Nel motorsport moderno — così come nelle competizioni veliche più estreme — la velocità non è solo questione di motore o di vento favorevole. È una battaglia invisibile, combattuta tra un mezzo fluido (aria o acqua) e un veicolo progettato per attraversarlo nel modo più efficiente possibile.

Che si tratti di una monoposto di Formula 1, di un’hypercar o di monoscafo AC75, il principio è lo stesso: controllare il flusso, ridurre la resistenza e trasformare il fluido circostante in un alleato. 

Nonostante aria e acqua siano entrambe fluidi, hanno differenze fondamentali circa densità (l’acqua è ~800 volte più densa dell’aria), viscosità dinamica e compressibilità.

Aerodinamica e idrodinamica però non sono discipline separate: sono due applicazioni della stessa meccanica dei fluidi, governate da grandezze comuni come distribuzioni di pressione e sviluppi dello strato limite. 

Quando un veicolo si muove, genera un campo fluido caratterizzato da: 

– Resistenza (drag), la quale non è una singola forza ma la somma di resistenza d’attrito (o di superficie), legato allo strato limite aderente alla superficie, resistenza di forma (o di pressione), dovuto alla separazione del flusso e resistenza indotta, legato alla generazione di portanza. 

Per esempio, in Formula 1, circa il 60–70% del drag totale deriva da fenomeni di pressione e vortici (ala posteriore, ruote scoperte). 

– Deportanza, la quale deriva da una differenza di pressione tra le superfici. 

In F1 si genera deportanza per aumentare il carico verticale sugli pneumatici mentre nelle regate sportive, si genera portanza aerodinamica (vela) e idrodinamica (foil). 

– Turbolenza, la quale rappresenta dissipazione energetica, aumenta il drag e influenza direttamente la stabilità del veicolo. 

Si pensi a quanto è critica la gestione della scia turbolenta in F1 e alle misure regolamentari per la riduzione dell’aria così detta “sporca”. 

I domini condivisi: La manipolazione e il contatto con il fluido

Sia nelle regate ad alte prestazioni che nel racing si manipola il fluido (aria o acqua) per ottenere forza utile con minima penalità energetica:

Le moderne AC75 dell’America’s Cup non navigano ma volano effettivamente sull’acqua grazie ai foil, profili idrodinamici progettati con sezione simile a un’ala aeronautica, controllo attivo dell’angolo d’attacco e materiali ad altissimo modulo elastico. 

Quando la velocità aumenta, cresce la portanza, lo scafo si solleva con il risultato dell’abbattimento del drag viscoso e velocità superiori a 50 nodi (~93 km/h). 

Il concetto è sorprendentemente simile al ground effect: il fondo vettura crea canali Venturi, ovvero condotti a sezione variabile in cui il restringimento del passaggio impone al fluido un’accelerazione locale. 

Secondo il principio di Bernoulli, all’aumento della velocità del flusso corrisponde una diminuzione della pressione statica. Sotto la monoposto, l’aria viene quindi accelerata in modo controllato attraverso il fondo sagomato e i tunnel, generando una zona di bassa pressione che “aspira” la vettura verso il suolo. Il risultato è una deportanza elevata con un rapporto carico/drag molto più efficiente rispetto alle ali tradizionali, da cui il concetto di deportanza relativamente “gratuita”.

Inoltre, in termini di equivalenza funzionale per il contatto con il fluido, sia pneumatico che foil trasformano forze fisiche in prestazione. 

Lo pneumatico lavora per deformazione controllata, tipicamente in una finestra termica stretta caratterizzata da un degrado progressivo.

In nautica invece il foil e di conseguenza lo scafo generano portanza tramite flusso, sono soggetti a cavitazione (formazione di vapore a bassa pressione) e conseguente perdita improvvisa di efficienza. 

CFD e materiali 

La Fluidodinamica Computazionale (CFD) consente di: simulare flussi tridimensionali complessi, analizzare vortici, separazioni e scie ma soprattutto prevedere interazioni fluido-struttura:

In ambito motorsport le simulazioni sono transienti (tempo variabile), utilizzano modelli di turbolenza avanzati (LES, DES) e sono arricchiti grazie all’integrazione con dati di galleria del vento. 

In ambito nautico invece le simulazioni sono accoppiate aria + acqua, caratterizzate da modellazione della superficie libera (onde) e profondo studio della cavitazione sui foil.

Anche in termini di materiali si parla una lingua comune tra i due domini sportivi: la fibra di carbonio è il materiale dominante grazie all’altissimo rapporto rigidezza/peso, possibilità di orientare le fibre (anisotropia controllata) e resistenza a fatica elevata.

Sia in ambito motorsport che nautico high-performance, le strutture moderneutilizzano prepreg (fibre pre-impregnate di resina), autoclave curing (polimerizzazione controllata) e sandwich con anima honeycomb o foam. 

In conclusione, quindi è evidente come Formula 1 e America’s Cup siano laboratori estremi di ingegneria: cambia il tipo di fluido, aria o acqua, ma le leggi della fisica restano invariate e gli strumenti progettuali che permettono che i margini si giochino su dettagli invisibili sono gli stessi. 

Nella seconda parte di questa breve rubrica che riguarda la convergenza tecnologica tra motorsport e regate ad alte prestazioni analizzeremo tre esempi nel dettaglio tecnico e progettuale: Mercedes-AMG Petronas Formula One Team con INEOS Britannia, Alinghi Red Bull Racing e Red Bull Racing F1, e il progetto Ferrari Hypersail.