Orrore di calcolo

Durante la settimana che ci ha condotto al Gran Premio del Giappone, ormai in pieno svolgimento, quasi tutti i media di settore e gli addetti ai lavori hanno dedicato la loro attenzione al caso dell’ala anteriore Mercedes.

Il singolare movimento in due fasi distinte sembra eccedere il tempo di 400 ms concesso per la transizione da basso ad alto carico e sarebbe quindi da dichiarare illegale.

Abbiamo scritto "quasi" tutti, dato che la FIA, sorprendentemente, non è stata in grado di rilevare il comportamento anomalo dell’ala della W17 durante il Gran Premio della Cina, prendendone atto solo a seguito delle richieste di chiarimento avanzate dai vari team.

Il sistema Mercedes è stato dichiarato legale e, in sostanza, la Federazione ha ritenuto esaustive le spiegazioni di Mercedes, che ha imputato quel comportamento a un errore di calcolo.

Sorvolando sul fatto che abbiamo visto comminare squalifiche per errori di calcolo legati all’usura del plank o al peso minimo, senza alcuna possibilità di appello, sorgono spontanee alcune domande.

Questa è una tesi credibile?

È ammissibile un errore di calcolo di questo tipo?

E, anche qualora lo fosse, produrrebbe il comportamento che abbiamo avuto modo di osservare?

Partiamo dai dati, ovvero da ciò che sappiamo con certezza, definendo le forze aerodinamiche che devono essere gestite dal meccanismo che governa l’ala mobile.

Queste forze sono, convenzionalmente, di due tipi ormai noti: la deportanza (downforce) e la resistenza all’avanzamento (drag).

Possono essere approssimate tramite tabelle standard NACA, calcolate con metodi analitici tradizionali, simulate numericamente (CFD), verificate preliminarmente in galleria del vento e infine validate nell’ambito della raccolta dati in pista. In generale sono funzione di:

• Quadrato della velocità

• Superficie dell’ala

• Altri fattori geometrici, come l’angolo di attacco e la forma del profilo

Tutti i metodi sopracitati sono ben noti ai progettisti della massima serie, che li combinano a modelli più evoluti sviluppati internamente, al fine di stimare con precisione i valori di lift e drag sui profili e, nel caso degli attuali profili alari mobili, di tracciare una curva caratteristica del valore delle forze al variare dell’incidenza del profilo.

Risulta quindi altamente poco credibile che ci possa essere stato un errore in queste stime.

Il cinematismo dell’ala mobile deve vincere la componente resistente che si oppone al moto del veicolo.

L’attuatore idraulico che governa il sistema di ala mobile deve essere dimensionato per garantire il riposizionamento dalla posizione di minima incidenza a quella di massima incidenza in 400 ms, come da prescrizione regolamentare.

Un primo approccio al dimensionamento può essere fatto considerando il valore massimo della forza deportante sul profilo che, a circa 350 km/h, può essere qualitativamente di qualche migliaio di Newton (200-300 kg), combinato a circa 1.000 N (100 kg) di resistenza all’avanzamento.

Si tratta chiaramente di dati stimati, mentre Mercedes dispone di valori estremamente più precisi.

All’interno del muso vi è poi un cinematismo che trasforma il movimento rettilineo dell’attuatore in un movimento di rotazione del flap mobile attorno a un fulcro.

Ogni team ha realizzato la propria interpretazione della soluzione, con schemi più o meno complessi, ma in ogni caso l’attuatore deve essere dimensionato per eseguire il massimo lavoro di azionamento previsto dallo schema adottato.

Il calcolo di questi schemi cinematici è relativamente semplice e alla portata di uno studente ai primi anni di ingegneria meccanica.

Il cilindro stesso, noto il carico applicato allo stelo, può essere dimensionato con semplicità imponendo la pressione di lavoro e la sezione di spinta.

Una pressione di 160 bar è piuttosto comune nei sistemi idraulici e corrisponde a un cilindro idraulico di 10 mm di alesaggio, compatibile con quanto abbiamo potuto osservare nelle immagini provenienti dai box.

Per un cilindro idraulico, oltretutto, il calcolo è ulteriormente semplificato dalla sostanziale incomprimibilità del fluido di lavoro, che rende ancora più dirette le stime relative ai tempi necessari a transitare tra le due posizioni – aspetto cruciale in un quadro regolamentare che impone i 400 ms per la completa esecuzione del movimento.

Infine, qualunque sia il cinematismo adottato dai tecnici di Brackley, e proprio poiché l’attuatore deve essere dimensionato per eseguire il massimo lavoro, non è intuitivo attendersi un movimento a due stadi come quello osservato in pista.

Ci si aspetterebbe piuttosto una corsa non eseguita completamente, fatto che avrebbe certamente generato le lamentele del pilota, se non una prudenziale sostituzione dell’ala durante la gara.

Nulla di tutto questo è accaduto: le segnalazioni dei piloti e i cambi d’ala sono avvenuti nelle sessioni di test, richiamando un comportamento più simile alle fasi di collaudo di una soluzione inedita che a un malfunzionamento vero e proprio.

Alcune tesi espresse durante la diretta delle prove libere del venerdì sostengono che questo comportamento sia indesiderabile e riconducibile a un malfunzionamento.

Anche se così fosse, ci si sarebbe dovuti attendere vigilanza e intervento della FIA – se non in tema di rispetto del regolamento, almeno in tema di sicurezza — data la novità e le incognite rappresentate dall’aerodinamica attiva.

Va inoltre ricordato il notevole effetto di rimbalzo di alcune vetture, specialmente all’anteriore, nel momento in cui le ali mobili si riposizionano in configurazione da alto carico: un comportamento tutt’altro che confortevole e intuitivo per il pilota che, non a caso, gradirebbe una transizione più dolce e prevedibile.

In sostanza, la tesi proposta da Mercedes e avallata dalla FIA non è credibile.

Un errore di calcolo di questo tipo non è credibile né ammissibile, pena la squalifica.

La credibilità della Formula 1 come sport passa anche e soprattutto da come vengono approcciati gli argomenti tecnici.

Nella stagione corrente, dalla gestione dell’energia a temi più semplici come quello riguardante l’ala Mercedes, l’immagine che la FIA ci sta proponendo è molto distante da quella del culmine della tecnica applicata al Motorsport, mortificando gli spettatori e il lavoro dei sopraffini ingegneri impiegati nei singoli team.