“Porpoising” è un termine che deriva dell’inglese “porpoise”, ovvero focena, che è un piccolo cetaceo simile ai delfini. Le monoposto di F1 del 2022 sono state paragonate a dei cetacei, non per il loro peso che oramai ha raggiunto quello di un beluga femmina, ma per il movimento oscillatorio verso l’alto e verso il basso che le caratterizza una volta raggiunta una certa velocità. Scopriamo perché accade.
I nuovi regolamenti di F1 hanno permesso alle squadre di abbandonare il fondo piatto per passare alle cosiddette “monoposto ad effetto suolo“. Queste sono caratterizzate da una geometria sotto la vettura che prevede un ingresso e un diffusore molto più ampi rispetto all’anno scorso ed in grado di generare carico in maniera più efficiente. In generale un diffusore più ampio vuol dire maggiore espansione del flusso e di conseguenza il flusso a monte riesce ad accelerare di più. La stessa cosa vale per l’ingresso del fondo: una sezione d’ingresso ampia seguita da un canale convergente accelera la corrente. Questo perché la portata d’aria si deve conservare quindi la stessa massa deve passare in una sezione più piccola mettendoci meno tempo. Per l’equazione di Bernoulli un aumento della velocità implica una diminuzione della pressione che spinge la macchina verso il basso. Se l’angolo di espansione del diffusore è troppo elevato però il flusso non seguirà più le superfici del diffusore, ma separerà e di conseguenza l’espansione effettiva sarà molto minore. Nell’immagine sottostante possiamo avere un’idea molto generale di quello che accade. La zona rossa indica flusso separato con una zona di ricircolo.
Le cose sono in realtà più complicate di così perché le strutture che si vengono a creare all’interno di un diffusore automobilistico hanno carattere tridimensionale. All’esterno infatti il flusso è a pressione ambiente mentre sotto la monoposto la pressione è molto più bassa. Questo spinge l’aria a migrare sotto la vettura creando due vortici lungo le pareti esterne del diffusore. Tali strutture vorticose sono molto utili per far funzionare il diffusore anche con un angolo maggiore perché spingono il flusso verso l’alto nella parte centrale, aiutando a mantenere la corrente attaccata. Una rappresentazione di quello che avviene in un diffusore viene data nelle due figure sottostanti. Nella prima viene fatto vedere come si originano le due strutture vorticose sotto il fondo di una vettura da corsa mentre la seconda fa vedere l’evoluzione delle stesse lungo il diffusore.
Sì grazie, ma io volevo solo sapere perché le macchine rimbalzano nei rettilinei
Il lettore a questo punto dell’articolo
Bene, tornando a noi, abbiamo visto che i vortici laterali sono utili per mantenere il flusso attaccato anche con diffusori con angoli ampi. Ora vediamo cosa accade ad una monoposto in rettilineo. La vettura genera carico aerodinamico, quindi agisce su di essa una forza che la spinge verso il basso. Di conseguenza la sua altezza da terra diminuisce. Quando la vettura è più vicina al suolo l’aria sotto al fondo viene accelerata ancora di più perché la corrente viene costretta a passare attraverso una sezione ancora minore. Questo aumenta ancora il carico, che spinge la vettura verso il basso, che fa aumentare ancora il carico e così via. Si arriva ad un punto dove la monoposto è troppo in basso e l’aria che prima arrivava dai lati per formare i due vortici dentro al diffusore non riesce più a passare. Allora il diffusore stalla, cioè il flusso separa, e il carico aerodinamico crolla. Le sospensioni vengono compresse di meno e quindi spingono la macchina verso l’alto, nella sua posizione originale. Una volta ristabilita l’altezza da terra precedente il flusso si riattacca, il fondo ricomincia a generare carico aerodinamico e l’intero ciclo si ripete dando origine al cosiddetto porpoising. Nel tweet sottostante possiamo vedere l’effetto sulla Ferrari F1-75 di Leclerc.
Le macchine soggette al porpoising arrivano anche a colpire violentemente l’asfalto fino a rovinare il fondo e altre componenti meccaniche. L’effetto è molto minore con il DRS aperto perché il carico generato è minore e la vettura non viene spinta verso il basso in modo tale da innescare il fenomeno.
C’è una soluzione al porpoising?
La soluzione più semplice al porpoising è aumentare l’altezza da terra, ma ciò comporta minor carico aerodinamico generato e tempi sul giro più alti. Un’altra soluzione sarebbe usare un mass damper, ma in F1 è vietato e lo scriviamo solo per piazzarci un link ad un nostro vecchio articolo. Ciò che potranno fare i team senza modificare il fondo è giocare con i parametri delle sospensioni (rigidezza, altezza da terra) alla ricerca di un assetto in grado di diminuire al minimo il fenomeno. Ricordiamo che la prima gara sarà in Bahrain, un circuito pieno di rettilinei dove spanciare con la vettura per tutti i 57 giri di gara potrebbe non essere molto salutare mentre la settimana dopo si andrà subito a Jeddah, dove un’improvvisa perdita di carico a 300 km/h in mezzo ai muretti sarebbe ancora meno salutare.
