L’effetto suolo in Formula 1 (Parte 1: gli albori)

Tra qualche anno l’effetto suolo tornerà ad essere ammesso nella F1, ripercorriamone la storia.

Nel mondo dell’automobilismo si identifica con effetto suolo, o effetto Venturi, quel fenomeno tramite il quale si riesce a creare deportanza utilizzando opportune conformazioni del fondo vettura. Questo fenomeno è conseguenza di un semplice principio fisico, detto principio di Bernoulli, secondo il quale, dato un fluido in movimento in un tubo di flusso che presenti una strozzatura (tubo di Venturi), la pressione del fluido è tanto minore e la sua velocità tanto maggiore quanto più è piccola la sezione della strozzatura. Quindi, disegnando il fondo di una vettura come un tubo di Venturi e avvicinandolo il più possibile al suolo, è possibile far sì che la pressione dell’aria che passa sotto la vettura sia minore di quella che passa sopra creando così una depressione tra il fondo della vettura e l’asfalto. Questa depressione schiaccia la vettura al suolo creando quindi deportanza. Il principio di Bernoulli è lo stesso che permette agli aerei di volare. In questo caso però le ali sono disegnate in modo tale da rendere maggiore la pressione dell’aria sulla superficie inferiore creando così portanza.

Fu proprio sfruttando queste leggi fisiche che nel 1977 Colin Chapman costruì la Lotus 78, prima vettura di Formula 1 ad effetto suolo e destinata a stravolgere il mondo della massima serie almeno fino al 1982. Tuttavia, quella proposta da Chapman, non era una novità assoluta; l’effetto suolo era infatti un fenomeno noto nel mondo dell’automobilismo, almeno sulla carta, già a partire dagli anni ‘30.

Fu sul finire degli anni ’60 che l’effetto suolo cominciò ad essere applicato nella pratica. Tra i primi a condurre degli studi in tal senso furono Tony Rudd e Peter Wright della BRM affascinati dall’idea di poter progettare una F1 che non avesse bisogno di alettoni. Tuttavia, gli scarsi mezzi a disposizione e le vetture dell’epoca, poco adatte ad essere abbinate all’effetto suolo, spinsero i due ad abbandonare il progetto. Contemporaneamente altre squadre pensarono di sfruttare il fondo della vettura per creare aderenza: la March propose un telaio con due appendici laterali a forma di ala rovesciata che però si rivelarono inutili data la scarsa superficie utile e la mancanza di un sigillo laterale. La Ferrari invece, per mano di Mauro Forghieri che prese spunto dalle vetture Sport-Prototipo, a partire dalla 312 B3-74 schierò monoposto basse, piatte e larghe per cercare di creare la massima deportanza possibile sfruttando anche il fondo piatto. Sempre a partire dal 1974 alcune vetture furono dotate di piccole minigonne laterali per pulire il flusso d’aria che passava sotto la monoposto e creare una depressione. Queste soluzioni si rivelarono però poco efficienti in quanto l’effetto Venturi era quasi del tutto assente.

La March 701. Si notino le appendici laterali a forma di ali rovesciate.

Al contrario della Formula 1 e del panorama europeo, negli Stati Uniti gli studi a riguardo erano piuttosto avanzati: nel 1970 Jim Hall realizzò per il campionato Can-Am la Chaparral 2J, una vettura che creava l’effetto suolo grazie a due enormi ventole che aspiravano l’aria da sotto la vettura, e a partire dal 1974 nella 500 Miglia di Indianapolis cominciarono ad apparire vetture ad effetto suolo con tubi di Venturi e minigonne.

Prendendo quindi spunto dai progetti d’oltreoceano e da studi da lui condotti su alcuni aerei della Seconda Guerra Mondiale, Colin Chapman, sempre impegnato a cercare soluzioni innovative per le sue auto, cominciò a fantasticare sull’idea di poter realizzare una Formula 1 che generasse effetto suolo tramite tubi di Venturi. Per questo nel 1975 affidò a Rudd e Wright, passati alla Lotus alcuni anni prima, il compito di realizzare dei modellini in scala da studiare in galleria del vento. Furono realizzate diverse configurazioni di condotti Venturi, in pratica si trattava di ali rovesciate collocate all’interno di cassoni da montare ai fianchi di una monoposto e il più possibile vicine a terra. Per aumentare l’efficacia di tali condotti si pensò inoltre, ispirandosi proprio alla Chaparral, di sigillarli con delle minigonne in modo da eliminare eventuali effetti parassiti. L’assenza delle minigonne causa infatti la creazione di vortici che tendono a portare l’aria dalle zone a più alta pressione a quelle a pressione minore; questo incide in maniera fondamentale sull’economia dell’effetto suolo perché sotto la vettura scorrerebbe un flusso “sporco” e non costante. I risultati in galleria del vento non si fecero attendere e si mostrarono coerenti con il principio di Bernoulli, ma la cosa sorprendente era che le minigonne erano la chiave di volta dell’intero progetto e grazie a loro, all’aumentare della velocità, il modellino veniva schiacciato sempre di più verso il suolo aumentando quindi il carico aerodinamico.  Nelle configurazioni più estreme, il carico era addirittura tale da far collassare il modellino in compensato.

Rappresentazione di una generica monoposto dotata di tubi di Venturi. Le superfici rosse sono i condotti in questione mentre quelle gialle sono le minigonne. Il tratto blu evidenzia il percorso dell'aria attraverso i radiatori.

Una volta messo al corrente delle prove in galleria, Chapman non esitò a passare alla pratica e cominciò a realizzare un prototipo basato sulla Lotus 77 che in quel momento stava correndo con scarso successo la stagione 1976. Il telaio era un classico monoscocca in alluminio e honeycomb e montava il famoso Cosworth DFV. Sulle fiancate furono collocati i due cassoni con all’interno i condotti di Venturi che si stringevano a metà vettura per poi riallargarsi verso le ruote posteriori. Per poter alloggiare tali cassoni, i radiatori furono riposizionati sopra i tubi di venturi in modo che soffiassero verso l’alto senza interferire con il flusso sotto la vettura (si dice che tale configurazione fosse stata ispirata dal celebre caccia De Havilland Mosquito). Anche i serbatoi del carburante, all’epoca alloggiati nelle fiancate, furono collocati alle spalle del pilota per creare il maggiore spazio possibile ai condotti Venturi. Tuttavia il prototipo presentava alcuni problemi. Il più importante era rappresentato dalle minigonne a spazzola che alle alte velocità tendevano a deformarsi non garantendo più il sigillo con il suolo. Si decise quindi di adottare delle minigonne in gomma e materiale ceramico resistente all’attrito inclinate di 45° rispetto alla verticale. Un supporto elastico le premeva verso il basso in modo da copiare perfettamente l’asfalto. Un secondo problema era quello del baricentro troppo alto che fu risolto rivedendo la distribuzione dei pesi e ridisegnando la parte anteriore della monoposto. Un ultimo problema era rappresentato dal carico aerodinamico troppo sbilanciato verso l’anteriore, per equilibrarlo si decise quindi di adottare un’ala posteriore con profilo più carico.

Era così nata la Lotus 78, prima monoposto ad effetto suolo a calcare le piste del mondiale. Nonostante la versione definitiva fosse già pronta per la fine del 1976, Chapman decise di rinviarne l’esordio all’anno successivo temendo di scoprire troppo presto le sue carte. Alle sue prime apparizioni nel 1977, gli avversari, non riuscendo a capire cosa si celasse dietro quelle strane minigonne, la liquidarono come l’ennesima trovata eccentrica di Chapman. La 78 si dimostrò però una temibile avversaria per la conquista al titolo perché quando funzionava si rivelò pressoché imbattibile conquistando 5 vittorie (4 Andretti, 1 Nilsson) contro le 4 delle Ferrari (3 Lauda, 1 Reutmann). Tuttavia alcuni difetti di gioventù fecero sì che Andretti non potesse lottare per il titolo fino alla fine. Infatti, per permettere alla 78 di essere competitiva anche nelle piste veloci, dove era penalizzata dall’ala posteriore più carica, la Cosworth provvide a fornire una versione più potente del suo V8 a spese però dell’affidabilità che costò all’italo-americano cinque ritiri.

Differenza tra lo schema delle minigonne della Lotus 78 e 79.

Per la stagione 1978 la Lotus schierò ancora la 78 almeno fino al Gran Premio del Belgio, quinta gara in calendario, dove debuttò la più moderna 79 che avrebbe dominato il resto della stagione con Mario Andretti e Ronnie Peterson. La nuova monoposto proponeva alcune migliorie volte a risolvere i difetti di gioventù della 78. Per prima cosa la meccanica fu completamente carenata per aumentare l’efficienza aerodinamica, fu inoltre proposto un alettone posteriore inedito per l’epoca, non era infatti retto da un traliccio centrale, ma da due supporti laterali che si andavano a ricongiungere con la carena. I condotti di Venturi furono ridisegnati per trasferire più carico al retrotreno ed adottare quindi un alettone posteriore meno carico. Le minigonne ora non erano più inclinate di 45° ma disposte verticalmente e abilitate a scorrere all’interno delle paratie laterali per copiare meglio l’asfalto. Questa nuova configurazione garantiva un carico aerodinamico pari al 30% in più rispetto alla 78, vantaggio che durante la stagione riuscì a mascherare i veri difetti della vettura come la scarsa rigidità torsionale del telaio e un impianto di raffreddamento, ridisegnato rispetto alla 78, poco efficace.

Differenze tra Lotus 78 e 79

(© 2011 Matteo Di Giovanni)

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