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La Storia

Per poter capire il ruolo importantissimo che hanno avuto e tuttora hanno le monoposto da competizione nell'ambito delle migliorie tecniche applicate poi alle vetture di serie, devono essere analizzati alcuni dati realtivi all'incremento di potenza dei motori, e alla storia delle competizioni pre e post belliche.

Le monoposto pre belliche

Le monoposto pre belliche altro non erano che delle versioni modificate delle vetture di produzione, e tali modifiche consistevano più che altro nella sovralimentazione (quella sviluppata dal 1923 al 1951 era basata su compressori azionati meccanicamente dal motore) del motore e nel rafforzamento di sospensioni e freni, più eventualmente un alleggerimento della massa. Nessun passo avanti nella storia dell'automobile fu fatto a causa della Seconda Guerra Mondiale, in quanto le industrie automobilistiche vennero impiegate nella produzione di armi e artiglierie leggere e pesanti....

Le monoposto post belliche

.....Finita la guerra, con l'istituzione del Campionato del Mondo e l'introduzione di regolamenti circa la costruzione delle vetture da competizione, si ricominciò dai vecchi progetti, invece di agire verso nuove direzioni. Sul finire degli anni Sessanta la sovralimentazione dei motori (la concezione di aerodinamica e quindi di lavoro su scocche arriverà più tardi, negli anni Settanta) è ottenuta dall'azione di turbo-compressori comandati dai gas di scarico. Il ciclo di grandi evoluzioni per il motore aspirato ha preso l'avvio necessariamente da cilindrate ragguardevoli, data l'esiguità delle potenze specifiche realizzabili: appena 60-80 cavalli/litro, contro i 200-230 cavalli per litro di cilindrata dei sovralimentati. Appena avviato il processo, tuttavia, la corsa alle più alte potenze specifiche è stata notevole, con il traguardo dei 100 cavalli per 1000 cc raggiunto per la prima volta dai motori della formula di due litri e mezzo e con incrementi spettacolari per la F.1 1500, fino alla soglia dei 150 CV/litro, e per la F.1 3000, ormai prossima ai 180 CV/litro. L'aumento delle potenze è legato a molti fattori, quali il numero dei cilindri, il rapporto corsa-alesaggio, il regime di rotazione, il sistema di alimentazione, eccetera, il criterio stesso della cilindrata non è che parzialmente vincolante, ai fini dell'equità della competizione, tanto da essere sostenuto attualmente da altre limitazioni; ma la sua validità permane pressochè indiscussa per l'unità di tempo entro i cui limiti avvengono i progressi. Il punto di partenza per la grande avventura del motore aspirato in questo dopoguerra è stato di potenze specifiche comprese fra i 60 e i 70 cavalli/litro; un livello relativamente basso, che aveva, nondimeno, prospettive di rapido incremento con gli insegnamenti dell'esperienza parallela in campo motociclistico, dove la sovralimentazione era stata abolita con grande anticipo e la quota dei 100 cavalli/litro poteva già considerarsi una norma, pur con il vantaggio delle cilindrate unitarie esigue. Quindi, al momento del confronto cruciale fra il sovralimentato e l'aspirato, la bilancia proponeva su un piatto l'otto cilindri in linea delle celebri Alfa Romeo 158/159 con punte massime di 425 cavalli, ma con 400 cavalli effettivi nella media delle applicazioni, e sull'altro piatto i 12 cilindri Ferrari a V di 60°, di quattro litri e mezzo, con disponibilità di 360-380 cavalli e con vantaggi già sensibili nelle utilizzazioni e nei consumi. Dal 1953 iniziò una preziosa concentrazione dei tecnici su motori a quattro e a sei cilindri in linea, con molti studi rivolti alle camere di combustione, all'evacuazione dei gas di scarico, con particolare riferimento alle lunghezze critiche dei condotti, e con grandi sforzi concentrati sull'alimentazione, monocarburatore e perfino a iniezione. E' il momento dello studio intenso anche sulle proprietà dei carburanti e dell'affacciarsi delle prime camere di scoppio adatte a far risaltare i fenomeni di "swirl" e di "squish". Il quattro cilindri in linea rappresenta veramente l'ideale per gettare solide basi, utili ad un serio sviluppo del moderno motore aspirato. Il sei cilindri in linea viene introdotto da Gordini, mentre da parte inglese (Era-Bristol e HWM-Alta) un gradino più sotto, si fa leva su valori specifici già confortanti. Così, con l'avvento del sei cilindri in linea della Maserati del 1953, con il conseguimento dei 190 cavalli a 7500 giri, si arrotonda a 95 CV/litro la potenza specifica, con la bellezza di 12,7 CV/litro a mille giri. Le basi per la successiva Formula 1 di due litri e mezzo (1954-1960) sono gettate e l'avvento delle tecnologie della Mercedes, con distribuzione desmodromica e iniezione diretta, danno nuovi stimoli alla ricerca. Con i 280 cavalli effettivi dell'otto cilindri in linea della marca tedesca, con 112 CV/litro e ben 13,2 CV/litro a mille giri, saliti nel 1955 a 118 CV/litro e a 13,9 CV/litro a mille giri, il tetto è stato raggiunto per quell'epoca di sviluppo e i primati tecnici di questo motore sono tali da restare insuperati per tutto il corso della formula. y-Climax, dimostra l'importanza di accelerare l'evoluzione di propulsori con grosse cilindrate unitarie, superiori ai 620 cc, con valori addirittura di 15 CV/litro per mille giri e pressioni medie effettive fino a 13,5 Kg/cm#2. Come soluzione intermedia, il motore V 6 della Ferrari si trascina le stesse ragioni di validità, con applicazioni preziose. Il finire degli anni Cinquanta non è favorevole a troppi investimenti nell'evoluzione dei motori: i progressi favoriti dalle rivoluzioni d'autotelaio appaiono ben più ingenti di quel che la tecnica motoristica potrebbe offrire, determinando una certa stasi. Il passaggio dall'architettura convenzionale del motore anteriore e trazione posteriore al motore posteriore-centrale con trazione sulle ruote posteriori, ha prodotto effetti preponderanti, tanto da garantire le maggiori affermazioni alle Cooper e alle Lotus con un quattro cilindri Climax di appena 240-243 cavalli, pari a 96,5-97,5 CV/litro, con buone concentrazioni di potenza in un regime di 6800 giri, che fa calcolare 14,2-14,3 CV/litro a mille giri. Negli anni Sessanta, parallelamente, fanno la loro comparsa le prime appendici alari, la cui efficenza è limitata, ma che garantivano un buon carico aerodinamico per i telai (alluminio) e i pesi delle vetture, che comunque mantenevano freni a dischi in acciaio e pneumatici convenzionali. Gli anni Settanta portano nuove evoluzioni. Oltre al perfezionamento del telaio autoportante, all'evoluzione dei motori boxer, comincia la nuova concezione di aerodinamica. I telai cominciano ad assumere una forma a freccia, per poter fendere meglio l'aria. per quanto concerne i motori, si esplorano i 10000 giri, 450 cavalli nella media della produzione. Scarichi di diametro maggiore e altri perfezionamenti al circuito di lubrificazione.470 cavalli nel 1975 e con punte di 480-490 nelle ultime espressioni. Gli stimoli sono venuti dalla crescente avanzata dei motori a 12 cilindri - Ferrari in particolare - pur con altre componenti della Matra e dell'Alfa Romeo. La Matra, con un 12 cilindri a V di 60° raggiunse un'apice di 520 cavalli. Per l'Alfa Romeo, il passo dalla Sport alla Formula 1, con il 12 cilindri "boxer" (l'ultimo ridisegno a V di 60° risponde ad esigenze extra-motoristiche, ovvero di installazione in vettura e di flussi aerodinamici interni), è stato breve, seppure scontata la stagione iniziale del '76, per raggiungere i migliori compromessi fra tenuta, distribuzione della potenza lungo la curva e prontezza d'accelerazione. Ufficialmente, questo motore ha dato le potenze specifiche più alte, con 177 CV/litro e qualcosa come 14,75 CV/litro a mille giri. Le valutazioni, nondimeno, si fanno difficili per il più vittorioso dei 12 cilindri, il "boxer" Ferrari, che ha puntato tutto sulla buona stabilità di funzionamento, indipendentemente dai valori massimi. Anche l'ascesa di questo motore, esemplare per la concezione del manovellismo e del comando della distribuzione, è stata spettacolare, partendo dai 430 cavalli a 11600 giri del 1970, per salire subito dopo a 465 cavalli a 12000 giri, pari a 13 CV/litro a mille giri, e per toccare i 490 cavalli effettivi nel 1974. l'evoluzione conobbe poi una stasi fino al 1979.





BREVE STORIA DELL'EVOLUZIONE TECNICA
DELLA FORMULA 1

 

Il concetto di deportanza rivoluzionò la concezione delle corse. Fino a quel momento le vetture da corsa dovevano essere fondamentalmente veloci, il più veloci possibile, per raggiungere la massima velocità nei rettilinei, che erano la parte predominante di ogni circuito. Velocità dell’ordine di 340 km/h erano state raggiunte sui circuiti più veloci già negli anni ’30, e si dovrà aspettare il 1982 perché vengano raggiunte di nuovo. 

Le monoposto però, fino all’avvento dell’aerodinamica, dovevano rallentare in maniera radicale per affrontare le curve. In questo modo la differenza fra velocità massima e velocità di percorrenza delle curve era enorme. Si pensi che le Auto Union del 1936 disponevano di 520 HP e di velocità di punta dell’ordine dei 345 km/h. Su di un circuito velocissimo come Monza, un giro era percorso alla media di circa 180 km/h. Trent’anni dopo le monoposto, con circa 330-350 cavalli, e velocità massime non superiori ai 280 km/h, giravano su quel circuito ad una media di circa 200 km/h.

Con l’avvento dei dispositivi aerodinamici, nel 1969 le monoposto migliori, con circa 420 HP ed una velocità  massima non superiore ai 270 km/h, girarono a Monza a 236 km/h di media. Questi dati devono essere valutati in termini di efficienza globale. Un motore potentissimo poteva essere usato per andare forte in rettilineo, ma la velocità in curva restava subordinata all’aderenza al suolo. Questa, a sua volta, era legata alla sezione dei pneumatici, al loro coefficiente di attrito, alla capacità delle sospensioni di tenere il pneumatico aderente al suolo. Questi fattori erano, fino all’avvento delle appendici aerodinamiche, evidentemente bassi, perché la velocità di percorrenza della curva rimaneva molto distante dalla velocità massima che la vettura poteva sviluppare in rettilineo. Il ricorso ai dispositivi aerodinamici ha quindi permesso di ridurre in modo drastico la differenza fra velocità massima e velocità di percorrenza delle curve. Si era quindi verificato un paradosso: il tempo guadagnato in rettilineo da una vettura velocissima, ma lenta nelle curve, era inferiore al tempo guadagnato da una vettura lenta in rettilineo ma veloce nelle curve.

A questa nuova concezione delle corse automobilistiche verrà subordinata tutta l’evoluzione dello sport motoristico, fino ai nostri giorni.





È del 1977 l’ultima vittoria di Niki Lauda in Formula 1 con la Ferrari

LOUIS ARMSTRONG ~ When You`re Smilin`~




McLaren MP4/4 Honda

La McLaren MP4/4 fu la vettura del team McLaren che prese parte al campionato di Formula 1 1988. Fu progettata da Gordon Murray e Steve Nichols, e rappresenta tuttora una delle auto di Formula 1 più efficaci della storia, avendo vinto 15 dei 16 Gran Premi cui prese parte. I piloti Ayrton Senna e Alain Prost lottarono tra di loro per il titolo mondiale, senza che alcun avversario potesse inserirsi nel duello.
Nel 1987 la Williams aveva nettamente sconfitto la McLaren sia nella classifica piloti che in quella costruttori. I motori Honda erano però passati alla scuderia di Woking e la capacità del fornitore giapponese di creare un motore più basso dei precedenti permise a Murray e Nichols di riprendere ed affinare i concetti introdotti nel 1986 con la Brabham BT55, senza l'handicap delle scarse affidabilità e potenza che avevano caratterizzato il motore BMW inclinato.

Nel 1988 il regolamento tecnico prevedeva la possibilità di utilizzare motori aspirati di 3500 cc di cilindrata senza limiti di consumo, oppure motori turbocompressi da 1500 cc di cilindrata, con pressione di sovralimentazione limitata a 2,5 bar e 150 litri di carburante per percorrere la distanza della gara. La Honda scelse questa seconda possibilità, in quanto le evoluzioni previste per il proprio motore le permisero di mantenere un vantaggio sulla concorrenza.

L'MP4/4 si ispira alla Brabham BT55 di Gordon Murray, che nell'87 aveva disegnato la MP4/3, approfondendone i concetti. L'idea di Murray era quella di una macchina estrema sotto il profilo fluidodinamico, ma nel caso della Brabham non si ottennero vantaggi: il motore era un progetto molto complesso e soprattutto fine a sé stesso.
Secondo Gordon Murray disegnare una macchina con le linee della BT55 permetteva di ridurre di circa il 30% la sezione frontale rispetto ad una monoposto convenzionale: la linea di cintura estremamente bassa riduceva moltissimo la resistenza all'avanzamento con vantaggi notevoli in velocità e consumi. Infatti la BT55 nel 1986 era stata l'auto con la velocità di punta più alta.

Questa soluzione consentiva anche di investire con una maggior portata d'aria la superficie alare posteriore, incrementando il carico aerodinamico sulle ruote motrici, con conseguente incremento di trazione e velocità di percorrenza in curva. Sotto questo aspetto la BT55 era stata un fallimento perché il suo motore BMW era un 4 cilindri in linea, molto alto, e per poter migliorare il progetto aerodinamico era stato inclinato di 72°, soluzione che creava problemi di lubrificazione e combustione; inoltre con un motore alto il centro di gravità dinamico risultava sempre molto sbilanciato, anche a causa di un cambio a 7 marce ingombrante e complicato.

Come consulente, nell'87 Murray cercò di sviluppare questi concetti sulla MP4/3 disegnata da Steve Nichols, il quale cercò di riprendere in parte il progetto MP4/2 di John Barnard, che ormai era superata. Perciò, a parte il muso, tutto il resto della vettura fu ridisegnato cercando di abbassare la linea di cintura e il centro di gravità.
Murray poté intervenire con questa filosofia progettuale grazie al fatto che la MP4/3 utilizzava un motore V6 con angolo di bancata di 90°. Inoltre riprogettò le pance laterali, spostando le prese d'aria di sfogo dei radiatori ai lati della vettura anziché sulla parte superiore; con questo intervento ridusse l'altezza e rese più slanciato il roll-bar, sfruttando il fatto che la capacità massima dei serbatoi nell'87 era stata ridotta da 220 a 195 litri. Tuttavia il motore non si dimostrò abbastanza solido e potente contro l'Honda della Williams.


Nell'88 la McLaren per la MP4/4 ottenne la fornitura di questi motori, che erano sempre dei V6 ma con un angolo di bancata di 80°, quindi Murray poté estremizzare ulteriormente quanto visto sulla MP4/3, abbassando ulteriormente l'altezza complessiva della scocca. Sostanzialmente lavorò come sulla MP4/3 anche perché pure nell'88 fu ridotta la capacità dei serbatoi (da 195 a 150 litri).
Una delle modifiche più evidenti fu il muso, molto più rastremato e slanciato, con grande riduzione della sezione frontale e conseguente maggiorazione della superficie alare anteriore. Queste varianti all'avantreno si erano rese necessarie anche per rispettare la nuova norma che obbligava a collocare la pedaliera delle scocche di nuova costruzione dietro l'asse delle ruote anteriori, una soluzione che il regolamento impone ancora oggi e che ha reso la posizione di guida quasi sdraiata anziché seduta.
Per via di questi interventi l'MP4/4 risultò notevolmente competitiva: oltre ad essere una macchina molto curata, fu l'unica progettata espressamente per gareggiare col motore turbo, a differenza dagli avversari che avevano puntato su ex vetture turbo adattate agli aspirati, o su progetti di scocche con motore turbo dell'anno prima.

Questa scocca utilizzava sospensioni a ruote indipendenti con trapezi sovrapposti e sistema a puntone di tipo pull-rod all'avantreno e push-rod al retrotreno. Quest'ultima soluzione, insolita per l'epoca, nasceva dall'esigenza di sollevare la posizione dei semialberi, in modo da non alterare gli angoli di esercizio dei giunti, dato che la scocca era molto bassa.

Durante la fase pre stagione fu testato anche un sistema di sospensioni attive, che per questioni di affidabilità non fu però mai utilizzato nei Gran Premi. La vettura fu talmente dominante che non venne evoluta in troppi pacchetti aerodinamici, salvo profili alari specifici per circuiti da basso o alto carico aerodinamico come Monaco, Monza o Hockenheim.
Una delle modifiche che più saltarono all'occhio fu l'eliminazione delle prese d'aria delle turbine, perché si riteneva che creassero dei vortici d'estremità che disturbavano i flussi d'aria sul profilo alare posteriore.

Il motore adoperato era l'Honda RA168-E, un V6 biturbo da circa 650 cavalli, ultima evoluzione del 6 cilindri giapponese che aveva debuttato nell'83. L'unità fu rivista per ridurre drasticamente il consumo di carburante dato che il regolamento imponeva una minor capacità dei serbatoi, e per sfruttare meglio la potenza ai medi regimi per via dell'altra restrizione sulla pressione di sovralimentazione, passata da 4.0 a 2.5 bar.

Il cambio, abbastanza convenzionale, era un Weissmann a sei marce più retromarcia, prodotto in collaborazione con la stessa McLaren e montato longitudinalmente.





Ayrton Senna
 Gran Premio del Canada 1988

Già nel corso della stagione 1987, la McLaren aveva annunciato l'ingaggio di Ayrton Senna, proveniente dalla Lotus, insieme alla fornitura dei motori Honda. In McLaren il brasiliano avrebbe fatto coppia con il due volte campione del mondo Alain Prost. Nella fase di sviluppo, grande attenzione venne posta all'elettronica di gestione del motore, per l'ottimizzazione dei consumi, e la vettura si presentò subito vincente, con un notevole margine sulla concorrenza.

La stagione si sviluppò quindi sulla traccia di un dominio incontrastato della McLaren. Dopo una prima fase favorevole a Prost, Senna recuperò progressivamente, per poi passare in vantaggio alla fine delle gare estive. L'unica corsa che la MP4/4 non vinse fu il Gran Premio d'Italia, in cui Prost si ritirò a causa dell'unico problema meccanico incontrato nella stagione, mentre Senna, al comando, si toccò con la Williams di Schlesser alla prima variante, nel corso di un doppiaggio a pochi giri dal termine. Dopo Monza Prost vinse due gare, riportandosi vicino, ma vincendo in Giappone Senna guadagnò il titolo.
Al termine della stagione Prost aveva accumulato più punti totali, ma Senna vinse grazie ai punti scartati dal pilota francese. Invece tutti i punti erano validi per il mondiale costruttori, che la McLaren si aggiudicò con un record di 199 punti.



Il Flybrid Systems KERS introdotto in F1 dalla stagione 2009
Il KERS, acronimo di Kinetic Energy Recovery System (in italiano “sistema di recupero dell'energia cinetica”) è un dispositivo elettromeccanico atto a recuperare parte dell'energia cinetica di un veicolo durante la fase di frenata e a trasformarla in energia meccanica o elettrica, nuovamente spendibile per la trazione del veicolo o per l'alimentazione dei suoi dispositivi elettrici.
Durante la frenata di un veicolo, l'energia cinetica che deriva da tale decelerazione è dispersa in calore per attrito del sistema frenante. Tale energia può essere intercettata da un meccanismo ad alto momento di inerzia come un volano oppure immagazzinata in un accumulatore o una batteria e venire impiegata in un secondo momento, per esempio in fase di accelerazione del veicolo o comunque quando si abbia bisogno di una riserva di energia per aumentare le prestazioni del mezzo.

      Il sistema KERS è costituito da:

  • un motore/dinamo (in corrente continua);
  • un accumulatore di carica elettrica, in genere composto o da pile al litio, oppure supercondensatori o ancora batterie a volano;
  • un sistema di controllo che permette di gestire il funzionamento del dispositivo come motore oppure come dinamo a seconda delle necessità.


F1: come e perchè la Power Unit Mercedes è stata più performante
della concorrenza.

Italian Wheels poco tempo fa vi ha raccontato i motori turbo della F1: i nuovi V6 ibridi hanno infatti rappresentato la più grande novità regolamentare del 2014. Oggi vogliamo andare oltre, cercando di spiegare perchè alcuni motori (i Mercedes) hanno funzionato meglio di altri (i Ferrari ed i Renault). 

Ricordiamo, in maniera rapida, cosa dice il regolamento: i motori di tutte le F1 a partire dal 2014 dovranno essere dei V6 turbo di 1600 cc, affiancati da due motori elettrici, l’MGU – K e l’MGU – H. Quello che però il regolamento non dice, lasciando quindi carta bianca ai progettisti, è come disporre i vari elementi del motore turbo e come mettere in relazione la componente termica con quella ibrida. Ed è qui che i motoristi della casa di Stoccarda hanno fatto il colpaccio. A Brixworth, un piccolissimo centro del Northamptonshire, in Inghilterra, i motoristi Mercedes, sotto la guida di Andy Cowell, hanno dato vita ad uno dei propulsori più efficienti e vincenti della storia della F1: il Mercedes PU106A. Questo motore (o meglio, questa Power Unit) ha fatto scuola per molti aspetti.