Periodico bimestrale
Anno XXI, numero 96
Gen./Feb. 2020
ISSN 1128-3874
MOTORSPORT

La CFD come strumento predittivo in ambito sportivo per definire i Regolamenti Tecnici del futuro

Marco Giachi, Joel Guerrero, Jan Pralits

Il 2021 per la Formula 1 è già iniziato con la pubblicazione del nuovo Regolamento, che entrerà in vigore fra due anni, avvenuta il 31 ottobre dello scorso anno e disponibile per chiunque sul sito della Federazione Internazionale dell’Automobile (https://www.fia.com/regulation/category/110).Il 2021 per la Formula 1 è già iniziato con la pubblicazione del nuovo Regolamento, che entrerà in vigore fra due anni, avvenuta il 31 ottobre dello scorso anno e disponibile per chiunque sul sito della Federazione Internazionale dell’Automobile (https://www.fia.com/regulation/category/110).

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Dopo 47 anni (fu introdotto nel 1983) scompare la regola che il fondo deve essere rigorosamente piatto e si torna a un effetto suolo più importante.

L’effetto della scia sembra farsi sentire sulla vettura che segue soprattutto sull’ala posteriore ed è prevedibile che il pilota avverta più la variazione di centraggio (cioè la ripartizione di carico e quindi la tenuta sui due assi) dovuta a questo effetto non omogeneo sulle sue ali che la riduzione di carico globale calcolata nel 20% per chi segue.

Da un punto di  vista tecnico l’elemento più significativo è il ritorno al fondo sagomato (abolito nel 1983 a causa dei non più sostenibili carichi aerodinamici che si generavano che rendevano le monoposto molto pericolose) e l’introduzione della classificazione di tutte le parti che compongono la vettura in modo che sia chiaro cosa deve essere esclusivo di ogni squadra, cosa deve essere “open source” fra tutti (anche se sviluppato da uno) e cosa sarà fornito direttamente dalla Federazione. È un modo per controllare gli sviluppi delle monoposto cercando di gestirli in modo da evitare monopoli di una squadra che domina incontrastata per molti anni facendo decadere l’interesse del pubblico che è sempre il fine ultimo (dopo la sicurezza) di tutti i Regolamenti Sportivi di qualsiasi disciplina. Dal punto di vista di una rivista che si occupa di Calcolo Tecnico, invece, è interessante osservare il ruolo che hanno avuto modellazione 3D e la simulazione numerica nel definire le nuove regole e nel definire come dovranno muoversi e con quali strumenti i progettisti nel prossimo decennio. Innanzitutto, è curioso che il “wording” (cioè il linguaggio) con cui è stato scritto il testo è derivato direttamente dalla terminologia del CAD con grande uso di termini quali “estrudere”, “trimmare”e simili. Praticamente la forma delle vetture è definita con i comandi CAD che uno deve dare per avere i volumi nello spazio che costituiscono i vincoli per la carrozzeria. Poi il fatto che le regole sono state definite sulla base di un gran quantità di simulazioni CFD per identificare dei criteri che minimizzassero la scia per facilitare chi sopraggiunge da dietro per il sorpasso (a beneficio dello spettacolo perché la carenza di sorpassi è considerata uno dei mali maggiori della Formula 1 attuale) e, infine, il fatto che dal 2021 (molto probabilmente, per ora sono voci anche se attendibili) verranno tolte le limitazioni attuali alla potenza di calcolo che una squadra può impegnare.
La Formula 1 è un argomento sempre molto stimolante da far circolare in rete e la Wolf Dynamics (una spin-off dell’Università di Genova che si occupa di calcolo, soprattutto di training e supporto per OpenFOAM®) ha fatto un interessante tutorial per entrare nel merito delle nuove vetture simulando due auto una dietro l’altra ad una distanza pari a una lunghezza. Il calcolo è stato eseguito usando il codice OpenFOAM® su una griglia di 44.4 milioni di celle poliedriche con 5 strati prismatici a parete e modello di turbolenza k-w SST con “wall functions”. Per l’accoppiamento pressione-velocità è stato usato il metodo SIMPLEC, con tutti i “Under-Relaxation Factors” uguali a 0.7. Per la discretizzazione dei termini convettivi è stato usato il metodo linear upwind. I termini diffusivi sono stati discretizzati usando differenze centrate con correzioni non ortogonali (due correzione). I gradienti sono stati discretizzati usando il metodo Gauss lineare, e limitatori di gradiente sono stati usati per la velocità e le variabili turbolente. L’accuratezza complessiva del metodo utilizzato è di secondo ordine. I risultati fanno vedere il minore carico sulla vettura che segue ed è interessante osservare come le variazioni si manifestino prevalentemente sull’ala posteriore andando ad influire quindi sul centraggio con un comportamento tendenzialmente sovrasterzante.
Manca ancora un anno per riflettere su queste alchimie dell’aerodinamica e per ora possiamo solo fidarci del lavoro degli esperti della Federazione dell’Automobile che hanno definito le regole proprio con un lavoro analogo a quello descritto in questo articolo.


Marco Giachi mgiachi@dada.it

Joel Guerrero  joel.guerrero@unige.it  guerrero@wolfdynamics.com

Jan Pralits pralits@wolfdynamics.com

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