La forma dell’ala rovesciata crea una forza verso il basso, aumentando l’aderenza alla strada.
Renault_R23B_ala_frontale_2017_Museo_Fernando_AlonsoFoto: Morio via Wikimedia Commons
L’ala di un aereo genera portanza ottenendo una differenza di pressione tra la superficie superiore e quella inferiore dell’ala. La superficie superiore è tipicamente arrotondata, mentre quella inferiore è piatta. Quando l’aria ad alta velocità passa attraverso l’ala, si crea una pressione maggiore sotto l’ala e una pressione minore sopra l’ala, con conseguente portanza positiva. Se l’ala è rovesciata, l’effetto è opposto e le ali generano naturalmente una forza verso il basso anziché una portanza.
La Lotus 78
Nel 1976, Colin Chapman e il suo team si misero a progettare e costruire quella che sarebbe diventata una nuova, rivoluzionaria vettura di Formula 1, la Lotus 78. Dopo diverse iterazioni del progetto iniziale, il team eseguì dei test nella galleria del vento per capire la manovrabilità del veicolo alle velocità di esercizio. Il team scoprì che gli effetti al suolo si basano sullo stesso principio delle ali degli aerei.
Scoperto nel 1738 dal matematico e fisico svizzero Daniel Bernoulli, il principio si basa sulla relazione inversa tra la velocità e la pressione del fluido che scorre attraverso il profilo dell’aria. La pressione più elevata sotto l’ala spinge l’ala verso l’alto per ottenere il volo. Il team si è reso conto che, invertendo l’ala, si sarebbe ottenuto il risultato opposto.
Effettuando ulteriori test nella galleria del vento, il team ha sperimentato l’uso di un’ala a forma invertita sotto la cabina laterale dell’auto. Hanno scoperto che non solo questo design aumentava efficacemente l’effetto suolo, ma che quando la forma dell’ala era più vicina al suolo, la forza si intensificava.
Una significativa diminuzione della pressione ha creato un effetto di aspirazione, consentendo una forza verso il basso. Questa forza ha tenuto l’auto più vicina al suolo, migliorando la trazione e la manovrabilità. Per aumentare l’effetto di aspirazione, è stata progettata una struttura più sottile (compreso il telaio). La maggiore forza verso gli pneumatici anteriori garantiva una maggiore aderenza e, quindi, una maggiore velocità in curva.
Il design era finalizzato ad aumentare la forza verso il basso e a ridurre la resistenza aerodinamica, consentendo di ridurre gli spazi di frenata. Quasi l’80% dell’aderenza su strada richiesta dalle vetture di F1 è ottenuta grazie alla forza discendente. Essendo la prima vettura a effetto suolo in Formula Uno, la Lotus 78 vinse cinque gare nel suo anno inaugurale.
Design e configurazioni regolabili
È noto che la forma dell’ala di un aereo determina la quantità di portanza che produrrà a varie velocità e angolazioni. Allo stesso modo, su una vettura di Formula Uno, la forma dell’ala anteriore può essere regolata in diverse configurazioni per adempiere alla missione. Esistono più di 100 impostazioni per l’ala anteriore e più di 20 per quella posteriore. Tuttavia, esiste una sola condizione ideale per la missione.
La configurazione viene modificata in base alla velocità richiesta e al tipo di circuito. Ad esempio, il Gran Premio d’Italia a Monza è un circuito ad alta velocità con lunghi rettilinei e curve veloci. Una configurazione alare relativamente piatta è ideale per ottenere le massime velocità possibili.
Al contrario, nei circuiti con molte curve strette e rettilinei minimi, si utilizzano elementi alari più ripidi. Ciò contribuisce a generare la massima forza verso il basso possibile per consentire alle auto di percorrere le curve più velocemente. È da notare che le prestazioni dell’ala anteriore delle auto di F-1 si riducono se c’è un’altra auto direttamente davanti.