Aerodinamica delle motociclette: i princìpi base

Iniziamo a trattare un argomento interessante e ancora in piena fase di studio: l’aerodinamica nel mondo delle motociclette da corsa. Ovviamente non entreremo troppo nello specifico, ma cercheremo di fare comunque una bella analisi.

L’aerodinamica è quella branca della scienza che studia il moto di avanzamento di un solido nell’aria, e fa parte della scienza fluidodinamica. In pratica si cerca di capire cosa accade quando un fluido come l’aria è attraversato da un oggetto di forme diverse.

Se in campo automobilistico si è arrivati a livelli incredibili di studio, anche grazie al fatto che un’automobile da corsa sfrutta l’aerodinamica principalmente per cercare di tenere l’auto incollata al suolo, in campo motociclistico ci sono molte cose ancora da approfondire ed è molto interessante andare a vedere come il concetto di aerodinamicità debba essere contestualizzato e adattato al cambiare delle categorie e delle relative potenze.

Partiamo però questo viaggio dagli albori: le prime motociclette non avevano alcuna protezione. Si trattava infatti di semplici biciclette con un motore alloggiato nel telaio, o sopra le ruote, e non vi era alcuna necessità di avere una protezione dall’aria visto che quei velocipedi andavano si e no alla velocità di Usain Bolt.

Col passare del tempo, con l’aumentare delle velocità, si è iniziata una rincorsa ai record velocistici (perlopiù per esigenze  di marketing delle case costruttrici dell’epoca) ed è iniziato anche un primo studio sulle carene messe a protezione dei piloti.

Questo studio ha ricevuto una grande spinta anche grazie al comparto aeronautico che era in pieno fermento e sperimentava di continuo nuove soluzioni, dalla forma degli aeroplani alla sezione dei profili alari.

Quello che apparve subito chiaro era che si dovesse trovare un profilo adatto a “fendere l’aria”, diminuendo il più possibile la resistenza all’avanzamento dato dal muro d’aria che ci si trovava di fronte istante dopo istante.

Nacquero quindi le cosiddette “carene a goccia”, che replicavano quella che era in effetti la forma di una goccia d’acqua in caduta libera. Come sempre, Madre Natura aveva la risposta a portata di mano, e ci si è ispirati proprio alla forma che prende una goccia d’acqua in caduta verticale.

E qui si inizia il vero discorso tecnico, quello che è il cuore della questione. Prima di parlare dell’aerodinamica nelle varie classi e categorie del Mondiale, c’è bisogno di qualche spiegazione.

In una motocicletta in moto rettilineo abbiamo due attriti principali: il primo è l’attrito dato dalla somma del rotolamento delle gomme e dagli organi meccanici di trasmissione e scorrimento. Il secondo è la resistenza aerodinamica.

Come vedete dal grafico, all’aumentare della velocità, la resistenza all’avanzamento data dall’aria sale notevolmente, assorbendo la maggior parte della potenza. Cresce molto meno invece la resistenza per attrito volvente e meccanico, che si ferma ad un valore di circa 1/6 della resistenza aerodinamica.

Diventa quindi importantissimo trovare una forma che sia il più possibile aerodinamica, e a dirci quanto sia efficace sotto questo punto di vista c’è un valore che forse sentiamo spesso: il Cx.

Ma che cos’è il Cx? Si tratta di un valore, un numero PURO (che quindi non ha dimensioni e unità di misura) che definisce quanto un profilo è efficiente nell’attraversamento di un fluido. Più basso è questo valore, e migliore sarà la sua penetrazione aerodinamica. Nello schemino qui vicino trovate alcuni esempi di Cx, e vedete il corpo affusolato (o “a goccia”) è quello aerodinamicamente più performante.

Ma il coefficiente di resistenza aerodinamica non è l’unico elemento utile al calcolo della forza che dobbiamo usare per attraversare il fluido.

Entra quindi in gioco la sezione frontale, ovvero la porzione che va “a sbattere” contro il muro d’aria: quella sezione che nel nostro caso sarà data dalla sezione frontale della motocicletta più la sezione del pilota.

Per calcolare la cosiddetta “Potenza aerodinamica” entrano quindi in gioco altri fattori: la sezione totale esposta all’aria, il Cx, la velocità del avanzamento e la densità dell’aria. In molti testi tecnici, di dinamica e aerodinamica, troverete questa formula per il calcolo della potenza assorbita da un veicolo in movimento:

P=V*[(d*V2*Cx*S)/2]

Dove:

• V=Velocità
• d=densità dell’aria
• Cx=Coeff Aerodinamico
• S=Sezione frontale

Come vedete da questa semplice formula, all’aumentare di uno dei valori aumenta automaticamente la potenza che la resistenza aerodinamica assorbe durante l’avanzamento.

Rendere efficiente una carena e diminuire la sezione aerodinamica è quindi fondamentale ai fini di una buona velocità massima, motivo per cui vedete i piloti sempre molto rannicchiati dietro al cupolino quando si trovano in rettilineo da soli.

Altra cosa che avrete sicuramente notato è che i piloti prendono “la scia”. Il perché è presto detto: quando un oggetto attraversa un fluido, crea una turbolenza. L’entità di questa turbolenza è in funzione della forma dell’oggetto.

Per spiegare cos’è una turbolenza basta fare un semplice esempio: se voi passate la mano all’interno di un recipiente pieno d’acqua (lavandino o vasca da bagno) vedrete formarsi al passaggio della mano dei vortici. Ecco, quelle sono “turbolenze”, e ogni sagoma crea una turbolenza sempre diversa.

In Formula1 si è lavorato in modo da ridurre al minimo le turbolenze dietro la macchina per far arrivare a chi insegue un flusso d’aria il più pulito possibile. Così facendo infatti, si toglie la possibilità all’inseguitore di “sfruttare la scia”, perché il muso della sua macchina sarà investito da un flusso d’aria “laminare” (quindi dritto, che offre la sua massima resistenza aerodinamica), e non turbolento (che al contrario, essendo irregolare, cala la sua capacità resistente).

A questo punto viene da chiedersi: perché le moto non sono tutte a cupola, con ruote lenticolari, e perfettamente aerodinamiche?