L'aerodinamica nelle attuali F1: un gioco di vortici che ha «annullato» il regolamento

Ieri alle 01:00 AM

Quando nel 2022 la Formula 1 introdusse nuove importanti regole tecniche, uno degli obiettivi principali era ridurre drasticamente la dipendenza delle monoposto dall’aerodinamica associata alle appendici alari e facilitare così i sorpassi, permettendo alle vetture di seguirsi più da vicino. Tuttavia, la realtà delle ultime stagioni ha dimostrato che il regolamento non ha raggiunto gli obiettivi sperati, con le auto ancora estremamente sensibili all’aria sporca, alle scie e al vento.

E' ancora una questione di vortici e di aria pulita

Alla base dell’aerodinamica delle moderne vetture di Formula 1 c’è l’utilizzo di superfici aerodinamiche sempre più sofisticate, progettate per manipolare al meglio i flussi d’aria. Profili alari, diffusori, fondi vettura e micro appendici aerodinamiche creano vortici intenzionali che, se ben controllati, incrementano drasticamente le prestazioni della vettura.

I vortici generati dai progettisti hanno il fondamentale compito di indirizzare e gestire il flusso d’aria attorno e sotto la monoposto, permettono di sigillare meglio il fondo vettura, migliorando l’effetto suolo, o di deviare flussi d’aria indesiderati lontano da componenti ad alto impatto, riducendo così la resistenza aerodinamica complessiva. In sostanza, i vortici servono a ottimizzare l’aderenza della monoposto alla pista, massimizzando la deportanza e riducendo contemporaneamente il drag nelle condizioni ideali. Una delle domande più frequenti, parlando di aerodinamica, è la differenza tra drag e downforce, e come sia possibile aumentare l'ultima senza esasperare la prima.

Drag cattivo: quando la resistenza frena le prestazioni

La resistenza aerodinamica (drag) è una forza che si oppone al moto della vettura e dipende principalmente dalla forma della monoposto e dalla sua velocità. La formula base che descrive il drag è:

D = (1/2) ρ v² C_D A

dove:

• D è la resistenza (drag)
• ρ è la densità dell’aria
• v è la velocità della vettura
• C_D è il coefficiente di resistenza aerodinamica (forma della vettura)
• A è l’area frontale della vettura

Un alto valore di drag (“cattivo”) limita la velocità massima, peggiora l’efficienza aerodinamica e può influenzare negativamente i consumi e la gestione degli pneumatici.

Deportanza buona: la forza che incolla la monoposto all’asfalto

La deportanza (downforce) è la forza aerodinamica verticale che spinge la monoposto verso il basso, aumentando l’aderenza delle gomme alla pista. La formula base che descrive la deportanza è simile a quella del drag:

L = (1/2) ρ v² C_L A

dove:

• L è la deportanza generata
• C_L è il coefficiente di deportanza (dipende dalla forma e dall’inclinazione delle superfici aerodinamiche)
• A è l'area di riferimento (in m²)

Una deportanza elevata (“buona”) permette alla vettura di affrontare curve ad alta velocità, migliora l’accelerazione laterale e aumenta significativamente la prestazione complessiva.

Drag e downforce sono quindi entrambe forze generate dall'interazione dell'aria con la vettura, ma agiscono in direzioni diverse.
Il drag si oppone al movimento in avanti, frenando la monoposto e riducendone la velocità massima, la downforce, invece, agisce verso il basso, aumentando l'aderenza delle gomme alla pista e migliorando la tenuta in curva.

Adesso vediamo come queste formule vengono influenzate dai famosi vortici, con prima un brevissimo accenno all'effetto suolo, che possiamo brevemente spiegare così: sotto l’auto l’aria scorre veloce e crea una bassa pressione. Sopra l’auto la pressione è più alta. Questa differenza schiaccia l’auto verso il suolo, aumentando il carico. Questo principio di base ha portato all'ipotesi che le F1 potessero semplificare le grandi e complicate ali viste fino al 2021 e rendere le vetture meno dipendenti dall'aria pulita.

Poi i progettisti hanno visto i grandi vantaggi che si potevano ottenere generando vortici in grado di sigillare il fondo (come delle invisibili minigonne che migliorano l'effetto suolo) e in grado di deviare il flusso d'aria che impatta sulla parte anteriore della vettura ed in particolare sulle grandi ruote (diminuendo il C_D della formula). Quindi, a parità di deportanza ottenuta dalle ali, i vortici aumentano la downforce (dal fondo) e riducono il drag. 

Il problema è che gli stessi vortici (sommati a quelli in uscita dal diffusore) generano una scia turbolenta che altera completamente questo delicato equilibrio aerodinamico nelle vetture che si avvicinano alle spalle. Questa "coperta corta", ha portato i progettisti a cercare ulteriori delicati equilibri, con approcci a volte molto differenti. 

L'esempio di Red Bull e McLaren: filosofie diverse, stessa sfida

La stagione attuale ha mostrato chiaramente come le filosofie aerodinamiche diverse di Red Bull e McLaren si traducano in approcci differenti alla pista. La Red Bull RB21, come confermato più volte da Max Verstappen, è estremamente veloce in condizioni ottimali, ma risulta essere molto complicata da portare al limite in presenza di variazioni minime nelle condizioni di pista o atmosferiche. “A volte la macchina è perfetta e imbattibile, altre volte sembra quasi inguidabile” ha recentemente dichiarato Verstappen, sottolineando la fragilità di un equilibrio aerodinamico estremamente sensibile.

D’altra parte, la McLaren sembra aver trovato una soluzione più equilibrata, meno estrema forse nei picchi assoluti di performance, ma sicuramente più stabile e versatile, come confermato da Lando Norris: “La nostra vettura è veloce perché riesce a essere costante in tutte le condizioni. È difficile che soffriamo variazioni di vento o temperatura come altre squadre.”

In questo delicato equilibrio una soluzione che sembrava risolvere il problema ad un certo punto è arrivata grazie alle "ali flessibili", un sistema al limite del regolamento che tramite materiali innovativi ed il sapiente utilizzo delle vibrazioni consentiva alle scuderie di superare i controlli statici ma di ottenere comunque l'effetto desiderato in gara. Ma la nuova direttiva che sarà introdotta in Spagna bloccherà anche questo. 

Come risolvere il problema?

La situazione a cui ormai assistiamo da più di una stagione, con le difficoltà dei piloti nel rimanere per diversi giri vicino alla vettura che si vuole sorpassare, dimostra chiaramente che il regolamento tecnico "effetto suolo" del 2022 ha fallito nel suo obiettivo principale: le vetture che viaggiano in aria pulita riescono a esprimere pienamente il loro potenziale, mentre quelle in scia subiscono una perdita di equilibrio aerodinamico, che altera il bilanciamento e manda rapidamente in crisi le gomme. Questo fenomeno rende le monoposto meno prevedibili da guidare, complicando ulteriormente le fasi di sorpasso invece di agevolarle. Un problema che non ha una soluzione universale ed ha generato  le famose "finestre di funzionamento" piccolissime, ne sa qualcosa la Ferrari.

Ed ecco perchè l'aerodinamica attiva può essere una svolta per il futuro

Dal prossimo anno, la Formula 1 introdurrà l’aerodinamica attiva, una rivoluzione tecnica che potrebbe finalmente risolvere alcuni dei problemi che i regolamenti attuali non sono riusciti a risolvere. L’aerodinamica attiva prevede l’utilizzo di superfici aerodinamiche mobili capaci di cambiare angolazione e configurazione in tempo reale durante la corsa, adattandosi immediatamente alle condizioni della pista.

Questo approccio permetterà di compensare automaticamente variazioni nelle condizioni atmosferiche, nel vento e soprattutto nella scia lasciata dalle vetture davanti. Riducendo sensibilmente la perdita di deportanza, le monoposto potranno seguirsi più da vicino senza compromettere significativamente le prestazioni. In questo modo, gare e sorpassi potrebbero tornare a essere più frequenti, spettacolari e meno condizionati dalla posizione in pista o dalle raffiche di vento.

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