Suggestivo vero?
L'aerodinamica è sempre stato uno degli aspetti dell'automobile che più mi ha affascinato. Approfondirlo dal punto di vista matematico, però, va molto al di là della missione di FR Tecnica e probabilmente ammazzerebbe tutto il fascino di cui sto parlando...
Saper interpretare il modo in cui i flussi d'aria si snodano intorno all'auto ad alta velocità, in ogni caso, è a mio parere il metodo più intuitivo ed efficace per capire "a occhio" come funziona la sua aerodinamica.
Per farlo è necessario avere chiari in mente 3 concetti fisici fondamentali:
1) L'equazione di Bernoulli:
Delegando felicemente la trattazione matematica a Wikipedia, ciò che ci interessa sapere è che, se una certa quantità di fluido attraversa un tubo, nel momento in cui la sezione del tubo si restringe la pressione a cui si trova il fluido diminuirà e la velocità del fluido aumenterà (come ci insegna il Vale nazionale in foto 😜 ).
Viceversa se la sezione si allarga aumenterà la pressione e si ridurrà la velocità.
Ora questo tubo non deve necessariamente essere una parete fisica. Se consideriamo la foto in copertina, due o più linee di flusso formano un tubo di flusso vero e proprio (hai notato che le linee non si incrociano mai? Non possono farlo! Una linea di flusso fa quindi da "parete del tubo" alle altre).
A cosa ci porta saperlo? Ad esempio a dire che in corrispondenza del tetto l'aria accelera creando una zona di bassa pressione (e che quindi la forza verticale agente sulla cappotta sarà minore rispetto a quella agente sul cofano anteriore per dirne una). Il principio di Bernoulli è alla base del funzionamento dei diffusori.
2) Il Principio di Conservazione della Quantità di Moto:
Che altro non è che il Principio di Azione e Reazione applicato agli impatti. Anche qui non mi soffermo sulla trattazione matematica, ciò che in pratica ci dice è che se una pallina da biliardo colpisce un'altra rimbalzando verso sinistra, sull'altra agirà una forza che la spingerà verso destra. Applicando il Principio all'aria che colpisce la nostra auto, ci dice che, se il flusso d'aria viene deviato, ad esempio, verso l'alto, in quel punto l'aria eserciterà una forza che spinge l'auto verso il basso (deportanza), viceversa se viene deviato verso il basso ci sarà una forza che tira l'auto verso l'alto (lift).
Se il primo caso è quello su cui si basa l'aerodinamica delle auto da corsa...
... il secondo è invece, soprattutto al posteriore, il caso tipico delle auto stradali che, infatti, ad alta velocità tendono ad "alleggerirsi".
Per la cronaca, l'effetto per cui l'aria viene "tirata" verso il basso è il tanto chiacchierato Effetto Coanda e ha principalmente a che fare con l'attrito viscoso dell'aria sulla carrozzeria. Magari approfondiremo in futuro 😉
3) I Vortici e la Scia:
Non sempre l'aria è in grado di seguire le forme dell'auto; se l'angolo formato dalla carrozzeria è minore di 62° rispetto alla verticale infatti, il flusso si stacca dalla carrozzeria e si crea una zona di "vuoto" all'interno della quale l'aria accelera ruotando su se stessa. Si formano dei vortici.
In generale i vortici formano delle "bolle" di bassa pressione in zone ad alta pressione. Una bolla di bassa pressione di dimensioni importanti si forma dietro l'auto creando, appunto, la scia.
E' chiaro che, se la pressione dietro l'auto è minore della pressione davanti all'auto, esisterà una forza che spinge l'auto verso il retrotreno. Più grande è la scia, più grande sarà la resistenza all'avanzamento. (Drag)
In effetti è stato dimostrato che la forma del posteriore dell'auto influenza la resistenza all'avanzamento molto più dell'anteriore.
Un profilo posteriore di tipo fastback (tipo Porsche 911) è mirato proprio alla riduzione della zona di scia. Negli anni 70 andava molto di moda (basta ricordare la Mustang, la Camaro, l'Alfetta GT, la Lancia Beta, la Citroen CX e tante altre...), di recente però è stato verificato sperimentalmente che, sebbene questo profilo vada effettivamente a ridurre la scia, non impedisce del tutto la formazione di vortici nel retro della vettura. I vantaggi in termini di resistenza all'avanzamento in realtà sono minimi, in più vi sono i problemi di lift al posteriore che vedevamo prima.
Per questo e per motivi di spazio, più recentemente ha preso piede il profilo di carrozzeria di tipo hatchback. Il principio di base è l'esatto opposto: creare un distacco netto del flusso cercando di minimizzare la formazione di vortici. Ovviamente la zona di scia dietro l'auto sarà più grande, ma i flussi circostanti saranno più puliti e questo consente di ottenere quasi gli stessi risultati di una fastback in meno spazio, con un bagagliaio più grande e con meno problemi di lift. (Se osservi la prossima foto vedrai che i flussi d'aria complessivamente sono stati deviati verso l'alto)
E' chiaro che, sebbene sia una soluzione valida, il profilo hatchback non è il migliore. Le auto più sportive, infatti, continuano ad avere un profilo fastback, risolvendo i problemi di lift con un bell'alettone! 😁
Bene!
Ora che hai tutti i concetti di base che ci servono per parlare di aerodinamica, possiamo iniziare a vedere come lavorano il fondo, le ali, i deviatori di flusso.. E lo faremo... nei prossimi articoli però perchè questo è già fin troppo lungo.
Per oggi è tutto, ciao! 😜
Ottimo articolo!
RispondiElimina