la SF-24 con a bordo Charles Leclerc (Scuderia Ferrari)
Test F1 2024, ci siamo. Il numero limitato di giorni in pista rende indispensabile accumulare il maggior numero di chilometri, utili per acquisire le informazioni essenziali sul comportamento delle nuove monoposto. Per i team è il momento cruciale della stagione: per la prima volta gli ingegneri potranno verificare se i dati acquisiti sul campo corrispondono alle simulazioni in galleria del vento e al CFD. Ma quali sono le principali tecniche di correlazioni impiegate dalle scuderie?
La prima di queste tecniche riguarda la misurazione della forza aerodinamica. Un estensimetro, o cella di carico, è uno strumento comunemente applicato ai vari componenti del veicolo, tra cui l’estremità dell’asta, le aste di comando delle sospensioni, la leva del cambio, il piantone dello sterzo, l’albero di trasmissione, i pedali e altro ancora.
Questi elementi possono quindi misurare il carico sulle ruote, ad esempio, mentre una monoposto affronta una curva stretta in tempo reale. Il data logger di bordo rileva ogni variazione di carico causata da accelerazioni, frenate e manovre ad alta velocità. I dati acquisiti consentono la correlazione con quelli rilevati nelle sessioni al simulatore.
Esistono anche estensimetri laser utilizzati per rilevare piccole deformazioni dimensionali di un corpo sottoposto a sollecitazioni meccaniche o termiche (pneumatico). Questo particolare strumento di rilevazione sul principio della interferometria ottica mediante laser. Questi sistemi sono in grado di fare misurazioni di deformazioni con risoluzione del centesimo di micron.
Spesso nei test invernali o addirittura nelle prove libere di un qualsiasi Gran Premio della stagione, sappiamo come sia è possibile osservare le vetture che girano in pista con su montate delle specie di rastrelliere. Ognuno degli ugelli che escono dalla rastrelliera non sono nient’altro che delle sonde Kiel. Parliamo di un dispositivo utile a misurare la pressione di ristagno o la temperatura di ristagno nella fluidodinamica.
L’ingresso è protetto da un “sindone” o “scudo” e rispetto al tubo di Pitot è di riflesso meno sensibile alle variazioni dell’angolo di imbardata, risultando cruciale quando l’allineamento della sonda con la direzione del flusso è variabile o impreciso. Le rastrelliere vengono realizzate e posizionate in base a quelli che sono i flussi che si intende analizzare sulla monoposto.
Ad esempio vengono poste dietro le ruote anteriori o posteriori per visualizzare la wake vorticosa delle ruote. Altre volte dietro la vettura per visualizzarne la scia e in certi casi dietro l’ala posteriore. L’obiettivo di questi aero rakes è quello di registrare i dati del flusso di aria che impatta per creare una mappa virtuale della corrente e compararla a quelle ottenute nel CFD.
In questo modo si vanno a convalidare i modelli CFD e si progredisce con lo sviluppo degli elementi aerodinamici. Ovviamente più sonde di Kiel sono presenti sulla monoposto tramite la rastrelliera, più si ottiene una miglior risoluzione nella mappa di flusso. Tuttavia avere un numero maggiore di sonde significa costi maggiori e non sempre si necessita un’elevata risoluzione.
Le pressioni superficiali vengono misurate utilizzando piccoli fori, di circa 0,5 mm di diametro, sulla superficie della monoposto chiamati prese di pressione. Oltre ad essere utilizzati per rilevare fenomeni aerodinamici, come la separazione dei flussi, la misurazione delle pressioni consente di determinare la forza su una particolare superficie integrando le pressioni raccolte sull’area interessata.
Più prese di pressione sulla superficie dell’auto forniranno un quadro più accurato della forza su una superficie. Ciascuna presa di pressione superficiale è collegata tramite un lungo tubo di plastica a un trasduttore di pressione che utilizza estensimetri per misurare le deflessioni su minuscoli diaframmi causate dalla pressione sulla presa di superficie.
F1 Test 2024/Bahrain: Flow-Viz
Visualizzare il flusso superficiale è una tecnica importante per determinare direzione del flusso nonché il suo stato, laminare o turbolento, oltre le regioni ad elevata vorticità. Un metodo comune di visualizzazione del flusso sarebbe costituito da ciuffi di lana (o qualsiasi corda leggera e sottile) lunghi circa 15-20 mm che aderiscono alla superficie. I ciuffi di lana sono appiattiti sulla superficie nelle regioni di flusso laminare, con le loro code che indicano la direzione locale del flusso.
Dopo che lo strato limite passa a uno strato turbolento, i ciuffi si agitano leggermente, ma indicheranno comunque la direzione media del flusso. Nel flusso separato i ciuffi possono cadere sotto il proprio peso o addirittura invertirsi, mentre nelle regioni di vorticità i ciuffi si muovono a spirale. Il posizionamento dei ciuffi è importante per catturare tutte queste condizioni di flusso poiché le caratteristiche del flusso andranno perse dove i ciuffi non sono presenti.
La verniciatura Flow-viz è un metodo familiare a tutti gli appassionati di F1. È costituito da una miscela di un colorante in polvere (spesso reattivo ai raggi UV) e olio di paraffina, per creare un liquido a bassa viscosità che scorre facilmente sulle superfici. A differenza dei ciuffi di lana, il flusso-viz scorrerà attorno a tutte le superfici (assumendo un’applicazione sufficiente) e gli aerodinamici imparano a leggere i modelli distinti creati e come indicano le varie caratteristiche del flusso sopra menzionate.
Autore: Roberto Cecere –@robertofunoat
Immagini: F1