L’importanza dell’aerodinamica nei veicoli a motore

L’aereodinamica è stata storicamente l’area più trascurata dall’industria automobilistica, sebbene essa sia di fondamentale importanza. Con l’aumentare della velocità dei veicoli questo ramo della fisica ha assunto sempre più importanza. In questo articolo parliamo di aerodinamica, del suo sviluppo e dell’impatto sull’industria automobilistica.

Perché dobbiamo battere l’aria?

Sebbene non possiamo vedere l’aria ad occhio nudo, lo spazio intorno a noi non è mai vuoto. L’aria che respiriamo è costituita da atomi (principalmente azoto e ossigeno), proprio come tutta la materia. L’aria è il mezzo con cui ci viviamo, come l’acqua per i pesci. La nostra auto ha delle particelle davanti che deve “spingere” fuori dalla sua traiettoria. La quantità di resistenza dipende dalla forza necessaria per svolgere questo compito a una data velocità.

La forza di FD dipende dai seguenti fattori:

• Densità media (ρ)
• Velocità del veicolo rispetto al mezzo (v)
• Fattore di forma (CD)
• Superficie frontale perpendicolare al senso di marcia (A)

I produttori di veicoli trovano difficile intervenire sui primi due parametri. La densità dell’aria non può essere modificata e la velocità su strada è regolata dalle autorità. Tuttavia, va notato che la resistenza quadruplica all’aumentare della velocità. Pertanto, l’accelerazione rapida non è una buona tattica.

Gli altri due fattori, invece, hanno dato all’industria automobilistica l’opportunità di utilizzare la forma e le dimensioni della carrozzeria per conferire al veicolo migliori caratteristiche di guida. L’area frontale di un veicolo offre meno libertà ai progettisti, ma il principio è chiaro: minore è l’area anteriore, minore è il coefficiente di resistenza aerodinamica.

La situazione è completamente diversa nel caso del fattore di forma o del coefficiente di resistenza aerodinamica. La figura seguente mostra in termini semplici quanto bene un oggetto di una data forma si muove attraverso il mezzo. Più alto è il coefficiente, maggiore è il rischio di causare un flusso turbolento e non laminare.

Osservando attentamente gli oggetti di cui sopra, possiamo vedere che non è solo la presa d’aria che conta per la resistenza, ma anche l’uscita dell’aria: la rotazione del cubo non cambia le sue proprietà, ma cambia il modo in cui entra in contatto con l’aria, quindi la sua resistenza il coefficiente può cambiare cambiato.

Trovare la forma aerodinamica ideale è molto più facile di quanto si possa pensare. Madre natura ci ha dato la risposta.

Quando l’acqua cade a terra sotto forma di pioggia, incontra anche la resistenza dell’aria. Tuttavia, nella sua forma liquida, può assumere qualsiasi forma, permettendogli di muoversi più liberamente. In questo modo è stata creata una forma ideale dal punto di vista aerodinamico: la forma di una goccia.

Applicazione pratica dei principi dell’aerodinamica

Naturalmente, ci sono molti altri aspetti da considerare per un’autovettura, ma questa forma è ancora oggi il principio guida nel design della carrozzeria.

Molte persone probabilmente ricordano il mitico “Maggiolino” come pioniere dell’aerodinamica. In effetti, non è stata la prima autovettura costruita pensando all’aerodinamica.

Tatra ha sperimentato auto aerodinamiche sin dai primi anni ’30, con l’aiuto di Pál Járay, che ha progettato dirigibili in stile Zeppelin. Il modello di punta del marchio a quel tempo era il modello 87, introdotto nel 1936 e destinato alle buone autostrade tedesche (coefficiente di resistenza aerodinamica 0,36).

Il suo motore V8 con una cilindrata di 2,9 litri erogava 85 CV e una velocità massima di 160 km/h, un buon risultato per quei tempi. Grazie alla sua forma aerodinamica, l’auto consumava la metà del carburante rispetto a un’auto standard dell’epoca: 12,5 litri per 100 chilometri.

Tuttavia, la forma a goccia ideale ha i suoi svantaggi. Un corpo eccessivamente lungo è meno pratico per le curve strette e il parcheggio e lo spazio extra disponibile può essere utilizzato solo parzialmente.

Sebbene l’Alfa Romeo Giulia degli anni ’60 abbia un aspetto spigoloso, è stato uno dei migliori modelli di produzione degli anni ’60 in termini di aerodinamica (fattore 0,33). L’ingegnere Wunibald Kamm ha dimostrato che anche un taglio netto può essere una buona idea, in quanto riduce il rischio di turbolenza. L’Alfa Romeo ha utilizzato questa forma sulle sue auto da corsa così come sui modelli stradali, e la Giulia ha ottenuto risultati sorprendenti. Quando si tratta di aerodinamica, dovremmo assolutamente ricordare la Opel Calibra.

La coupé sportiva di Opel, lanciata nel 1989, aveva già l’aspetto degli anni Novanta. L’elegante vettura a due porte con fari e calandra stretti era molto aerodinamica, e la linea del tetto ricurva e i sottoporta incassati consentivano un coefficiente di resistenza aerodinamica di 0,26 nella versione standard. Basata sulla Vectra, la Calibra ha detenuto per un decennio il record di modello di produzione più aerodinamico.

È chiaro che l’industria è tornata a una forma blob nel tempo. Anche l’attuale detentore del record Mercedes-Benz EQS con un rapporto di aspetto di 0,2 fa parte di questa tendenza.

L’evoluzione del design automobilistico

Come in tutti gli altri campi, l’aerodinamica automobilistica fa sempre più affidamento su sistemi di progettazione assistita da virtual.

In passato, i misuratori di portata montati su un’auto reale giocavano un ruolo fondamentale. Oggi è al massimo la fase finale dopo numerose simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics). Inizialmente, questi programmi erano grezzi e richiedevano molti ripristini e aggiustamenti: ora funzionano alla grande, motivo per cui tutti i produttori si affidano a loro.

Questo perché il metodo è veloce, estremamente economico e molto preciso. Il seguente video mostra una visualizzazione virtuale del flusso attorno a un’auto da corsa: