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Aerodinamica delle motociclette: i princìpi base

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2014-12-22_154217Iniziamo 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.2014-12-22_161638

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.

2014-12-22_175034Ma 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.2014-12-23_110056

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?

11 COMMENTS

  1. Presto detto:
    Piega. raffreddamento, alimentazione.
    La moto è soggetta a variazioni d’assetto ben più importanti delle auto, durante il normale girare in pista, ed in ogni caso le parti in movimento sono molto più annegate in quelle statiche rispetto a quanto succeda in un’auto a ruote scoperte.

    Inoltre proprio dove si dovrebbe cercare di far passare oltre il flusso d’aria, deviandolo ai lati, le moto 4T e non solo (una delle prime fu la NSR di Doohan) cercano di succhiare la pressione dell’aria per creare sovralimentazione dinamica tramite ammissione aria e cassa filtro, in modo tale da avere più aria con cui bruciare più benzina e spingere più forte il motore.

    E vogliamo dimenticare un’altro elemento fondamentale, cioè il radiatore?
    Per mantenere la moto compatta e “ovoidale” i radiatori sono posizionati dietro alla forcella. Senza una “pessima” efficienza aerodinamica pura in quel punto, i motori esploderebbero ogni 3×2 per temperature troppo elevate.

    La RC 211V aveva fatto scuola come “carenatura completa” della moto.
    in questa versione del Team Pons si vedono le poche feritoie…
    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Honda_RC211V_2004.jpg
    (e tra l’altro… sono “nascoste” le prese aria dinamiche sotto alla carena)
    La RC213V sembra altrettanto ben carenata…
    http://world.honda.com/MotoGP/spec/image/bnr/bnrL_top2013.jpg
    Fino a che non ci si rende conto di quanto più corta sia la carenatura anteriore, più aperta ai lati, e si nota la carenatura completa invece del sottocodone per “isolare” lo scarico dal resto della moto…

  2. Si hai ragione Pike, la libertà di movimento del pilota sia in piega che in staccata rappresentano un limite nelle carenature. L’alimentazione mi sembra ben gestita già adesso.
    Sul raffreddamento mi chiedo come mai nessuno abbia ancora adottato una soluzione con radiatore sul posteriore, con flussi creati ad hoc, come in formula 1, e la possibilità di lavorare così molto meglio sull’anteriore.

  3. bell’articolo complimenti; sintetico , chiaro , essenziale

    in effetti forse, l’ Aerodinamica sembra sembra essere il campo meno esplorato nelle moto da gara.

    un giorno qualcuno il “colin chapman delle moto ” , inventera’ la carena che piu’ piega e piu’ schiaccia la moto a terra e piu’ sta dritta e piu’ penetra… 😀

  4. @Aseb
    Rispondevo alla domanda nell’ultima riga dell’articolo in stile interrogazione al liceo…. con tono interrogativo. Fondamentalmente penso che l’aerodinamica di una moto sia poco raffinata proprio perche ha bisogno di notevoli angoli di piega per curvare (ruota sull’asse longitudinale oltre che su quello verticale) ed una aerodinamica estremizzata contrasterebbe troppo il “rollio” impedendo alla moto di piegare sopra una certa velocità

  5. Si Davide, uno dei problemi è anche quello. Ma anche a moto dritta si affrontano problemi che uno non immagina neppure….ma lo vedrete nella seconda parte 😉

  6. le ruote lenticolari sono un suicidio in caso di vento laterale, non a caso sulle bici sono vietate sulle ruote anteriori.
    la forma a goccia, a naso, può creare portanza ad alta velocità, l’aria che passa sopra la moto scorre velocemente, mentre quella sotto scorre lentamente (manca un diffusore che estragga l’aria da dietro e un fondo piatto che la tenga laminare, insomma), creando una differenza di pressione che tende a sollevare la moto. un po’ quello che succede quando tentano i record di velocità 😀

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