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Prove tecniche di Rivoluzione – Il Sistema ruota.

La stagione 2021 non è ancora iniziata e già il Circus è fortemente proiettato a quella che sarà la rivoluzione tecnica del 2022, procrastinata rispetto al periodo in cui era prevista a causa della pandemia scaturita da SARS-CoV-2 .

Ogni qual volta ci siano stati stravolgimenti regolamentari, “l’hype” del grande pubblico, anche tra gli spettatori occasionali,  è aumentato  a dismisura, il tutto a beneficio della F1. A far da corredo al cambio delle regole c’è sempre un alone più o meno lungo di polemiche, dibattiti e quant’altro sul compromesso sempre attuale tra spettacolo e massima ricerca applicata all’automobile da corsa.

Di conseguenza, nel corso degli anni gli interventi sono stati finalizzati ad azioni mirate su determinate aree delle monoposto (dal Telaio,Aerodinamica, Motore, Pneumatici fino ai materiali); difficile e concettualmente forzato pensare a delle aree più o meno importanti di altre. Se è pur vero che nei decenni passati le aree Telaio e Motore erano considerate settori esclusivi da ottimizzare per massimizzare la prestazione, nel corso del tempo lo sviluppo delle monoposto da Formula 1 ha puntato ad “accordare” quanto più possibile tutte le aree di una monoposto; e d’altro canto in uno sport altamente tecnologico come la F1, nulla è lasciato al caso e il dettaglio fa la differenza tra una vettura dominante ed una da metà schieramento.

Svincolandoci da questa doverosa premessa, dedichiamo questo nuovo articolo di SalaStampaF1.com per la sezione Tecnica, ad un area del veicolo che sarà sicuramente attenzionata ancor più del solito per via dei cambiamenti suddetti; ovvero l’area del gruppo ruota che comprende mozzo, cuscinetti, montante e pinza freno.

Solitamente lo schema di un gruppo ruota F1 ha un sistema di cuscinetti montati con schema ad O e precaricati.

Fig: Esempio di montaggio cuscinetti ad O.

L’insieme ruota-mozzo risulta, quindi, vincolato al resto del veicolo tramite supporti che ne garantiscono la libera rotazione attorno all’asse di simmetria e permettono il richiesto scambio di forze.

È bene ricordare che il gruppo ruota fa parte delle cosiddette “masse non sospese”, ovvero quelle masse che per certi versi sono  da tenere sotto osservazione in modo più  accurato e con adeguato dimensionamento, in quanto le caratteristiche di queste  hanno pesanti effetti sulla risposta del sistema sospensivo, rendendolo meno pronto, e quindi meno capace di seguire le asperità del manto stradale.

Dal sistema ruota e dal sistema frenante possono anche arrivare soluzioni aerodinamiche innovative finalizzate all’ottimizzazione dei flussi d’aria dalla zona inferiore del veicolo (ricordiamo i mozzi soffiati 2012-2014), ma soprattutto arrivano le informazioni sulla dinamica del veicolo.Le componenti del sistema ruota sono quelle soggette al maggior numero di simulazioni all’elaboratore, ancor più in questa epoca di test in pista pressoché azzerati. Gli effetti di una buona progettazione del sistema mozzo-montanti-sistema frenante è strettamente legato al sistema sospensione.

Non è facile “accordare” questa moltitudine di elementi e sottosistemi, e spesso le cause di scarsa manovrabilità di una vettura sono difficilmente rintracciabili e quindi imputabili ad una parte piuttosto che ad un’altra.

Ricordiamo tutti l’immagine della ruota anteriore sinistra della Ferrari di Sebastian Vettel nel GP di Ungheria.

Il Design dei portamozzi non è cosa banale soprattutto (come già accennato) in relazione all’interazione di questi con il sistema sospensione; nel dettaglio, i punti di collegamento che essi hanno con i bracci delle sospensioni sono di vitale importanza perché definiscono la rigidezza  del sistema e influiscono sul mantenimento delle geometrie di progetto e sulla precisione e controllo di sterzo.

Fig: esempio di modello dinamico in letteratura.

Senza entrare nel dettaglio (per cui rimandiamo il lettore ai testi specializzati) possiamo di certo affermare che i vari modelli dinamici utilizzati nello sviluppo della dinamica del veicolo rappresentano il riferimento con cui i progettisti analizzano le varie modifiche di un componente piuttosto che un altro. È chiaro quindi come la variazione di profilo degli pneumatici Pirelli (da 13” a 18”) comporterà una rivoluzione e la riprogettazione degli elementi portamozzi-montanti, che a loro volta coinvolgeranno le altre aree (struttura, dinamica per passare all’aerodinamica). Come già detto, si passerà dai 305mm ai 270mm di larghezza trasversale, e dai 670mm ai 720mm di lunghezza profilo longitudinale.

Utilizzando la classica formula di calcolo:

  • Max. diametro  mm
  • Diametro del cerchio: mm
  • Max. larghezza mm

Area del fianco = area della ruota completa – area della superficie del cerchio;

Volume pneumatico interno = area del fianco x max. larghezza.

Quindi un cerchio da 18 “fornisce circa due terzi del volume del pneumatico rispetto ad un cerchio da 13”; sia il cambiamento di coperture che limitare la quantità di flessibilità dello pneumatico, influirà sicuramente  sulla capacità di sterzata ad alta velocità dell’auto.

Sarà interessante vedere se e come le squadre aumenteranno il diametro degli elementi rotanti (fatto salvo il rispetto dei regolamenti) in relazione all’aumento di dimensioni delle gomme, e come calcoleranno l’energia dissipata accelerando questa massa rotante aggiuntiva, che avrà conseguenze in termini di aumento dell’effetto giroscopico sullo sterzo.

Credit: RaceFans

Alla luce di quanto scritto (non ce ne vogliano i motoristi e gli aerodinamici), l’importanza di un cambiamento radicale di regolamento tecnico a monte del sistema  Ruota-Strada risulta in via generale “più importante” rispetto ai tanti regolamenti visti in passato in altre aree delle monoposto, e sarà una grande sfida per un auspicato e rinnovato spettacolo.

 Ing. Daniele Musco

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