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Monoposto con effetto suolo, caratteristiche e nuovo regolamento F1 2022

Nel 2022 le monoposto F1 cambiano pelle e configurazione aerodinamica grazie al nuovo regolamento tecnico che reintroduce l’effetto suolo. Che cos’è e cosa aspettarci dalla nuova stagione F1.

Manuel Cerfeda21 Febbraio 2022

8 Minuti di Lettura

Regolamento F1 2022, come sono le monoposto effetto suolo

La stagione 2022 della Formula 1 sarà ricordata per l’introduzione di un cambiamento epocale all’aerodinamica delle monoposto, fortemente voluto dalla FIA per risolvere l’annoso problema della sensibilità delle vetture alle turbolenze, che rende difficili i sorpassi in gara.

Nuovo regolamento F1 2022 monoposto effetto suolo

Torna l’effetto suolo nel nuovo regolamento di Formula 1 per il 2022, che rappresenta un cambiamento radicale: le nuove regole modificano totalmente il modo in cui le automobili generano il carico verticale e come il flusso dell’aria interagisce con la vettura, con l’obiettivo di aumentare la spettacolarità delle gare.

Vista di profilo Ferrari F1-75 2022 — Nuova **Ferrari F1-75 2022** ad effetto suolo, caratteristiche

La nuova forma del fondo della vettura è stata definita in base ai risultati di sperimentazioni in galleria del vento con programmi di simulazione CFD (fluidodinamica computazionale), mirate a stabilire i veri motivi che impedivano alle monoposto di correre efficacemente in scia una all’altra, individuando le modalità con cui le turbolenze generate da un’auto vanno a interferire con l’aerodinamica della vettura che la segue, con lo scopo di minimizzare questi effetti.

Con le nuove regole tecniche, il fondo della vettura è diventato in pratica un unico grande tubo di Venturi: in questo modo il carico verticale della vettura è influenzato molto meno dagli effetti negativi dal punto di vista aerodinamico generati dall’auto che la precede.

Appendici aerodinamiche F1 2022

I regolamenti hanno anche imposto una stretta a tutti quei piccoli dispositivi aerodinamici che sono stati applicati nella zona anteriore delle attuali vetture: le nuove prescrizioni hanno interessato i raggi di curvatura delle superfici e le direzioni in cui si può guidare l’aria, in maniera più stringente rispetto alla norma del 2021, per rendere impossibile l’adozione di appendici aerodinamiche atte a deviare all’esterno il flusso turbolento generato dalle ruote anteriori.

Vista frontale Ferrari F1-75 2022 — Nuova ala anteriore monoposto della Ferrari F1-75 2022

Soluzioni simili farebbero innalzare notevolmente l’efficienza del fondo vettura, a maggior ragione con la configurazione 2022, mentre lo spirito del regolamento vuole evitare estremizzazioni in tal senso. Infatti i vortici generati dai pneumatici anteriori limitano la portata di aria che si infila sotto la monoposto, riducendo l’efficacia del fondo vettura che per generare deportanza necessita di un flusso d’aria “pulito”.

È per questo motivo che negli ultimi anni, in quella zona delle vetture, c’è stato un fiorire di piccole ali, “baffetti” e profili vari, atti a “pettinare” i vortici per deviarli ai lati della monoposto.

Inoltre le nuove impostazioni imporranno un nuovo design della zona posteriore della vettura e dell’ala posteriore: ciò permetterà di innalzare i flussi turbolenti generati dalla macchina, riducendone notevolmente l’impatto sull’auto che segue, che ne verrà quasi scavalcata.

Vista posteriore Mercedes-AMG F1 W13 E Performance 2022 — Vista posteriore della **Mercedes-AMG F1 W13 E Performance 2022**

I cambiamenti regolamentari hanno interessato anche l’ala anteriore, che presenta un profilo più arretrato e piastre terminali più semplici ed eleganti, per dare alla vettura un aspetto più dinamico.

Nuove regole F1, cosa cambia nel regolamento tecnico?

La Federazione stima che queste nuove regole porteranno una diminuzione complessiva degli attuali livelli di down force, con un aumento dei tempi sul giro di circa 3 – 3,5 secondi.

I risultati di queste sperimentazioni sono state condivise con i team, che a loro volta, con i propri esperti di aerodinamica, hanno analizzato il comportamento di due vetture in scia e poi comunicato i risultati alla Federazione. In base ai riscontri delle scuderie, il legiferatore sportivo ha apportato degli aggiustamenti alle regole che si andavano definendo. Questo scambio di informazioni è stato molto importante anche per tenere nella giusta considerazione gli altri fattori influenzati dall’aerodinamica della vettura, come ad esempio il raffreddamento della meccanica.

Sono state quindi eliminate molte zone grigie del regolamento tecnico, in particolare in merito a ciò che vada o non vada considerato un dispositivo aerodinamico, come ad esempio le prese di raffreddamento dei freni o i bracci delle sospensioni: definendone esattamente la forma si eviterà che queste parti della vettura possano assumere funzioni aerodinamiche.

Come sono le F1 2022, caratteristiche?

Alla presentazione dei nuovi regolamenti l’ingegnere Nicholas Tombazis, ex Ferrari e McLaren e oggi a capo del direttivo tecnico FIA per le monoposto, ha spiegato appunto che ci sono alcune aree e componenti della vettura che, pur non essendo sulla carta dispositivi aerodinamici, possono avere una notevole influenza sulle traiettorie dei flussi turbolenti generati dalle ruote.

Se i tecnici federali non fossero intervenuti limitando la possibilità di variare la forma di queste parti delle monoposto, probabilmente i team avrebbero trovato il modo di sfruttarli per aggirare le nuove restrizioni regolamentari.

Vista di profilo Mercedes-AMG F1 W13 E Performance 2022 — La nuova Mercedes-AMG F1 W13 E Performance secondo il nuovo regolamento

Sarà interessante scoprire come i team avranno interpretato e applicato le nuove regole e se queste avranno avuto gli effetti sperati: non resta che attendere il fine settimana del 17-20 marzo 2022, quando il Mondiale di Formula 1 prenderà il via sulla pista di Sakhir in Bahrain.

Effetto suolo, che cos’è in F1?

Per comprendere il funzionamento dell’effetto suolo introdotto con il nuovo regolamento nel mondiale F1 2022 è necessario introdurre l’importantissima legge della fluidodinamica nota come Teorema di Bernoulli, che riguarda le grandezze caratteristiche dei fluidi ed è un’espressione della legge di conservazione dell’energia.

Vista laterale Ferrari F1-75 2022 — Ferrari F1-75 ad effetto suolo

Sinteticamente essa afferma che quando un fluido si muove in un condotto a sezione variabile, al crescere della velocità diminuisce la pressione e viceversa. Quindi, per la conservazione dell’energia, quando la pressione diminuisce l’energia presente in tale forma si trasforma in energia cinetica, ovvero in velocità.

Nella sua applicazione automobilistica la legge di Bernoulli è nota anche come “effetto Venturi”, perché sotto le pance delle monoposto a effetto suolo vengono creati dei condotti cosiddetti “convergenti-divergenti” ovvero con sezione che prima diminuisce e poi di nuovo aumenta; quindi sono molto simili al tubo di Venturi, un condotto convergente il cui asse orizzontale si trova sempre alla stessa altezza.

Condotto convergente - divergente monoposto F1 — Condotto convergente – divergente monoposto F1

La formula del teorema, applicato a un condotto ad altezza costante, è: _p1+12 v12=_p2+12 v22, dove p₁ e v₁ sono la pressione e la velocità nel punto 1, p₂ e v₂ sono la pressione e la velocità nel punto 2 e ρ è la densità del fluido.

Per questa legge di conservazione, nel punto più stretto del condotto la velocità del fluido aumenta per mantenere costante la portata e a questo fenomeno corrisponde una diminuzione della pressione; in questo modo sotto la vettura si viene a creare una depressione che aumenta il carico verticale e quindi l’aderenza del mezzo.

Schema di tubo di Venturi in una monoposto F1

Per sperimentare questi fenomeni fluidodinamici in maniera molto semplice, provate ad avvicinare il lato convesso di un cucchiaio al flusso d’acqua in uscita dal rubinetto, tenendolo con due dita in modo che possa oscillare. La posata si muoverà in direzione dell’acqua.

Regolamento F1 storia

Guardando indietro negli anni, ci accorgiamo che la storia della Formula 1 è costellata di modifiche al regolamento tecnico.

F1 GP Abu Dhabi 2021, Verstappen Campione del Mondo — Negli ultimi 30 anni il regolamento tecnico della F1 è cambiato più volte

Tra i più importanti negli ultimi 30 anni ricordiamo il taglio all’elettronica con la messa al bando delle sospensioni attive e il ritorno ai rifornimenti in gara nel 1994, l’introduzione del fondo scalinato e la riduzione della cilindrata a 3.000 cm³ nel 1995, i pneumatici scanalati nel 1998, il passaggio ai motori V8 di 2.400 cm³ nel 2006, l’introduzione del KERS, il ritorno alle gomme slick e lo stop ai rifornimenti in gara dal 2009 e i nuovi motori ibridi dal 2014.

Sorpassi e spettacolo in F1

Tutti questi cambiamenti sono stati introdotti dalla FIA alla ricerca di una maggiore spettacolarità dei Gran Premi, con l’intento di favorire i sorpassi tra le monoposto in gara, ma con esiti spesso deludenti, nonostante le frequenti modifiche alla configurazione aerodinamica delle vetture.

Le difficoltà incontrate dai piloti nelle manovre di sorpasso hanno origine dal modo in cui le monoposto generano deportanza: il grande carico aerodinamico apportato dalle ali anteriori e posteriori è molto sensibile alle turbolenze incontrate dalle monoposto quando sono in scia a un’altra vettura, e ciò provoca difficoltà di controllo in condizioni di bagarre, limitando la possibilità dei piloti di sorpassare l’avversario diretto in pista.

Nel 2011 è stato introdotto il DRS (Drag Reduction System), che permette al pilota che è in scia, con distacco inferiore a un secondo dal concorrente che gli è davanti, di “chiudere” l’ala posteriore, riducendo la resistenza all’avanzamento in rettilineo e di effettuare agevolmente il sorpasso. Personalmente l’ho sempre ritenuto una drastica forzatura, lontano dal vero spirito delle corse automobilistiche.

Sorpassi e spettacolo in F1 — Il ritorno all’effetto suolo ha come obiettivo quello di aumentare i sorpassi in F1

L’ultima modifica regolamentare, che entrerà in vigore a partire dalla stagione di corse che sta per iniziare, è una vera rivoluzione “copernicana”, che nelle intenzioni della FIA dovrebbe finalmente risolvere il problema sorpassi: l’addio al fondo piatto scalinato e il ritorno dell’effetto suolo.

Storia effetto suolo in F1 e altre categorie

Fino al 1967 le monoposto di Formula 1 non disponevano di dispositivi atti ad aumentare il carico verticale e l’impegno dei progettisti nel settore dell’aerodinamica era concentrato solo alla riduzione della resistenza all’avanzamento.

La rivoluzione iniziò nel Gran Premio di Francia del 1968, quando sulla Ferrari 312 di Jacky Ickx debuttò il primo alettone, installato al centro della vettura e dotato di un meccanismo che permetteva al pilota di regolare l’incidenza alare direttamente dall’abitacolo.

I team inglesi copiarono subito la soluzione, generando però configurazioni molto pericolose perché molte squadre montarono i supporti delle ali direttamente sui mozzi delle ruote: soluzione sicuramente corretta da un punto di vista teorico, ma estremamente fragile. Una serie di incidenti costrinse la Federazione a vietare questi dispositivi e obbligò i costruttori a montare le ali in modo che fossero solidali al telaio, come le conosciamo adesso.

Nel corso degli anni successivi aumentò l’interesse dei tecnici per l’aerodinamica, in particolare per l’effetto positivo che poteva avere l’interazione tra il fondo della vettura e la pista dal punto di vista dell’aderenza in curva. La forma dell’iconica Ferrari 312T è dovuta proprio a questi studi portati avanti dell’ingegner Forghieri, storico direttore tecnico della Scuderia in quegli anni.

Nel 1977 la Lotus presentò il modello 78, dotato di bandelle laterali somiglianti a spazzole, subito ribattezzate minigonne, che strisciavano sull’asfalto per impedire trafilaggi dell’aria sotto la vettura, che avrebbero diminuito drasticamente la deportanza generata dal “sigillo” aerodinamico. Sulla Lotus 79, considerata la prima vettura a effetto suolo, che dominò il mondiale 1978 con Mario Andretti e Ronnie Peterson, queste bandelle erano diventate vere e proprie paratie verticali, abbinate a pance laterali a forma di ala rovesciata.

Presto tutte le altre Scuderie si adeguarono e le “wing car” divennero sempre più sofisticate. Ma per permettere un efficace funzionamento del fondo “ad ala rovesciata” iniziarono a utilizzare assetti rigidissimi, necessari a mantenere costante l’altezza della vettura dal suolo.

L’abbinamento tra effetto suolo e assetti “inchiodati” era molto pericoloso: le monoposto erano molto faticose da guidare e in caso di guasto al dispositivo aerodinamico la vettura perdeva immediatamente carico. Sono facili da immaginare le conseguenze di un’avaria del genere in una curva affrontata ad altissima velocità.

Negli anni successivi infatti ci furono gravi incidenti, come quello occorso a Patrick Depailler, che durante un test sul circuito tedesco di Hockenheim, il 01/08/1980, decollò fuori pista e morì per le gravi ferite riportate nell’impatto. La drammatica stagione 1982, segnata dalla morte di Gilles Villeneuve, convinse la Federazione a vietare i condotti Venturi nelle pance e a imporre il fondo piatto dalla tangente posteriore delle ruote anteriori alla tangente anteriore delle ruote posteriori.

Questa configurazione fu poi modificata nel 1995 con l’introduzione del fondo scalinato, largo 50 cm e alto 5 cm, ed è rimasta tale fino alla scorsa stagione.

Va detto che, mentre dal 1983 la Formula 1 mise fuori legge le vetture a effetto suolo, in altre categorie come la Formula Indy tale soluzione è rimasta in auge, seppur con soluzioni tecniche meno estreme e pericolose di quelle viste in Formula 1 nel periodo 1978-1982.