La rivoluzione regolamentare della F1 riguardante le power unit fissata per il 2026 rappresenta una grande sfida per i costruttori delle future unità di potenza. Ad un livello di astrazione molto elevato, la novità sostanziale è la rimozione della componente MGU-H.
Montato sull’albero delle giranti di turbina e compressore, l’MGU-H viene usato da generatore di corrente trasformando parte dell’energia cinetica in eccesso della turbina in energia elettrica riducendo così la velocità di rotazione della girante stessa (altrimenti controllata tramite valvola wastegate);
Viene usato dal motore grazie alla sofisticata elettronica presente nelle attuali Power Unit per controllare la rotazione del gruppo turbocompressore. In questo modo viene gestito il fenomeno del turbo-lag che affliggeva i vecchi motori turbo utilizzati negli anni 80.
Uno degli obiettivi condivisi da F1, FIA e team è la stabilità prestazionale dei futuri propulsori rispetto a quelli che equipaggeranno le monoposto fino al 2025. Un target sfidante che obbligherà tutti i costruttori a riprogettare l’MGU-K dalla quale dovrà essere ricavata la metà della potenza complessiva dei propulsori. In termini numerici la potenza elettrica utile al moto, passerà dagli attuali 120 kW a ben 350 kW, equivalenti a circa 476 cv.
F1. La gestione dinamica della potenza elettrica
I 350 kW nominali erogabili dall’MGU-K saranno utilizzabili esclusivamente a velocità inferiori ai 300 km/h. Oltre tale soglia, la potenza elettrica massima sarà soggetta a un calo di 5 kW per ogni km/h in eccesso, fino al valore stabile di 150 kW dai 340 km/h in su.
In circuiti in cui si oltrepassa agevolmente la velocità di 300 Km/h in diversi segmenti del tracciato, il fenomeno del clipping potrebbe essere molto accentuato.
Il fabbisogno triplicato di energia richiesta all’MGU-K non sarà un problema sui circuiti in cui sono presenti numerosi punti di frenata ad elevato valore dissipante. Viceversa, nelle piste con curve a media-alta velocità, il sistema di recupero di energia potrebbe non soddisfare il fabbisogno di potenza massima in fase di accelerazione.
F1.Algoritmi di gestione della parte ibrida, la nuova frontiera per la massimizzazione delle performance
Se i propulsori di prossima generazione operassero nel pieno rispetto del nuovo quadro normativo, l’efficienza complessiva della power unit sarebbe inficiata da un utilizzo improprio sia della parte termica che di quella ibrida. E’ verosimile che le massime performance possano essere ottenute attraverso l’utilizzo di avanzati algoritmi software.
Tali algoritmi faranno ampio riscorso alla disciplina della “Ricerca Operativa”, che tratta dello sviluppo e dell’applicazione di metodi scientifici per l’implementazione di software dedicati alla gestione più efficiente di un sistema reale. E’ presumibile che i team dovranno centellinare i 350 kW massimali erogati dalla MGU-K, tramite software che saranno fortemente vincolati alla geometria del circuito.
La delicata necessità di individuare il miglior compromesso nella erogazione della potenza proveniente dalla componente endotermica e dalla quella elettrica, difficilmente consentirà di superare la potenza complessiva delle attuali power unit, che dispongono di oltre 1000 cv complessivi. Inoltre come dichiarato da Andy Cowell, ex capo della divisione Mercedes High Performance Powertrains, nelle attuali power unit l’MGU-H contribuisce anche al 5% percento dell’efficienza termica.
F1. Il maggiore fabbisogno elettrico richiede batterie più generose in termini di peso
La necessità di immagazzinare più energia richiede batterie più pesanti. Gestire 350 kW su un giro della durata di 80 secondi equivalgono a circa 7,7 kWh, ovvero 50 Kg di peso in linea con l’attuale livello tecnologico della Formula E. Le batterie delle attuali power unit devono rispettare la soglia minima di 20 Kg.
Le nuove power unit non saranno una semplice evoluzione di quelle attuali, con un recupero di energia elettrica triplicato. I propulsori che equipaggeranno le monoposto a partire dal 2026 saranno propulsori completamente diversi, in cui la gestione software della distribuzione della potenza elettrica e termica sarà un fattore determinante.
F1. Lo spettro di un downgrade prestazionale alimenta la ricerca di nuove soluzioni aerodinamiche
Le criticità appena esposte potrebbero determinare un downgrade prestazionale dei propulsori. Il timore è realistico al punto che FIA e Formula 1 stiano studiando soluzioni aerodinamiche e telaistiche in grado di ridurre consumi e resistenza aerodinamica all’avanzamento.
L’obiettivo è quello di pareggiare le performance degli attuali propulsori attraverso concept aerodinamici più efficienti. Se il risparmio in termini di peso derivante dalla eliminazione dell’MGU-H è irrisorio (almeno 4 Kg, nda) , il maggior fabbisogno di potenza richiesto alla parte elettrica comporterà un sensibile aumento di peso dell’MGU-K e dell’Energy Store.
Un ulteriore aumento di peso delle monoposto sarebbe davvero anacronistico considerando che l’attuale generazione di monoposto è quella dal peso più elevato della Formula 1 moderna (798 Kg, nda). Come spesso accade nella massima serie, il genio degli ingegneri e il notevole tempo a loro disposizione consentirà di raggiungere i target prestazionali prefissati, nonostante la sfida sia davvero ardua.
Autore e infografiche: Roberto Cecere – @robertofunoat
Foto: F1, Mercedes AMG
7,7kWh considerando 350kW erogati costantemente sugli 80 secondi. ergo non saranno 7,7 ma al massimo 5 o giù di lì, no?