Effetto suolo, dalle sfere alla Formula 1 – Storia

I primi studi sistematici su questo tipo di influenza si collocano a cavallo degli anni ’20, e hanno per oggetto i profili alari degli aerei: si era notato sperimentalmente che le ali avevano un incremento di portanza in prossimità del suolo e ciò permetteva ai piloti di eseguire le manovre di decollo e atterraggio a velocità più basse. Né più né meno, gli stessi vantaggi di cui godono da sempre gli uccelli per staccarsi o avvicinarsi a terra. I primi studi teorici, attribuibili a vari autori, CWieselsberger , UN Domare e R. Orso (1921-22), confermarono che il differenziale di pressione sull’ala, dorso-ventre, in quelle condizioni, era più ampio: il fiume sotto l’ala, avendo velocità più basso e quindi più pressione vecchiodava luogo a una sorta di “cuscino d’aria“. Non solo, progressive con le analisi, si scoprì che il suolo, attenuando i vortici all’ultimo delle ali, contribuiva a ridurre l’energia dissipata nelle scie generate, con il risultato di una minore resistenza indotta complessivo. Riassumendo, quando si scendeva sotto una certa quota, confrontabile con l’apertura alare del velivolo, l’efficienza dell’ala migliorava, con il rapporto Fp/Fgiusto (portanza/resistenza) in crescita fino a raddoppiare rispetto a quello in aria libera.

Nell’ambito degli addetti ai lavori, l'”espressioneEffetto suolo” (sottintendendo sull’ala) un carattere definire questi fenomeni… dal benèfico. I dati destavano interesse e non possono rimanere senza specificimenti: infatti, alla fine degli anni ’50, si realizza a i primi velivoli speciali fatti per volare a bassissima quota, dal 25 al 50% dell’apertura alare, naturalmente sul mare visti gli ostacoli di ogni tipo presenti sulla terra ferma. Erano una sorta di idrovolanti ma con forme e profili alari specifici. Soprattutto i russi crederono in questa tecnologia per realizzare alcuni grandi mezzi di trasporto, anche in ambito militare, dato il collaterale vantaggio insito nel volo a bassa proporzione che permetteva di sfuggire alla localizzazione radar. Ecranoplano (o schermoplano) è il termine coniato per denotarli. La loro bassa quota di volo, che per i mezzi più grandi era l’unica possibile, li fece classificare come “navi veloci”, quindi regolamentati dal codice di navigazione marittima. L’interesse per questo tipo di trasporto è però notevolmente calato nel tempo, permane tuttora solo per i mezzi più piccoli, in applicazioni commerciali di nicchia. Tornando agli autori UN Domare e R. Orso, pare che, oltre la sperimentazione già citata, provato anche con il profilo rovesciato, sempre in prossimità del suolo: pure in questo caso annotarono che il valore della portanza, questa volta negativa (deportanza), aumentava per questa vicinanza, ma non approfondirono, non intravedendo alcun tipo di utilità pratica per configurazione di missione. Infatti, anche nel coevo mondo del trasporto terrestre, le ricerche aerodinamiche, già molto meno anticipo rispetto a quelle per il trasporto aereo, avevano un carattere più empirico ed erano unicamente finalizzate alla riduzione della resistenza all’avanzamento. Solo sul finire degli anni ’50 i primi cambiamenti, a partire dal mondo delle corse automobilistiche inizia l’interesse così verso le forze aerodinamiche. Ritornando alle ricerche intorno all’Effetto Suolo, nel 1946 LM Milne – Thomson, pubblicarono un testo dal titolo Idrodinamica Teorica nel quale c’era anche lo studio del comportamento aerodinamico di una sfera: rilevarono in galleria del vento che passando dal movimento in aria libera (nessuna portanza) a quello in prossimità del suolo, nasceva una forza deportante; Misurarono anche il relativo coefficiente Cpmax=-0.375, praticato con la sfera a contact. La trattazione teorica chiariva il ruolo del suolo: restringendo la sezione di passaggio dell’aria la sfera, ne incrementava localmente la velocità con la conseguente sotto pressione della pressione. Dal campo pressorio sulla superficie della sfera, non più simmetrico sul piano verticale, nasceva la deportanza. Una sperimentazione dello stesso fenomeno rilevato da Zahm e Bear, ma la sfera al posto di un’ala facilitò l’impostazione di tipo teorico e lo sviluppo pratico dei calcoli. Un ulteriore passo lo farà il prof. John Stollery dell’Imperial College di Londra, che nel 1969con la pubblicazione di ricerca “Forze sui corpi in presenza del suolo” indagò ulteriormente gli effetti del suolo. Era il lavoro dell’incarico ricevuto da Donald Campbell che voleva costruire un veicolo per battere i record di velocità su terra. La forma in sperimentazione nella galleria del vento era del tipo “snella”, assimilabile a un profilo alare simmetrico. Oltre ai naturalmente dati sulla resistenza all’avanzamento, fu messo in evidenza l’Effetto Suolo, con una mappatura completa della portanza e soprattutto della deportanza, al variare sia dell’altezza dal suolo sia dell’incidenza. I dati erano inoltre piuttosto affidabili perché Stollery li ottenuti svolgendo le prove nella galleria del vento del suo Istituto che, qualche anno prima, aveva fatto dotare del tappeto mobile. Nell’ambiente della F1, vale la pena viverlo? Dal momento che testimonianze dell’epoca sembra di no, e comunque se qualcuno ne fosse stato a conoscenza non le aveva considerato Interesti per l’applicazione in F1. Ci fuller ancora alcuni anni perché viene riscoperte soprattutto per via autonoma e con l’aggiunta di un accessorio decisivo: le bandelle mobile di sigillo laterale. Siamo all’epilogo della storia. Pietro Wrightforse l’artefice principale dell’applicazione dell’Effetto Suolo in F1, nello stesso periodo in cui Stollery pubblicava quanto prima operava alla BRM sotto la guida di Tony Rudd: quest’ultimo stato dalla rapida proliferazione degli alettoni in F1 ma dalla loro pericolosità, per questo colpito era convinto che fosse esperimenti interessanti l’efficacia di una soluzione alternativa: dovuto monconi d’ala da andare sulle fiancate della monoposto che all’epoca erano ancora a forma di fuso. Wright era l’aerodinamico che doveva svilupparle, le prove furono condotte anche in pista modificando una BRM P126-V12: il risultato non fu eclatante, il carico prodotto era basso ma con una buona efficienza. Gli studi vengono però presto interrotti perché il gruppo si sciolse, Rudd passò alla loto (industriale) e Wright alla Modanature Specializzate, un’industria di manufatti in compositi sintetici. Evidentemente però Wright era rimasto colpito da questi pontoni laterali a forma alare, tanto che, l’anno dopo, il 1970, li ripropose a Mandria di Robin che si era rivolto a loro per la carrozzeria della prima Marzo F1 la 701.

I risultati erano simili, ma erano l’ideale per ospitare i serbatoi supplementari, un’esigenza della March. Per alcuni anni a seguire nessuno ripropose più queste forme, man nel ’76 il duo Rudd e Wright si ricompone nella squadra di progettazione di F1 della loto… in più c’era un certo Chapman. Le ultime monoposto, la 76 e la 77, non avevano soddisfatto le aspettative, Chapman voleva per la 78 (1977) un approfondito studio aerodinamico che vetture prendesse in considerazione la nuova tendenza ad avere una pianta larga in grado di generare e sfruttare la bassa pressione sul fondo. Gli studi andarono avanti speditamente, la 78 era definita: muso stretto a “scalpello” con semiali ai lati, radiatore anteriore ormai dell’olio a parziale sfioramento e pontoni laterali a forma di profilo alare contenuto i radiatori dell’acqua e una parte del serbatoio. Su ognuno di essi c’era la presa d’aria sul bordo d’entrata e la corrispondente apertura per l’evacuazione superficie superiore, uno schema fedelmente ispirato al sistema di raffreddamento (noto in letteratura) del famoso bombardiere zanzara della de Havilland (1939). I due monconi alari laterali erano quindi stati scelti sia per il carico che generavano, i risultati erano leggermente migliori di quelli BRM e March, ma soprattutto ma soprattutto perché offrivano poca resistenza ed erano le forme quindi più efficienti per ospitare sia i radiatori che componenti di serbatoio. Le fasi finali Voi sperimentazione in galleria pero non seguirono la solita prassi, la svolta era dietro l’angolo: il gruppo di Wright stava notando che i valori misurati non erano più ripetitivi, il carico variabile. Since un’analisi sul modello in scale ci si rese conto che le sue componenti, in legno, plastilina… cedendo, avvicinandosi al tappeto. Subito l’intuizione da quanto stava accadendo: non provare ad ca tutto ma solo le paratie laterali. Con del materiale di fortuna, ci si adatta rapidamente per prolungamento fino a raggiungere il tappeto mobile… e sfiorare prorompente la sorpresa. A tale “sigillo” limitò drasticamente i trasversali d’estremità flussi che, e ando da sopra a sotto, erano la causa del basso differenziale: la pressione sottostante scese e il carico salì… tutto oltre ogni aspettativa. Questi fenomeni d’estremità, note ampiamentein questo particolare contesto di minimo allungamento alare erano stati sottovalutati: le paratie invece li annullò e rese i monconi come parti di un’ala a grande allungamento. A quel punto nel gruppo dominava lo stupore misto alla consapevolezza di aver travato un “Effetto” straordinario, chissà se lo chiamarono subito Effetto Suoloche dava a questi monconi d’ala un’alta efficienza (F’p / F’giusto), superiore a quella che avrebbe ottenuto lontano dal suolo. In altre parole, se quel carico fosse stato generato con alettoni nelle posizioni consuete, raccogliere molta quantità più resistenza all’avanzamento. Non era comunque tutto rose, anzi: il gruppo pensare a pensare a sistemi di sigillo laterale… ma con il fondato timore che venero vietati, perché identificabili come parti aerodinamiche mobili. Da qui in poi è la storia della 78…, considera e il valore della storia, merita un articolo a parte. In conclusione, l’applicazione razionale dell’Effetto Suoloin versione con ” dico opposti” a quello sfruttato in aeronauticaera entrata nel mondo dei mezzi terrestri, iniziando dalla minuscola nicchia delle monoposto da corsa; Chapman, con la sua solita sagacia, per descrivere questo fenomeno della fisica, diceva:Ground Effect è qualcosa per niente.

FP | Andrea Pesaresi

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