mobile; l’efficienza aerodinamica (rapporto tra SCz/SCx) è pari a 3.82 sempre senza l’uso del DRS, con l’apertura dell’ala mobile questo valore passa a 4.08, mentre il coefficiente di resistenza vale circa 1.12 con DRS chiuso e 0.97 con l’azionamento dell’ala mobile.
Il valore del coefficiente di deportanza ottenuto rimane comunque abbastanza elevato, ma come detto in precedenza, questo valore è favorito dall’uso del DRS. Inoltre, come si vede dal primo grafico, al variare di questo parametro il tempo sul giro non è eccessivamente influenzato, così è possibile modificare un po’ il livello di deportanza in funzione del feedback del pilota.
Si fa anche notare, che questo tipo di simulazione arriva a determinare il limite estremo di una vettura sul circuito, per cui c’è sempre da considerare che il miglior pilota sarà quello che si avvicina di più ad un giro ideale del genere; questo vuol dire che determinando il gap tra questo giro ideale e il giro che un pilota reale può fare, si può scegliere un assetto aerodinamico che rispetto al giro ideale sia all’interno di questo gap e che si adatti maggiormente magari allo stile del pilota.
Il dato assolutamente incredibile che si ricava da queste simulazioni è quello relativo al carico aerodinamico: il valore record che si ottiene è di ben 2464 kg di carico totale alla fine del rettilineo di partenza, prima della staccata della prima variante ad una velocità di 359.2 Km/h; questo valore che si ottiene a Monza è simile a quello che si ottiene anche su altre piste, anche se a velocità molto minori. A questo valore va aggiunto poi il peso della vettura per trovare l’equivalente in massa che gli pneumatici sono costretti a sopportare.
Il sorprendente valore che si è ottenuto, per quanto sbalorditivo, è invece realistico poiché il programma è stato tarato sui dati reali ricavati dalla realtà come per esempio i dati di velocità punto per punto ricavati dalle immagini dei camera car della FOM; la taratura del programma è stata fatta nel seguente modo:
1) come primo valore viene ricavato è il coefficiente di aderenza degli pneumatici attraverso la velocità nelle curve lente, come per esempio la prima variante a Monza o in generale le 2-3 curve più lente che esistono in ogni pista.
2) come secondo dato vengono trovati il valore di SCz che è possibile ricavare attraverso le velocità nelle curve più veloci (a Monza per esempio la prima e la seconda curva di Lesmo. La seconda e la terza curva della variante Ascari, oppure la parabolica)
3) infine si ricavano i valori di SCx attraverso le velocità di punta alla fine dei rettilinei più lunghi. A questo punto si controlla anche il valore di potenza massima.
Una volta fatta una taratura di questo tipo, il programma è poi capace di trovare tutti i dati fin’ora esposti. Risultano quindi realistici tutti i dati fin qui ricavati ed esposti, anche se appaiono alle volte diversi da quelli che uno si sarebbe potuto immaginare.
Un altro interessante dato riguarda il consumo di carburante. Il software da me realizzato consente di determinare in linea di massima il consumo di carburante, facendo un calcolo puramente indicativo che si basa sulla resistenza totale (aerodinamica e meccanica) che la vettura possiede istante per istante, sul fatto che sia in accelerazione o in frenata (valutando la variazione di energia cinetica istante per istante, e facendone perciò l’integrale) sulla valutazione indicativa di un rendimento complessivo del motore (che secondo i dati emersi in questi ultimissimi anni si aggira tra il 45 e il 50%) del 48% e sulla valutazione del potere calorifico della benzina fissato a 44 MJ/kg. Il consumo viene quasi sempre corretto o comunque nello stesso ordine di grandezza di quello reale. A Monza in particolare il consumo viene stimato in 1.76 kg/giro, mentre il dato che circolava quest’anno durante il GP era di 1.66 kg/giro.
A conclusione di questa serie di articoli si riportano, altri grafici ottenuti:
Velocità [km/h]:
Accelerazioni (laterali e longitudinali) [m/s^2]:
Ultimo commento sul grafico appena presentato:
Alcuni valori di decelerazione appaiono estremamente elevati, al limite del possibile per il corpo umano..! Beh è vero, però bisogna considerare che nel modello di simulazione qui presente, la frenata avviene istantaneamente, mentre nella realtà esiste un certo tempo in cui il pilota solleva il piede dal gas, e inizia a frenare. La pressione sul pedale del freno, nella realtà, segue un diagramma di carico che potremmo pensare di approssimare ad un “tipo rampa” mentre in questo modello è a “scalino”, cioè istantaneo. Durante questi transitori (sollevamento pedale del gas+pressione progressiva pedale del freno) la velocità decresce molto velocemente, per cui la decelerazione iniziale risulta molto meno violenta di quella modellizzata in questo caso; nonostante questo gli spazi di frenata non sono poi molto diversi da quelli reali, ma solo leggermente ridotti. La decelerazione presentata in questi grafici in ogni caso ad inizio frenata è praticamente istantanea e dura per pochissimi millesimi di secondo e come si vede bene dai grafici, si riduce drasticamente in brevissimo tempo, quasi fosse quella di un impatto (in cui a volte si arriva ben oltre i 10-20 g, anche se per pochissimi millesimi di secondo, che equivalgono a circa 100-200 m/s^2 circa).
Concludiamo facendo un ulteriore confronto, che fa capire cosa succede se la pista è diversa da quella che abbiamo analizzato. Vi propongo adesso il grafico che abbiamo visto in precedenza per la ricerca della configurazione aerodinamica ideale sul circuito di Monza:
Ora invece vi propongo lo stesso grafico ma di un’altra pista, in particolare per il circuito di Barcellona, Montmelò.
Osservando questi due grafici sono evidenti le differenze: il grafico del best lap time di Monza suggerisce che esiste un valore di carico aerodinamico ideale, nel cui intorno esistono tante configurazioni capaci di assicurare un tempo sul giro molto simile, ma che hanno come caratteristica più o meno carico aerodinamico. Il pilota e la squadra quindi scelgono l’assetto da usare in base allora anche ad altri parametri, come per esempio il consumo di carburante che con certe configurazioni aerodinamiche più cariche può eccedere il limite dei 100 kg, oppure la facilità di guida avvertita dal pilota, il feedback dello stesso, il consumo dei freni (un elemento critico a Monza) o la facilità di frenare al limite, che può fare la differenza in gara durante le azioni di sorpasso.
Al contrario si vede che il grafico del “best lap time” del circuito di Barcellona è molto diverso. Il punto di minimo è spostato verso il massimo carico aerodinamico che la vettura può generare, per cui la configurazione è quasi obbligata ad essere quella di massimo carico aerodinamico.
Questo grafico inoltre è (tecnicamente) monotono decrescente, detto in altre parole la curva decresce sempre, al contrario di quello di Monza che prima decresce, poi cresce poi decresce e infine cresce fino ad arrivare al valore massimo di carico. Questo perché l’assenza a Barcellona di tanti lunghi rettilinei (ce n’è uno solo di 1050 metri), in combinazione con la presenza di numerose curve con velocità oltre i 150 km/h, consente ai carichi aerodinamici maggiori di rendere la vettura complessivamente più veloce. Non essendoci poi curve “in bilico” cioè che al variare dei carichi aerodinamici possono o meno essere affrontate in pieno, non c’è la possibilità che il tempo sul giro si ri-abbassi come accadeva sul grafico di Monza per la curva Ascari, di cui abbiamo già parlato nel secondo articolo che trovate (qui).
Si noti inoltre, che la variazione di tempo sul giro dal minimo carico aerodinamico, al massimo disponibile, è consistente nel caso del grafico di Barcellona (ben 5.5 secondi) mentre a Monza questo grafico ha un divario davvero ridottissimo, 0.2 secondi da una parte e 0.4 decimi di secondo dall’altra parte, tra la configurazione ideale e quella di massimo carico aerodinamico. Questo dato è davvero stupefacente; il motivo di questo comportamento sta nel fatto che a Monza esistono poche curve di alta velocità e molti rettilinei per cui l’aumento di carico aerodinamico fa si che le curve lente vengano percorse leggermente più velocemente, mentre i rettilinei vengano percorsi più lentamente. Al contrario a Barcellona la presenza di tante curve veloci fa si che le differenze dei carichi aerodinamici si facciano sentire in maniera molto più marcata.
I prossimi due grafici illustrano queste differenze:
– questo grafico rappresenta l’andamento della velocità sul circuito di Barcellona con il minimo carico aerodinamico (curva arancione) e con il massimo carico aerodinamico (configurazione ideale) che è identificata dalla curva blu.
Si vede che la curva blu si trova praticamente sempre sopra quella rossa, tranne che in pochi punti alla fine dei rettilinei, la differenza più marcata si riscontra (come tutti ci aspetteremmo) nelle curve 3, 4 e 9 (la curva a destra, veloce dietro ai box per intenderci). L’ultima curva ( che sul grafico si trova nel 3 tratto verticale a partire da sinistra) viene affrontata completamente in pieno piuttosto che con una corposa parzializzazione in caso di minimo carico aerodinamico.
La prossima figura è invece lo stesso raffronto (anche se tra la configurazione ideale e quella di massimo carico aerodinamico) fatto però sulla pista di Monza.
La presenza dei rettilinei lunghi e ripetitivi sulla pista di Monza fa si che ci sia complessivamente solo una moderata prevalenza della configurazione ideale di carico aerodinamico (curva gialla) rispetto a quella di massimo carico aerodinamico (curva rossa).
Ing. Federico Basile
