Pedeorelha | Come funziona l'aerodinamica delle auto di serie

Yurii Mongol
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Vettura in prova in galleria del vento per prestazioni aerodinamiche. Andy Sacks / Stone / -Getty Images

-La flotta di auto di oggi è un enorme miglioramento rispetto alle alette ornamentali e alle strutture squadrate del passato. Il design moderno e sinuoso riduce al minimo la forza che l'aria crea contro il movimento dell'auto e il risultato è un'auto più elegante e veloce. Poiché la velocità è, ovviamente, il fattore principale nelle gare NASCAR, l'aerodinamica è un elemento cruciale nel design delle stock car.

L'aerodinamica è lo studio di come si muove l'aria, soprattutto di come interagisce con oggetti solidi e in movimento. Proprio come un motoscafo lascia la linea affilata di una scia trascinandosi dietro di sé sull'acqua, un'automobile crea un impatto aerodinamico mentre taglia l'aria.

I progettisti automobilistici e i team NASCAR si affidano a principi aerodinamici per creare miglioramenti nella potenza e nella manovrabilità dei veicoli ad alta velocità. Le autovetture sono diventate più formose nel corso degli anni man mano che i produttori hanno scoperto come la razionalizzazione può aumentare l'efficienza del carburante, consentendo a un'auto di viaggiare alla stessa velocità utilizzando meno potenza. Questi design riducono la resistenza all'aria o la resistenza aerodinamica.

-Nel mondo delle corse automobilistiche, potrebbe essere più importante aumentare la forza verso il basso che l'aria esercita sulle ruote dell'auto. Questo deportanza è la chiave per mantenere la trazione nelle curve strette e costanti di una gara di short track.

La scoperta dei misteriosi poteri del carico aerodinamico negli ultimi decenni ha mandato il mondo delle corse automobilistiche in una frenesia di test nella galleria del vento e di sottili ritocchi delle carrozzerie delle auto di serie. Ha cambiato la cultura e la pratica delle corse automobilistiche in modi che alcuni fan trovano esasperanti. NASCAR ha dovuto intervenire e regolare attentamente le caratteristiche aerodinamiche di ciascun veicolo in competizione per mantenere condizioni di parità.

-Anche i fan occasionali sono costantemente esposti alla terminologia dell'aerodinamica automobilistica. Questo articolo demistificherà il gergo NASCAR, a partire dal fenomeno di spinta aerodinamica.

Contenuti

Stock Car Aero Push
Carico aerodinamico di serie
Stock Car Lift
Stock Car Drag

Un'auto di scorta in corsa perfora l'aria mentre viaggia. L'aria scorre sopra la parte superiore dell'auto e viene deviata dallo spoiler attaccato al ponte posteriore. Se un'altra macchina si trascina immediatamente dietro, dal muso alla coda, entra continuamente nello spazio aereo interessato dall'auto che precede.

-Il veicolo trainante, se si ferma a una certa distanza, può sfruttare la forza aerodinamica della vettura di testa. L'aria si comporta come se le due auto fossero una sola. L'aria spostata dietro l'auto di testa crea un vuoto parziale che risucchia l'auto in coda davanti a una velocità maggiore o alla stessa velocità con uno sforzo del motore ridotto e un consumo di carburante inferiore. Questo è chiamato redazione. Entrambe le auto possono viaggiare più velocemente di quanto le auto possano viaggiare da sole [fonte: Turner].

Il drafting può essere una tecnica di corsa molto potente, ma ha una seria responsabilità. L'auto in coda subisce una riduzione del carico aerodinamico sui pneumatici anteriori, con conseguente perdita di stabilità e manovrabilità in uscita di curva. Questo è spinta aerodinamica, chiamata anche condizione "stretta", che richiede al conducente in coda di rilasciare l'acceleratore per riprendere la trazione [fonte: ESPN].

Aero Push costringe i conducenti a fare calcoli accurati. Da un lato, molti piloti possono rimanere competitivi in una gara ravvicinata portandosi sulle spalle il veicolo di testa, approfittando della maggiore forza e della minore sollecitazione del motore. Gli effetti sono particolarmente benefici sui rettilinei. In curva, però, i pericoli entrano in gioco in una ridotta manovrabilità e una maggiore probabilità di perdere il controllo.

La spinta aerodinamica è diventata quasi la caratteristica dominante delle gare NASCAR. I fan si sono lamentati del fatto che le corse abbiano perso parte del loro fascino, poiché i piloti rimangono in posizioni fisse per lunghi tratti alla volta. I piloti si sfidano meno a vicenda, guidando in fila indiana piuttosto che fianco a fianco. Sul lato positivo, un numero maggiore di veicoli può stare vicino al leader del gruppo.

La spinta aerodinamica - e tutta l'aerodinamica da corsa, del resto - è tutta una questione di deportanza.

Aria nell'aria

Nella copertura NASCAR di ESPN, un espediente di effetti speciali chiamato Draft Track mostra agli spettatori come funziona la spinta aerodinamica in tempo reale, rappresentando le correnti d'aria tramite sbuffi verdi animati sullo schermo [fonte: Hiestand].

Downforce è una forza verso il basso prodotta dalla pressione dell'aria, che crea una pressione più forte tra il pneumatico e la superficie della strada. Il principio in questione è lo stesso di quello che dà la portanza agli aeroplani, ma al contrario.

La forza aerodinamica risulta dalle differenze di pressione sui lati dell'oggetto in movimento. I metodi più comuni per aumentare la deportanza di un veicolo comportano la riduzione della pressione dell'aria sotto il veicolo.

Per la maggior parte, qualsiasi aumento del carico aerodinamico porterà anche un conseguente aumento della resistenza aerodinamica. Per il demone della velocità, più resistenza significa velocità più basse sui rettilinei Ma più carico aerodinamico significa una migliore maneggevolezza in curva poiché gli pneumatici aderiscono alla pista in modo più sicuro.

-Gli ingegneri automobilistici e le squadre ai box si sforzano di mantenere l'equilibrio tra le due forze. Su una pista come Daytona, con i suoi lunghi rettilinei e gli angoli sporgenti e acuti, i progetti tendono a mantenere la resistenza aerodinamica al minimo. Per le gare di short track, la strategia è invertita: poiché il pilota trascorre più tempo della gara a negoziare le curve, un'enfasi sul carico aerodinamico porterà a una maggiore velocità complessiva e a una maggiore sicurezza [fonte: Tierney].

Ottenere più carico aerodinamico manipolando i corpi delle auto da corsa è un compito ossessivo nel settore delle auto di scorta. Forse il miglior punto di partenza è dal muso del veicolo. Un nasello adeguatamente angolato, posizionato in basso rispetto al suolo, dirige la maggior parte dell'aria verso l'alto sopra la parte superiore dell'auto. L'obiettivo è creare un'area di bassa pressione, o vuoto parziale, sotto il naso [fonte: Circle 304].

I pozzetti delle ruote sono un'altra area da modellare. Una ruota svasata che si apre bene, davanti al pneumatico, costringerà l'aria in uscita dai lati e dal fondo dell'auto, riducendo ulteriormente la pressione dell'aria [fonte: Boone, "Race Car Aerodynamics"].

Nonostante tutta l'abilità tecnologica dedicata all'aumento della deportanza dietro le ruote anteriori dell'auto di serie, è fondamentale considerare l'equilibrio. La parte posteriore dell'auto deve avere la sua parte di carico aerodinamico per essere gestita correttamente.

-Studiare il carico aerodinamico significa prestare attenzione alla sua forza opposta, la portanza.

Minigonne laterali Sidebar

Minigonne laterali -- lunghi pezzi orizzontali che scorrono bassi lungo il lato di un veicolo - sono stati sviluppati nelle corse automobilistiche come un modo per ridurre la pressione dell'aria sottostante e aumentare la deportanza. Ma questa caratteristica esterna potrebbe essere buttata giù dal veicolo, con conseguente perdita improvvisa di carico aerodinamico e alta probabilità di incidente [Fonte: Cislunar Aerospace]. Molte autorità automobilistiche hanno vietato le minigonne laterali, ma rimangono una caratteristica appariscente di alcune autovetture [Fonte: BMW].

-Le ali di un uccello o di un aereo sono i produttori più evidenti di sollevamento. Ma la portanza non significa necessariamente una forza verso l'alto che contrasta la gravità. In effetti, la deportanza è una forma di portanza negativa.

La portanza è la forza aerodinamica perpendicolare alla direzione del corpo in movimento. al contrario, trascinare è una forza resistente parallela ma proveniente dall'oggetto in movimento. Lift - colloquialmente chiamato a forza verso il cielo -- è solitamente presente in un modo o nell'altro in un oggetto in movimento. Poiché la portanza e la deportanza sono forze opposte, parte dello sforzo per costruire un'auto di scorta con un forte carico aerodinamico implica il superamento della portanza.

-Gli obiettivi ingegneristici sono di ridurre la quantità di aria che scorre sotto il telaio per garantire un'attrazione più ravvicinata tra i pneumatici e il suolo e per fornire una facile fuga per l'aria che arriva al di sotto.

Le auto di serie sono caratteristicamente progettate con rastrello -- il che significa che la parte posteriore dell'auto è più alta da terra rispetto all'estremità anteriore del telaio. Mantiene la pressione sotto la macchina verso il basso, impedendo il sollevamento.

Spoiler, dighe aeree frontali e ali producono questo effetto. Un diga d'aria è montato sotto il paraurti anteriore per bloccare il flusso d'aria sotto la carrozzeria. Le appendici alari, utilizzate sulle vetture di Formula 1 e Indy, sono capovolte per fornire carico aerodinamico invece di portanza.

Le auto da corsa di tanto in tanto diventano in volo nonostante questi dispositivi. Il pericolo è particolarmente presente quando un'auto sta girando, il che altera radicalmente le forze aerodinamiche in gioco. Durante una rotazione ad alta velocità, l'aria può muoversi abbastanza rapidamente sul tetto e sul cofano per produrre una potente forza di sollevamento.

Diverse innovazioni di sicurezza sono installate sui veicoli NASCAR per tali emergenze, come un finestrino incassato a destra. Le auto di serie che girano intorno ai binari ovali a sinistra hanno maggiori probabilità di mostrare la loro faccia destra in una rotazione. Lo spigolo vivo del finestrino destro devia l'aria invece di lasciarla fluire liberamente sul tetto. Le alette incassate nel tetto dell'auto, un'altra caratteristica di sicurezza, iniziano a salire se la pressione dell'aria scende improvvisamente sopra l'auto, bloccando il flusso d'aria [Fonte: Leslie-Pelecky].

Speedy Science

Se sei curioso dell'aerodinamica, fai ulteriori ricerche su Internet o presso la tua biblioteca locale. Un libro del 2008 intitolato "The Physics of NASCAR: How to Make Steel + Gas + Rubber = Speed", di Diandra Leslie-Pelecky, spiega l'aerodinamica e altri principi scientifici nelle corse automobilistiche.

La resistenza aerodinamica è la forza dell'aria lungo la lunghezza dell'auto che viaggia, che si oppone alla forza dell'auto. Mentre l'auto taglia un percorso nell'aria, alcune molecole d'aria entrano in collisione con il paraurti anteriore, producendo resistenza.

-Altre molecole fluiscono lungo il cofano, solo per sbattere contro il parabrezza, un'altra fonte di resistenza. L'aria che scivola dolcemente sul tetto diventa turbolenta sopra il lunotto e dietro l'auto, esercitando una forza all'indietro sul veicolo.

La velocità, la densità dell'aria e le dimensioni, la forma e il design dell'auto determinano l'entità della forza di resistenza di un'auto.

"Un'auto più veloce subisce più resistenza perché deve spingere via le molecole d'aria più velocemente", spiega Diandra Leslie-Pelecky nel suo libro, "The Physics of NASCAR". "L'aria densa aumenta la resistenza perché ci sono più molecole d'aria che colpiscono ogni area dell'auto. Un'area della sezione trasversale più ampia aumenta la resistenza perché è necessario spostare più molecole d'aria" [fonte: Leslie-Pelecky].

La resistenza è il principale ostacolo all'accelerazione e alla velocità di corsa. Si stima che un'autovettura che guida in autostrada spenda circa il 60% della sua energia per superare la resistenza dell'aria, una percentuale molto maggiore dell'attrito dei pneumatici e del fabbisogno energetico della trasmissione stessa [fonte: Beauchamp].

Sconfiggere la resistenza è stato il primo obiettivo principale dell'aerodinamica automobilistica, a partire dagli anni '60. È ancora la variabile più importante nelle condizioni di gara che attribuiscono un minore premio alla deportanza, come i tracciati più lunghi con più rettilinei.

Le linee eleganti, i parabrezza inclinati e gli angoli arrotondati delle moderne auto da corsa - e delle autovetture per quella materia - sono progettati per ridurre al minimo la resistenza. Ma la ricerca di progettare auto da corsa con un elevato carico aerodinamico netto a volte porta a una resistenza aggiuntiva. Lo spoiler posteriore trovato sui veicoli NASCAR è un esempio calzante: aumenta la resistenza distribuendo il peso dalla parte anteriore a quella posteriore dell'auto [fonte: Circle Track]. L'aerodinamica rimane un campo dell'ingegneria vivace e giovane, con molte innovazioni ancora da realizzare.

Per restare al passo con le ultime innovazioni nel campo dell'aerodinamica, visitare i link nella pagina successiva.

Aerodinamica ed efficienza dei consumi

I conducenti ordinari non devono preoccuparsi del carico aerodinamico dei loro veicoli, ma le autovetture possono ridurre la resistenza abbassando il telaio, aggiungendo una diga d'aria, un vano ruota e carenature del cofano [fonte: Beauchamp].

Come funziona l'aerodinamica delle auto di serie

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