Le ottime prestazioni delle F1 2021: tra assetto rake e minigonne d’aria

L’analisi delle ottime prestazioni delle monoposto F1 2021, tra assetto rake, minigonne d’aria e altre trovate aerodinamiche.

I legislatori hanno fatto i conti senza l’oste.

Partiamo dai numeri e dal tracciato di Imola, teatro, poche ore or sono, di un GP palpitante.

Autore della pole-position è stato Lewis Hamilton (Mercedes F1 W12), il quale ha fermato il cronometro su 1’14”411, alla media di 237,497 km/h. Nel 2020, invece, Valtteri Bottas (Mercedes F1 W11) realizzava la pole-position in 1’13”609, alla media di 240,085 km/h.

La pole-position 2021 di Hamilton sarebbe stata sufficiente a partire col 4° tempo nel GP dell’Emilia Romagna 2020. Max Verstappen, quest’anno, è scattato al via col 3° tempo in 1’14”498 (media di 237,220 km/h); nel 2020 aveva ottenuto la medesima posizione in griglia col crono di 1’14”176 (media di 238,250 km/h). Pochi i decimi che ballano.

Al netto di altre variabili (temperatura ambiente e dell’asfalto, mescola gomme) il dato è presto estrapolato: le monoposto di F1 2021 sono, sul “giro secco”, poco più lente — o quasi veloci — delle vetture 2020. Ancora una volta, dunque, i tecnici progettisti hanno “ingannato” i legislatori.

Il tracciato imolese ha amplificato il gran lavoro eseguito dai tecnici durante l’inverno e ancora in atto; siamo in presenza, infatti, di una pista in cui il carico deportante gioca un ruolo essenziale.

Le norme regolamentari entrate in vigore nel 2021 avrebbero dovuto, nelle intenzioni dei legislatori FIA, ridurre il carico deportante delle vetture — con conseguente innalzamento dei tempi sul giro — al fine di preservare gli pneumatici Pirelli. Un obiettivo raggiunto solo parzialmente: in FIA, infatti, non hanno fatto i conti con l’astuzia dei tecnici progettisti.

Ricordiamo che, oltre alle limitazioni aerodinamiche (fondo, prese d’aria freni, strakes diffusore), la FIA è intervenuta attorno a due importanti parametri: il peso minimo della vettura e delle power unit. Il primo è salito sino a 752 kg (da 746 kg del 2020), il secondo è stato innalzato sino a toccare 150 kg (da 146 kg del 2020).

Esattamente 40 anni fa, nel 1981, la F1 si trovava circa nella medesima situazione di oggi. I regolamenti avevano vietato le minigonne mobili, nell’intento (demagogico) di ridurre la deportanza delle vetture, quindi le prestazioni. I progettisti, però, escogitavano diverse soluzioni intese a ripristinare le condizioni di deportanza del 1980.

Ed ecco i correttori d’assetto, le minigonne in teflon, bandelle fisse, telai mobili (Lotus 88), espedienti finalizzati ad aggirare il più possibile il parametro regolamentare dell’altezza minima (6 cm) rispetto al suolo.

Le vetture, staticamente, erano a norma ma, in marcia — grazie al solo carico deportante che schiacciava la vettura al suolo o ai famigerati correttori d’assetto pneumoidraulici in stile Brabham e poi anche Lotus — presentavano una altezza da terra inferiore ai 6 cm, arrivando anche a toccare il suolo con le eventuali minigonne fisse. Veniva parzialmente o totalmente ripristinato, pertanto, il sigillo fisico dei tunnel Venturi ricavati sotto le fiancate.

La soluzione più ardita, però, veniva sperimentata da Carlo Chiti, a capo dell’Autodelta, sulle Alfa Romeo 179C e 179D. Il sigillo dei Venturi era garantito da minigonne d’aria. Parte dell’aria incanalata attraverso le pance laterali, infatti, veniva scaricata a terra all’interno di apposite e strette fessure longitudinali. Il veloce flusso d’aria avrebbe formato una barriera fisica a separare i Venturi dall’esterno, così da preservare la depressione ed evitare l’ingestione dei flussi — richiamati dalla depressione stessa — dall’esterno verso il fondo vettura.

Vi ricorda qualcosa? Gli slot in uso nella F1 moderna.

Le minigonne d’aria sono tornate in F1 in epoche recenti. I “blown diffuser” (i diffusori soffiati) univano l’effetto eiettore dei gas di scarico — atto ad energizzare il flusso che investiva l’area del profilo estrattore posteriore — all’effetto sigillo dei gas stessi. Negli stessi anni, la McLaren sperimentava gli scarichi “Fantail”, detti anche “Octopus”: terminali piatti che sfociavano nella parte inferiore e più arretrata dello Step Plane, così da energizzare il flusso diretto verso il diffusore e, al contempo, ottenere un effetto sigillo.

I continui cambi regolamentari hanno portato i tecnici progettisti a mettere a punto una aerodinamica fatta prevalentemente di generatori di vortici e “slot”, tagli trasversali o longitudinali praticati sullo Step Plane.

In particolare, gli “slot” hanno il compito di riprodurre quelle minigonne d’aria già intuite 40 anni fa.

I regolamenti tecnici 2021, tuttavia, hanno eliminato parte della porzione di fondo in cui venivano praticati gli “slot”. I progettisti, però, non si sono dati per vinti. Mediante ulteriori stratagemmi tecnici, essi hanno ripristinato (ancora non in maniera totale) le condizioni di deportanza esistenti nel 2020.

Il primo riguarda proprio il fondo. Rinunciando ad una piccola area concessa dal Regolamento, i tecnici stanno adottando un andamento perimetrale dello Step Plane a spigolo, a gradino e, come sempre, caratterizzato da molteplici generatori di vortici. L’intento è quello di far affluire aria nella parte inferiore del fondo, realizzando, pertanto, l’effetto sigillo.

L’assetto rake è un altro noto espediente finalizzato alla ricerca di maggior deportanza. È ancora Adrian Newey ad aver riscoperto e riattualizzato questo assetto, ben familiare a chi ha avuto a che fare con le vetture Turismo.

In sintesi. L’assetto rake ha il compito di amplificare la deportanza agendo anzitutto sul fondo vettura, facendo sì che tutto l’elemento lavori come un lungo canale Venturi. Ad una strozza particolarmente ridotta in corrispondenza dell’avantreno e del tea tray, corrisponde una maggior altezza da terra man mano che ci si avvicina al profilo estrattore posteriore.

Il profilo estrattore, grazie all’angolo di rake positivo, lavora una maggior portata d’aria, particolarmente accelerata attraverso la ridotta strozza in corrispondenza del tea tray. La maggior portata d’aria è diretta conseguenza della altrettanto accresciuta sezione d’uscita in corrispondenza del diffusore, resa tale proprio dall’angolo di rake.

Ricordiamo a tal proposito che, sulle vetture dotate di Skid Block e Reference Plane (come le F1), la porzione di fondo più vicina al suolo è proprio quella in corrispondenza dello Skid Block, solidale al Piano di Riferimento.

Ovviamente, non bisogna esagerare con l’angolo di rake. La deportanza generata dal fondo vettura, infatti, aumenta in relazione alla sezione di passaggio dell’aria tra fondo e suolo: più essa è ridotta (flusso d’aria più veloce = maggior depressione), maggiori saranno i valori di deportanza. Alzando troppo la vettura da terra, infatti, il flusso d’aria che investe il fondo ed il diffusore rallenta eccessivamente: depressione e deportanza diminuiscono.

Con un ben calibrato assetto rake, inoltre, è possibile “giocare” anche con le ali, anteriore e posteriore. Appruando la vettura, infatti, si agisce anche sulla loro distanza rispetto al suolo e sulla incidenza dei profili alari stessi. Rispetto ad una vettura priva di angolo di rake o con poco angolo, è possibile ridurre l’incidenza dei profili alari, compensata dall’angolo di rake.

L’assetto rake, dunque, cerca di realizzare — in parte — ciò che avveniva sulle vettura dotate di sospensioni attive: la vettura si appruava in curva quando serviva maggior carico aerodinamico, si appoppava in rettilineo, a beneficio del coefficiente di penetrazione. Va da sé che l’assetto rake può realizzare solo l’appruamento.

Come enfatizzare ancor di più l’assetto rake? Mediante il sigillo offerto dall’aria accuratamente lavorata da slot e generatori di vortici, ad iniziare proprio dall’ala anteriore (il famoso vortice Y250), quindi dagli elementi posti sotto al muso e dai bargeboard, infine dallo Step Plane.

Attualmente, tutti i costruttori adottano assetti rake, con angoli più o meno accentuati. Red Bull e Alpha Tauri — concettualmente molto simili — presentano angoli di rake particolarmente vistosi. Al contrario, la Mercedes palesa un rake “blando”, benché visibile.

Come preannunciato prima dell’inizio del Mondiale, la stagione 2021 è e sarà tutt’altro che scontata. Ad un lato sportivo già pepato, si unisce un fronte tecnico molto più brioso del previsto.

Vedremo se e come i team agiranno sulle vetture a caccia di quella deportanza persa ma già in gran parte riacquisita.

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