F1, Perché la Red Bull RB19 è la monoposto più veloce?

Dopo avervi parlato di tutti i vantaggi che la Red Bull RB19 ha rispetto alla concorrenza [ LEGGI QUI ], in questo articolo andremo ad analizzare nel dettaglio la capacità della monoposto austriaca di sviluppare una velocità massima superiore a tutte le altre monoposto.

Come per il primo approfondimento tecnico, anche in questo caso abbiamo ripreso l’ottimo lavoro di analisi realizzato da Vanja Hasanović.

Nell’articolo “The Secrets of Red Bull RB19 F1, part II – Speed Demons“, l’ingegnere di Belgrado ha individuato i seguenti cinque punti:

– resistenza aerodinamica del telaio molto bassa (se non minima);
– elevato camber e angolo del flap che porta a una resistenza aerodinamica (e a una deportanza) relativamente elevata dell’ala posteriore con il flap chiuso;
– sia le ali a media che a bassa deportanza sono caratterizzate da un basso angolo del piano principale per una resistenza minima con il flap aperto;
– possibile influenza sul campo di pressione all’uscita dell’estrattore con il flap aperto, che porta a una minore resistenza aerodinamica;
– il miglior PU con una possibilità di utilizzo più lunga della concorrenza.

Analizziamo ora tutti questi punti.

1. Bassa resistenza aerodinamica del telaio

Questo primo punto è discutibile, ma il consenso generale degli esperti tecnici di F1 (e anche di tutti i Team Principal sulla griglia) è che la RB19, così come la RB18, abbia il telaio con la minore resistenza aerodinamica sulla griglia. Ci sono alcuni elementi chiave, tutti collegati tra loro, e inizieremo escludendo l’ala posteriore che sarà oggetto di un’analisi dedicata più avanti. La resistenza aerodinamica degli pneumatici sarà completamente esclusa da questa analisi, poiché si tratta di un argomento molto complesso. Tuttavia, le regole per le vetture di F1 del 2022 e per quelle future prevedono che la carrozzeria sia modellata in modo da avere una bassa influenza sul flusso d’aria intorno agli pneumatici – in un linguaggio tecnico molto contorto – quindi possiamo ipotizzare una resistenza aerodinamica degli pneumatici più o meno uguale per tutte le vetture in griglia.

Partendo dal frontale, la Red Bull ha finora utilizzato un’ala anteriore molto scarica, chiaramente più bassa dei diretti concorrenti. Sebbene il campo di pressione sia diverso su tutte e tre le ali, l’area frontale è un fattore importante nella resistenza aerodinamica complessiva, quindi si può tranquillamente affermare che l’ala anteriore della RB19 non è sicuramente ad alta resistenza aerodinamica e probabilmente è un progetto a bassa resistenza.

Passando al centro, la forma delle pance della RB19 è un’evoluzione del design della RB18, ancora più strette di prima e più aerodinamiche. Rispetto all’ingombrante sottoscocca della Ferrari e alla presa d’aria della Mercedes che arriva fino al pavimento, è lecito pensare che la RB19 generi una bassa resistenza aerodinamica anche in quest’area.

La prima versione delle pance della RB18 sono state analizzate con la CFD. Il modello di base è stato fornito da jjn9128 e Vyssion nel forum F1Technical, dove l’autore è riuscito a ridisegnare le pance e ad eseguire un caso di studio al CFD molto semplice. L’analisi ha evidenziato interessanti flussi aerodinamici sia all’anteriore che al posteriore, grazie alla pendenza delle pance a scendere verso il diffusore. Entrambi questi aspetti hanno un impatto molto positivo sulla resistenza aerodinamica complessiva della vettura.

Infine, il design delle carrozzerie posteriori e dei cofani motore sembra essere convergente nel 2023, con l’unica eccezione delle vetture Ferrari e Haas. Queste due vetture hanno prese d’aria molto piccole e coperchi motore molto, molto stretti, il che significa una resistenza aerodinamica molto bassa. Tuttavia, entrambe le vetture hanno le fiancate più larghe della griglia, il che indubbiamente annulla la bassa resistenza aerodinamica complessiva del cofano motore. Detto questo, la RB19 ha il secondo airbox più piccolo della griglia, quindi anche in questo settore il team Red Bull ha apportato dei miglioramenti.

In conclusione, tutti i principali aspetti del telaio indicano una resistenza aerodinamica molto bassa per la RB19.

2. Design dell’ala posteriore e del DRS

La RB19 è considerata un “razzo” sui rettilinei, con il DRS attivato. Il DRS è il sistema di riduzione della resistenza aerodinamica (Drag Reduction System), utilizzato in F1 dal 2011 e consiste in un ala posteriore mobile, che si apre e riduce la resistenza aerodinamica, tanto da garantire un aumento della velocità massima fino a 25-30 km/h. Si tratta di una cifra enorme che richiederebbe circa il 25-30% in più di potenza del motore (quindi circa 300 CV con le moderne Power Unit ibride di F1) per essere raggiunta senza DRS.

La Red Bull ha un sistema DRS particolarmente efficiente, che le consente di aumentare la velocità massima di circa 5, ma a volte anche di 10 km/h rispetto alle altre vetture. Questi 5 km/h non sembrano molto e di per sé non lo sono in termini di tempo sul giro. In gara, però, fanno la differenza tra sorpassare alla prima occasione e perdere un giro dopo l’altro dietro a un’auto più lenta. Inutile dire che la RB19 non è rimasta bloccata nel traffico nemmeno una volta nelle 5 gare disputate finora.

Per valutare al meglio l’efficacia del DRS, si dovrebbero prendere in considerazione solo i giri di qualifica. In gara, le manovre di sorpasso comportano un notevole aumento della velocità di slittamento (ulteriore riduzione della resistenza aerodinamica mentre si segue da vicino la vettura che precede) e tendono a falsare facilmente i numeri. Confrontiamo quindi le ali posteriori utilizzate dalla Red Bull e dalla Ferrari nel GP di Miami.

A Miami, la Red Bull ha utilizzato un’ala posteriore a bassa deportanza, mentre la Ferrari ha utilizzato un’ala a media deportanza e questo confronto mostra davvero la differenza. La parte più evidente è l’area arancione dell’ala Ferrari: questa parte del piano principale dell’ala genera una buona quantità di deportanza, ma anche una buona quantità di resistenza aerodinamica. Poiché il piano principale è fisso, questo genera resistenza anche con il flap del DRS aperto.

Ma non è tutto. L’angolo di incidenza del flap DRS (linee verdi) e l’area frontale del flap – apparentemente uguale, ma in realtà leggermente più grande sulla Red Bull – sono i fattori più importanti per l’efficacia complessiva del DRS. In questo caso, la Red Bull ha impostato il flap con un angolo molto più alto rispetto alla Ferrari e il flap stesso utilizza alettoni con una campanatura maggiore (linea bianca al centro). Tutti questi fattori aumentano la deportanza e la resistenza aerodinamica generate dall’ala Red Bull con il flap chiuso, il che significa che l’impatto sulla riduzione della resistenza aerodinamica è maggiore quando il flap si alza. Finora la RB19 ha utilizzato anche un’ala posteriore a media deportanza (nelle gare in Bahrain e in Australia) e il suo design è identico a quello dell’ala a bassa deportanza, con l’unica differenza di una maggiore curvatura del piano principale per una maggiore generazione di deportanza.

In breve, la Red Bull ha progettato un’ala posteriore che utilizza un flap DRS aggressivo per generare deportanza con il flap abbassato, mentre il piano principale è mantenuto a un angolo di incidenza molto basso per ridurre la resistenza complessiva in tutte le condizioni. Possiamo persino affermare con certezza che il design dell’ala posteriore della RB19 ha una resistenza aerodinamica molto maggiore rispetto ai concorrenti con il flap chiuso. Perché? Durante la gara, quando il DRS non è attivo, la RB19 raggiunge gli stessi valori di velocità massima dei suoi concorrenti più vicini. Il vero vantaggio in termini di velocità massima si ottiene solo con il flap del DRS aperto.

3. Sfoghi di raffreddamento al posteriore

La RB19, come la RB18, presenta uno sfogo per il raffreddamento al posteriore molto grande, situata appena davanti all’ala posteriore. Questa soluzione non era molto frequente in griglia nel 2022, mentre quest’anno 8 vetture su 10 utilizzano questo design. Solo la Ferrari e la Haas sono rimaste fedeli alle uscite di raffreddamento completamente all’interno delle feritoie laterali.

Questa caratteristica progettuale ha un piccolo effetto sulla riduzione della resistenza aerodinamica quando il flap del DRS è aperto. Con il flap chiuso, l’ala posteriore genera un campo di bassa pressione (aspirazione) molto forte al di sotto di essa e questo campo di pressione si propaga a monte, a vantaggio del raffreddamento con la grande uscita a cannone. Quando il flap DRS si apre, l’aspirazione si riduce e quindi la pressione all’interno della carrozzeria aumenta leggermente. Ciò comporta una piccola riduzione della resistenza aerodinamica interna, che migliora anche la velocità massima.

4. La potenza della Power Unit Honda

La Red Bull utilizza la PU Honda con la quale ha vinto due titoli piloti. La PU in sé è tecnologicamente molto avanzata, come lo sono tutte e quattro le Power Unit oggi presenti di F1. Ciò che la distingue è la capacità di utilizzare la potenza ibrida più a lungo e per quasi tutto il giro rispetto agli altri concorrenti. Questa caratteristica è meglio visibile nel grafico delle qualifiche di Miami qui sopra: la PU Ferrari inizia a scendere ancor prima che il pilota inizi a frenare, mentre la Red Bull e la PU Honda continuano ad andare avanti per tutto il giro. Non si tratta di un vantaggio essenziale della vettura RB, ma contribuisce alla velocità massima della RB19.

Sfatiamo ora un falso mito

La supremazia delle vetture Red Bull nella velocità massima per il secondo anno consecutivo ha spinto molti esperti tecnici di F1 a trovare una spiegazione a questo fenomeno, individuando trucchi e scappatoie che la Red Bull potrebbe utilizzare. Il più famoso è la teoria del Triple-DRS. In breve, la teoria sostiene che l’apertura del flap del DRS sulla RB19 crea un campo di flusso che blocca la beam wing (l’ala posteriore bassa, sopra il diffusore) che blocca anche il diffusore per una grande riduzione della resistenza aerodinamica.

Sebbene questo fenomeno sia possibile in teoria, è quasi impossibile da applicare in pratica:
– gli elementi delle beam wing dovrebbero essere posizionati a più di 70° con il bordo d’uscita quasi perpendicolare – e non c’è una sola beam wing in griglia progettata in questo modo
– le fessure tra gli elementi e il diffusore stesso dovrebbero essere molto più piccole di quelle consentite dalle regole perché questo fenomeno si verifichi – e la FIA sta facendo molta attenzione a non consentire dispositivi aerodinamici mobili diversi dal DRS;
– far funzionare la beam wing in questa condizione “a lama di coltello” la renderebbe vulnerabile a qualsiasi interruzione del flusso anche con il flap del DRS chiuso, poiché sarebbe progettata per andare in stallo a una minima variazione del campo di pressione – e questo creerebbe sicuramente ogni sorta di problema per il diffusore e il pavimento mentre la vettura è in curva.

Fonte: https://www.circusf1.com/2023/05/f1-perche-la-red-bull-rb19-e-la-monoposto-piu-veloce.php