Simulazione CFD del flusso d’aria nell’airscope
La F1, contesto innovativo e competitivo per eccellenza, non poteva rinunciare alle piattaforme digitali più evolute a supporto dell’intero ciclo di vita delle monoposto. In questo senso, la digital simulation è un processo in continuo sviluppo in ambito industriale. Attraverso i moderni paradigmi dell’information technology le aziende stanno rapidamente modificando metodi e strumenti di lavoro per fornire un prodotto finale qualitativamente superiore.
Nella massima categoria del motorsport, dove i margini tra i competitor sono nell’ordine dei decimi/millesimi di secondo, gli ingegneri devono bilanciare una moltitudine di obiettivi di progettazione concorrenti. Quale è il miglior compromesso tra efficienza e carico aerodinamico per complementare la velocità in rettilineo con la rapidità in curva?
Quali materiali utilizzare per garantire l’affidabilità rispettando il target in termini di peso? Quali misure adottare per impedire il surriscaldamento delle unità di potenza incredibilmente potenti quando sono costrette ad operare in condizioni ambientali estreme?
Ai precedenti quesiti si somma la necessità di realizzare un progetto che risulti “compliant” verso gli standard di sicurezza dei piloti definiti dalla FIA. I test in galleria del vento sono stati a lungo lo strumento ideale per misurare la bontà del progetto aerodinamico delle scuderie. Tuttavia, unitamente all’innovazione nel campo della simulazione digitale, i nuovi regolamenti hanno cambiato drasticamente i metodi di progettazione delle vetture. ù
Ad esempio, nella galleria del vento, le squadre si limitano a utilizzare modelli in scala non più grandi del 60% dell’auto a grandezza naturale, fattore che può introdurre incongruenze.
Con l’evoluzione del CFD, una sorta di “galleria del vento virtuale”, le scuderie sono in grado di iterare il processo di progettazione nel contesto virtuale, prima di produrre modelli per il test nella galleria del vento fisica. Nel 2021, la F1 ha introdotto normative significative che coinvolgono fluidodinamica computazionale e galleria del vento disciplinandone l’utilizzo in base alla posizione nel campionato costruttori.
L’uso delle piattaforme digitali di progettazione e simulazione è ormai esteso a tutte le aree delle monoposto. Al contrario della veste aerodinamica, il cui design è oggetto di costanti review nel corso di una stagione, le componenti di raffreddamento vengono progettate e prodotte una sola volta, a meno di stravolgimenti del concpet.
Ciononostante tali provvedimenti devono offrire gradi di libertà in quanto ai progettisti, in quanto le caratteristiche delle piste, le condizioni ambientali e l’altitudine influiscono richiedono diverse esigenze di raffreddamento a seconda del tracciato che si affronta.
Ovviamente, una gara corsa nel caldo dell’Arabia Saudita richiederà più raffreddamento rispetto a una corsa nel clima più fresco del Regno Unito. Anche le variazioni della densità dell’aria con l’altitudine richiedono una regolazione del sistema di raffreddamento per gare corse in quota rispetto al livello del mare. I team, pertanto, sviluppano il circuito di raffreddamento in relazione alla power unit.
Software dedicati consentono di simulare il flusso del fluido all’interno dei tubi di raffreddamento e dei radiatori. Le simulazioni aiutano gli ingegneri a ottimizzare ed evolvere il design dei componenti di raffreddamento in termini di dimensioni, forma e volume.
Una vettura di F1 è realizzata con diversi materiali: metalli, materiali compositi e altro ancora. Tenere traccia delle proprietà di tutti questi materiali e garantire che tutti i membri del team operino sulle loro medesime proprietà è fondamentale per garantire la coerenza del design. A tal scopo le scuderie utilizzano software di gestione delle informazioni relative ai materiali utilizzati sulle rispettive vetture di F1.
Tali software rappresentano un database contenete i data sheet di tutti materiali a disposizione della squadra. I dati caricati nel sistema includono informazioni relative alle loro proprietà, risultati dei test, processi applicati su di essi, ecc. Ciò consente di accedere a informazioni accurate e aggiornate sui materiali a disposizione durante la fase di progettazione, la produzione e il collaudo di qualsiasi componente.
Avere una fonte centralizzata riguardo a tutte le proprietà dei materiali elimina il rischio che gli ingegneri possano accedere a informazioni non aggiornate archiviate localmente fogli di calcolo minimizzando l’errore umano in gruppi di lavoro molto ampi.
Autore: Roberto Cecere – @robertofunoat
Immagini: F1