Magie dell'aerodinamica

Aerodinamica da Motomondiale: i segreti delle MotoGP

La magia dell’aerodinamica è ormai diventata un’area di sviluppo chiave nella ricerca delle performance in MotoGP. Abbiamo interpellato un vero guru della materia, al lavoro su un progetto rivoluzionario, per approfondire l’argomento.

Testo: Big Mac  Foto: Archivio SBI

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In passato, quando venivano svelate le nuove MotoGP che avrebbero partecipato al mondiale, per noi giornalisti non era facile intuire subito quali e quanti aggiornamenti fossero stati fatti, perché la maggior parte dello sviluppo riguardava parti nascoste sotto le carene.

Avanti veloce ai nostri giorni, ora sono proprio le carenature e le sovrastrutture delle moto a darci continui argomenti di discussione, al punto che quasi a ogni gara vediamo spuntare nuove alette, “cucchiai”, condotti, spoiler o rigonfiamenti posizionati in zone sempre più improbabili. E mentre una volta tali appendici apparivano così strane e sgraziate da provocare qualche sorriso, ora tutti prendono la cosa molto sul serio: nel mondo delle gare motociclistiche ad altissimo livello, l’aerodinamica è diventata un’area di sviluppo fondamentale.

Allo stesso tempo, non è nemmeno più un segreto che i costruttori della MotoGP si avvalgono del know-how della Formula 1 per lo sviluppo delle loro dotazioni aerodinamiche, e a tal proposito abbiamo approfittato di una serie di conoscenze per contattare una persona che proviene proprio da quel mondo e che di recente si è immerso nell’aerodinamica motociclistica, anche se di tipo diverso da quella della MotoGP. Stiamo parlando di Rob White, fondatore di White Concept Motorcycles e ideatore della radicale concept bike WMC250EV che ha progettato e costruito interamente da solo per dimostrare un… ehm… concetto.

Rompere gli schemi

Pensate a quello che fece John Britten quando creò la sua mitica Britten V1000. Progettò e realizzò da zero ogni singola parte di una moto da corsa che rompeva gli schemi, fregandosene delle regole percepite e ottenendo un oggetto che ancora oggi, a oltre 30 anni di distanza, appare come visionario.

Rob White, in un certo senso, ha percorso una strada simile: si è licenziato dal suo lavoro in Formula 1, ha venduto tutte le sue moto, ha ipotecato casa, ha divorziato, e ha racimolato i soldi che gli servivano per progettare, realizzare e testare ogni parte di un mezzo a due ruote che spera un giorno possa battere il record di velocità per una moto elettrica.

Rob si è fatto le ossa nel campo dell’ingegneria durante un apprendistato in un’officina di preparazione moto vicino a Silverstone. È poi passato allo sviluppo dei motori con Prodrive, lavorando sulle auto sportive V12 Ferrari per Le Mans, per poi passare alle auto da corsa Aston Martin. Dopo un periodo trascorso in Australia a lavorare sui V8, è tornato nel Regno Unito per far parte di un gruppo di tecnici che lavorava per il team Mercedes F1 sul V6 turbo ibrido, costruendo e testando motori. Ha anche lavorato in pista con la Mercedes nel 2013 per l’ultimo anno del V8 con Nico Rosberg e poi, dato che erano clienti Mercedes, è andato alla McLaren per una stagione e successivamente alla Williams per un paio di stagioni, sempre per occuparsi dei motori delle loro F1.

In realtà, spiega Rob, è stato durante il periodo di lavoro sulle auto Le Mans che gli è venuto in mente il concetto di “condotto”, che è alla base non solo dell’aerodinamica, ma di tutto il progetto della sua visionaria WMC250EV.

Aerodinamica su quattro ruote

“Quando sei in pista con le auto per un test o per una gara, passi molto tempo in attesa, quindi hai modo di pensare, osservare e far viaggiare il cervello”, dice. “Sei in piedi accanto a questa macchina da corsa che probabilmente vale tre o quattrocento milioni di euro e i risultati sono lì davanti a te. E a quel punto non puoi fare a meno di soffermarti, ad esempio, su dettagli come il modo in cui gli scambiatori di calore e le power unit sono avviluppati tra loro così strettamente.

Su una Formula 1, oltre alle ali e alettoni, c’è anche l’aerodinamica che agisce sotto le sovrastrutture, guidando l’aria attraverso i radiatori e verso la parte posteriore. È un lavoro incredibile. Quanto più si riesce a compattare il pacchetto, tanto più si offre agli aerodinamici la possibilità di utilizzare il flusso d’aria che attraversa e scavalca la vettura per ridurre la resistenza aerodinamica o creare deportanza, a seconda di quali vantaggi diano l’una o l’altra su una determinata pista.

Quando si guardano le immagini di un vecchio prototipo di auto Le Mans, si vede che tutta l’aria entra verso un unico radiatore nella parte anteriore per poi uscire sopra il cofano. Più in generale, tutta l’aria che l’auto sposta è poi obbligata a fluire intorno e dietro alla carrozzeria, il che crea numerosi problemi a livello aerodinamico. Se si guarda a un prototipo Le Mans moderno, invece, non è più così: l’80-90% dell’aria passa ‘attraverso’ l’auto, non attorno. Dopo essere stata raccolta nella parte anteriore, arriva al radiatore per poi procedere ai lati dell’abitacolo, all’interno delle ruote e sul retro. Anche se esternamente l’auto è fatta per sembrare come una normale sportiva a ruote coperte, in realtà l’aria scorre proprio al centro del pacchetto.

Complicazioni delle due ruote

Il problema di una moto è che, avendo un motore con albero, bielle, airbox e corpi farfallati da collocare da qualche parte, e dovendo il profilo esterno delle sovrastrutture adattarsi al pilota, le possibilità di intervento sono estremamente limitate. In effetti lo scenario ideale per l’aerodinamica sarebbe trovare un modo per far passare l’aria direttamente attraverso il veicolo, ma coi motori a combustione è praticamente impossibile. E da qui l’idea di cercare una via alternativa.

Se si usa la propulsione elettrica, il problema si può infatti aggirare: si possono mettere i motori direttamente nelle ruote e le batterie ovunque – basta che siano collegate. Quindi si ha la possibilità di aprire un buco esattamente al centro del mezzo e ridurre enormemente la resistenza aerodinamica e i problemi derivanti dalle turbolenze, che è esattamente quello che ho fatto io con la WMC250EV.

Confronto con la “Busa”

A titolo di confronto, una Suzuki Hayabusa, generalmente considerata una delle moto di serie col miglior coefficiente aerodinamico, ha un valore di CX di circa 0,36. La nostra WMC250EV arriva a 0,11 con in sella un pilota da 180cm di altezza. Al momento la stiamo testando con un pacchetto propulsivo provvisorio (che abbiamo progettato e costruito noi stessi), da meno di 100kW – circa 120cv – e siamo arrivati molto vicini ai 320km/h senza nemmeno usare tutta la potenza. Ciò significa che con un pacchetto propulsivo di maggior potenza, i 500km/h sono assolutamente raggiungibili. Sono abbastanza sicuro che al momento sia la moto con la minore resistenza aerodinamica al mondo”.

Dopo essermi sbalordito per il fatto che la moto di Rob sia riuscita a passare in scioltezza i 300 all’ora con poco più di 100cv, arriva il momento di provare a portarlo un po’ fuori dalla sua comfort zone per farmi dare la sua opinione su cosa diavolo stia succedendo nella MotoGP e cosa significhi tutto questo per il futuro delle corse in moto.

All’inizio ci tiene a precisare che non è la sua area di competenza, sminuendo la sua immensa conoscenza di tutto ciò che riguarda l’aerodinamica, ma poi inizia a stupirmi con osservazioni che solo un tecnico supercompetente come lui può fare. Iniziamo analizzando insieme ciò che vediamo in alcune foto dettagliate scattate nella MotoGP di questa stagione.

Chicche da MotoGP

Una cosa che si nota chiaramente sulle MotoGP di oggi è che mentre non molto tempo fa la ruota anteriore sembrava quasi immersa tra le carene laterali nella parte più vicina al radiatore, ora lo spazio tra la ruota e il resto della moto è nettamente più ampio e aperto. Credo che il punto sia che i motori sono diventati così potenti da spostare all’indietro il bilanciamento meccanico della moto; quindi, si è dovuti ricorrere all’aerodinamica per compensare, aumentando anche la distanza della ruota anteriore dal pacchetto moto. Gli abbassatori aiutano a limitare la tendenza a impennare in certe situazioni, mentre in velocità ogni newton di carico meccanico che grava sull’asse posteriore viene bilanciato dall’aumento del carico aerodinamico sull’anteriore con le ali.

È un aspetto su cui abbiamo lavorato molto nel nostro progetto. Il ‘condotto’ che abbiamo ricavato al centro della moto comporta infatti un altro vantaggio, oltre alla diminuzione di resistenza aerodinamica: aumenta quasi solo come effetto collaterale il carico sulle ruote, e dunque quella deportanza che nelle MotoGP viene ottenuta attraverso le ali. In pratica, grazie al condotto centrale abbiamo ottenuto in colpo solo una moto con una deportanza molto maggiore e una resistenza aerodinamica molto minore – due piccioni con una fava.

Questione aria calda

Il punto fondamentale con cui abbiamo raggiunto questo risultato è stato eliminare il centro di pressione nella parte anteriore della moto, dove si trova normalmente il radiatore, con l’effetto di aumentare automaticamente la deportanza. O meglio, di diminuire la portanza. L’intero pacchetto di una moto è un compromesso… Voglio dire, le MotoGP hanno ormai una potenza sui 300cv, con motori che producono tantissimo calore. Questo significa che hanno bisogno di grandi radiatori, davanti ai quali c’è una ruota anteriore che non favorisce di certo l’afflusso dell’aria.”

Poi, dietro i radiatori ci sono i collettori di scarico, roventi, e un motore altrettanto bollente che compromette l’ideale flusso dell’aria calda appena passata dal radiatore. Come in un circolo vizioso, poiché l’alimentazione dell’aria e l’uscita dall’altro lato sono così limitate, occorre usare un radiatore molto più grande di quanto sarebbe necessario in condizioni ottimali. Probabilmente le MotoGP usano radiatori simili a quello di un’auto da Formula 1, che però produce una potenza tre volte superiore. La differenza è che la F1 può sfruttare un’immissione d’aria perfetta e un’altrettanto perfetta evacuazione dall’altro lato.”

Quindi viene da pensare che i problemi fondamentali con cui devono scontrarsi le MotoGP a livello di aerodinamica partano proprio dalla presenza di radiatori sovradimensionati e dalla relativa enorme area frontale, che creano una portanza che deve essere contrastata con le ali nella parte anteriore della moto. Se non si riesce a far fluire l’aria attraverso il radiatore in modo pulito, si ottiene una sorta di paracadute, che alle alte velocità causa portanza, spingendo l’avantreno a sollevarsi da terra.

Ali e alette: ecco perché

Dunque, le grandi ali anteriori sul frontale delle MotoGP sono presenti per contrastare la portanza (e quindi la tendenza… al decollo, alle alte velocità) causata dalla presenza di enormi radiatori dalla pessima efficienza aerodinamica. E invece le alette più piccole a metà dei pannelli laterali delle carene?Le alette sui lati delle carene, checché se ne pensi, non hanno un grande ruolo nel creare deportanza. Il loro scopo, semmai, è cercare di riordinare il flusso d’aria che è appena stato ‘disturbato’ nella parte anteriore. Se si crea una separazione nei flussi, come avviene sul frontale della moto, poi è quasi impossibile recuperarla, e si dà origine a della turbolenza.

Dunque le appendici laterali servono soprattutto a ripulire l’aria dalle grandi turbolenze create, tra l’altro, dall’aria in eccesso che non riesce a fluire efficacemente attraverso il radiatore. Certo, alla fine come sottoprodotto si può ottenere anche un po’ di deportanza, ma non è questo lo scopo. Va anche considerato che dietro le alette laterali si creerà una zona di bassa pressione, che si posizionerà sopra le bocchette di uscita dell’aria in arrivo dal radiatore, aiutando ad aspirarla fuori.

Se l’aria è turbolenta in quel punto, l’effetto sarà minore, quindi riordinando l’aria deviata dalla ruota anteriore, dalle ali sul frontale e dal lato di ingresso nel radiatore, si creerà un’area di bassa pressione che aspirerà l’aria calda dalla parte posteriore del radiatore, migliorando l’efficienza del raffreddamento”.

Effetto suolo

Ora si passa alla parte inferiore della carenatura, dove i team hanno sperimentato con le pance rigonfie o i condotti a 90 gradi – i famosi “cucchiai”.

In sostanza, se sotto la moto c’è aria in rapido movimento e questa viene accelerata, ci sarà un’area di bassa pressione che risucchierà la moto verso il suolo, e per ottenere questo effetto ci possono essere due approcci. Uno consiste nel limitare al massimo lo spazio tra la carenatura e l’asfalto (tramite rigonfiamenti laterali, abbassatori, ecc.), l’altro è quello di allontanare l’aria dalla zona in cui si desidera la bassa pressione, tramite degli appositi condotti.”

Qui però diventa tutto molto più complicato, quantomeno rispetto alle quattro ruote, e anche rispetto alla nostra moto. Gran parte del nostro lavoro sulla WMC250EV è svolto nell’ottica delle performance in linea retta – dobbiamo fare un record di velocità sul dritto, non su un giro in circuito. Una MotoGP, a livello di complessità aerodinamica, a confronto è quasi come un jet da combattimento. E pure su un’auto da corsa il lavoro è molto più semplice: l’altezza di marcia è molto costante, il rollio ridotto al minimo; quindi, la distanza sotto al diffusore è estremamente regolare e controllata.

Una moto invece ruota all’indietro e si accovaccia sul posteriore in accelerazione, per poi inclinarsi in avanti in frenata. Tutto ciò modifica l’angolo di attacco di ogni singola ala della moto, obbligando a soluzioni molto complesse, che devono essere per forza un compromesso.

Pieghe al limite, aerodinamica in stallo

Poi c’è il fatto che la moto in curva può arrivare a piegarsi a 60 gradi e un’ala può accettare solo un certo numero di gradi prima di smettere di funzionare, per cui l’efficacia delle appendici di una MotoGP sarà in gran parte compromessa a un certo grado di inclinazione. Pensate a quando un aereo, virando oltre un certo grado d’inclinazione, a una certa velocità, finisce per andare in stallo. È come se a un certo punto, in piega, il funzionamento delle ali sulle moto si ‘spegnesse’, e anche di questo devono tenere conto i progettisti nel disegnare le varie appendici.

Alette “stegosauro”

Verso la parte posteriore della moto, in particolare dietro il pilota, c’è solo aria turbolenta con cui non si può fare molto, il che porta a chiedersi a cosa servano le pinnette in stile “stegosauro” che hanno fatto la loro comparsa dalla scorsa stagione sulla coda di molte MotoGP. La risposta breve è: a non molto, a meno che il pilota non sia completamente fuori dalla moto e alle pinnette non stia arrivando aria relativamente “pulita” e con poche turbolenze.

Questo accade di solito quando la moto si trova a grandi angoli di piega: le alette dal lato della curva, che in quel momento si troverebbero in posizione orizzontale, potrebbero generare deportanza, presumibilmente per aiutare le pance a effetto suolo che risucchiano la moto verso il terreno. L’idea che invece le pinnette siano lì per rendere più difficile prendere la scia, come ipotizzato da alcuni, fa sorridere Rob. Non possono fare molto se ricevono solo aria turbolenta, come succede quando il pilota è in carena in rettilineo.

Dispositivi anti-scia

Tuttavia, il concetto non è un’idea così folle. Ma ci sono opportunità altrove per rendere la vita difficile ai piloti che cercano di farsi rimorchiare.

La zona davanti alla ruota posteriore, sotto al forcellone, è un’area in cui siamo riusciti a perdere molta resistenza aerodinamica sulla WMC250EV, deviando l’aria a destra e a sinistra prima che arrivi a colpire il pneumatico. È la stessa cosa che cercano di fare sulle MotoGP: non si vuole che l’aria colpisca il pneumatico posteriore, perché crea molta resistenza. Quindi, o la si separa a destra e a sinistra intorno alla ruota, oppure, come sembra volersi fare con il “cucchiaio”, si potrebbe raccogliere l’aria e spostarla nel foro a bassa pressione sopra il forcellone e davanti al parafango.

Questo spazio è difficile da alimentare, ed è a bassissima pressione, ma aumentando la pressione lì dentro, prendendo un po’ di aria ad alta pressione da sotto la moto e guidandola in quello spazio, si ridurrebbe la resistenza aerodinamica e si renderebbe sicuramente più difficile la scia”.

In tutto questo, l’unica cosa veramente sicura è che negli ultimi anni c’è stata un’esplosione nello sviluppo dell’aerodinamica sulle moto, ed è chiaramente l’area principale su cui i produttori stanno sperimentando in questo periodo. Se ricordate, qualche tempo fa alcuni team pincipal si erano rivolti alla FIM dicendo che avrebbero dovuto mettere un limite alla questione dell’aerodinamica, perché la situazione sarebbe diventata caotica, ed eccoci qui.

La magia dell’aerodinamica

Il punto è che l’argomento dell’aerodinamica, soprattutto sulle moto, è terribilmente complesso, e alcune Case stanno facendo fatica ad affrontarlo, ma al momento sembra essere l’unica soluzione agli enormi problemi sorti col vertiginoso aumento delle prestazioni. La potenza in più deve essere trasferita a terra, quindi serve peso sul posteriore per permettere la massima aderenza della gomma in accelerazione, ma allo stesso tempo occorre contrastare l’alleggerimento dell’avantreno, che a causa della presenza di radiatori molto grossi, per dissipare l’enorme calore prodotto dai motori, fa un effetto vela alle alte velocità.

La soluzione (per ora) sembra un po’ un tampone, perché le ali, seppur efficaci, trattano i sintomi, ma non la causa del problema. Ma per risolvere, in teoria, servirebbero rimedi più strutturali: nuove tipologie di radiatori? Nuovi dispositivi di raffreddamento? Motori che generano meno calore? Staremo a vedere.