Scia aerodinamica: la coda tronca di Zagato e la Monza 2019 senza giri validi (AeroNEC · 4)

Il 7 settembre 2019, nell’ultima parte delle qualifiche del Gran Premio d’Italia, a Monza è andata in scena una delle scene più ridicole della Formula 1 moderna. Quasi tutti i piloti si sono messi a passo d’uomo, uno dietro l’altro, a guardarsi negli specchietti. Nessuno voleva partire per primo, perché il primo avrebbe regalato la scia agli altri. Alla fine il tempo è scaduto con le macchine ancora in fila, e quasi nessuno è riuscito ad avviare il giro in tempo, con Carlos Sainz tra i pochissimi, tra i fischi delle tribune. Un’intera griglia da miliardi di euro bloccata da un buco nell’aria.

Quel buco è la scia, e in Italia avete un vantaggio: ve ne intendete da quando il Tempio della Velocità esiste. Solo che la maggior parte della gente pensa che serva per sorpassare e basta. La scia comanda molto più di così. Nei capitoli precedenti di AeroNEC abbiamo guardato l’auto da davanti e da sotto. La parte che pesa di più è però quella che nessuno guarda: quello che la macchina lascia dietro.

Il dato è questo. Tra l’80 e il 90% di tutta la resistenza aerodinamica di un’auto non nasce dall’urto contro il muso. Nasce in coda, in quel buco di aria sconvolta che ci si trascina alle spalle. Il frontale, che sembra il protagonista, ne mette solo una frazione.

Il buco che l’auto non riesce a chiudere

Quando l’auto avanza, davanti sposta l’aria e crea alta pressione. Dietro succede una cosa meno intuitiva e molto più costosa. L’aria appena spostata dovrebbe richiudersi per riempire il vuoto che la macchina lascia, e non ci riesce quasi mai in modo pulito. Si stacca dalla carrozzeria nella parte posteriore e diventa un groviglio di piccoli vortici che vanno in tutte le direzioni.

Quella scia è una zona di bassa pressione, un vuoto parziale attaccato al posteriore dell’auto. Mettete insieme le due cose: alta pressione che spinge davanti e bassa pressione che tira dietro. L’auto è presa in mezzo, ed è quel risucchio, più del colpo frontale, a costarvi la parte più grande della resistenza.

Inoltre non resta ferma nel bagagliaio. Subito dietro l’auto c’è una zona di ricircolo violenta, e da lì partono due lunghi vortici arrotolati che si allungano per decine o centinaia di metri. È lo stesso tipo di fenomeno che fa distanziare i decolli degli aerei. Un’auto, nel suo piccolo, lascia quella firma turbolenta per ogni chilometro di strada.

Perché la coda decide più del muso

Si può avere un muso affilatissimo e rovinare tutto con una coda sbagliata. Per questo le auto che vogliono essere davvero efficienti si stringono verso il retro, come la poppa di una barca: boat tail, la chiamano gli inglesi. Unendo i fianchi, l’aria si richiude meglio, la scia si riduce e il risucchio cala.

Ma c’è un dettaglio che in Italia dovrebbe commuovere. Se la coda perfetta è quella a goccia lunghissima, perché tante auto hanno un taglio netto? Negli anni Trenta il tedesco Wunibald Kamm e il suo gruppo a Stoccarda dimostrarono che non serve arrivare fino alla punta: si può troncare la coda in un punto preciso e l’aria si comporta quasi come se la coda continuasse. Il flusso si stacca in un punto fisso e controllato, in modo ordinato, e la macchina diventa più corta e leggera senza perdere quasi nulla.

Quelli che hanno trasformato la teoria in bellezza sono stati italiani. Nel 1961 la Giulietta SZ di Zagato, disegnata da Ercole Spada, nasce con la coda tronca che è passata alla storia. La Giulia TZ del 1963 sviluppata dall’Autodelta con Carlo Chiti portò quello stesso taglio nelle corse, vincendo di classe ovunque. E anche la Ferrari 250 GTO del 1962 finisce con un codino rialzato molto ragionato, anche se con un aspetto più modesto. I tedeschi hanno fatto i conti, gli italiani hanno fatto le carrozzerie.

Il capitolo più folle su questo tema, però, lo ha scritto Bertone tra il 1953 e il 1955. Le tre Alfa Romeo BAT, Berlinetta Aerodinamica Tecnica, nate dalla matita di Franco Scaglione su telaio 1900, avevano due enormi pinne curve sul posteriore pensate proprio per controllare la scia e tenere il flusso attaccato. La BAT 7 arrivò a un Cx di circa 0,19, misurato in galleria, numeri che molte auto di oggi si sognano. Sembrano astronavi uscite da un fumetto degli anni Cinquanta, e invece erano laboratori seri di quello che stiamo raccontando: un intero progetto dedicato a quello che succede dietro un’automobile. Settant’anni dopo, si vendono all’asta insieme come uno dei tesori dell’automobile italiana. Quasi tutte le auto di oggi hanno quello spigolo netto sul bordo del bagagliaio, e non è un capriccio dei designer, anche se sembra uno dei loro vezzi.

Tre code, tre scie

Ogni forma di posteriore genera una scia diversa, e per questo le auto si somigliano per famiglie. Il fastback ha la coda discendente delle coupé sportive: l’aria segue la pendenza per un buon tratto prima di staccarsi, e dà una scia abbastanza pulita, a condizione che l’angolo non sia troppo ripido, perché altrimenti si stacca di colpo. Il notchback è la classica tre volumi con il gradino del baule: l’aria si stacca sul lunotto e tocca di nuovo il coperchio, creando una bolla nel mezzo, con tutti i suoi problemi. Infine, la familiare a taglio verticale lascia la scia più grande e più disordinata, ma è prevedibile e stabile.

Nessuna vince in assoluto. Ogni coda è un compromesso tra resistenza, spazio interno e comportamento alle alte velocità, perché una scia risolta male può far beccheggiare la macchina o renderla nervosa anche solo sull’autostrada. Chi guida da trent’anni una familiare in Autosole non ci pensa mai, ma dietro quel portellone hanno lavorato parecchi ingegneri, per anni e con molta pazienza.

Rubare il buco a chi sta davanti

Ora capite subito il trucco più antico dell’automobilismo. Chi si infila dentro la scia di bassa pressione lasciata da un’altra auto non incontra più l’aria di fronte a piena velocità. Trova il buco già aperto. La sua resistenza crolla.

In gara, un’auto in scia può tagliare la propria resistenza di oltre il 25%. In prove su autocarri in autostrada, il secondo mezzo ha risparmiato circa il 24% di carburante e il terzo il 23%. Per questo in NASCAR si corre attaccati in fila, e per questo a Monza si impara a ragionare con tre macchine di distanza.

La storia di Monza su questo punto non ha rivali. Nel 1971, prima che le chicane spezzassero quel ritmo, il Gran Premio d’Italia finì con cinque macchine racchiuse in 61 centesimi di secondo, con la BRM di Peter Gethin davanti a tutti, e una media di quasi 243 orari che per oltre trent’anni è rimasta la più alta di sempre in F1. Si è vinto e perso di volata fino all’ultimo metro, un risultato raggiunto proprio perché la scia permetteva di tenere il gruppo unito per tutti i 55 giri. Vale la pena ricordarlo, quando oggi ci si lamenta che in F1 non si sorpassa.

E il bello è che anche chi sta davanti risparmia. Poco, ma risparmia. Chi segue chiude in parte il vuoto dietro al primo, e gli alza un po’ la pressione in coda. Nei test con i camion, il primo della fila ha risparmiato circa il 18%. Anche i ciclisti del Giro lo sanno bene, a cominciare dai nostri. Miguel Induráin vinse due Giri d’Italia consecutivi, nel 1992 e nel 1993, facendo la differenza soprattutto a cronometro, cioè nell’unico esercizio in cui nessuno ti lascia la scia e l’aria la paghi tutta tu. Il gruppo che lo inseguiva sulle tappe di pianura pedalava una parte dello sforzo a costo ridotto: è la stessa legge, solo in lycra. È un patto in cui guadagnano tutti e due, e chi sta dietro guadagna molto di più, come sa chiunque abbia passato una domenica a guardare una volata di gruppo sul lungomare.

Il lato oscuro: l’aria sporca

La stessa scia che regala velocità in rettilineo è veleno in curva. L’aria che esce dalla prima macchina è di bassa pressione, ma è anche un caos: è l’aria sporca di cui parlano i piloti.

Le appendici aerodinamiche, e abbiamo visto nel capitolo sul downforce quanto contano, hanno bisogno di aria pulita e ordinata. Quando l’inseguitore entra nell’aria sporca, ali e fondo non ricevono il flusso che si aspettavano e perdono carico nel momento peggiore, a metà curva. La macchina scivola, perde presa e non riesce ad avvicinarsi abbastanza da attaccare. Chi è abituato alla scia di Monza sa che basta poco per far passare un pilota dalla speranza al bloccaggio.

Questo ha modellato la Formula 1 intera. Nel 2022 si è tornati all’effetto suolo proprio per questo: un’auto che prende carico dal fondo sporca meno l’aria per chi la segue. Una rivoluzione regolamentare costruita per addomesticare una scia, con il risultato che nei primi anni i sorpassi sono aumentati davvero e poi, stagione dopo stagione, i tecnici hanno ricominciato a sporcare l’aria per trarne vantaggio, perché a nessuna squadra conviene lasciare pulito il flusso a chi la insegue. Il regolamento scrive una cosa e l’interesse di chi corre ne fa un’altra. E Monza è diventata anche l’esempio perfetto di quanto la scia possa rovinare lo spettacolo quando conta più della guida, come in quelle qualifiche del 2019.

I piccoli assassini

Lasciamo per ultima la cosa più irritante, perché è la più piccola. Gli studi sulla pressione che agisce sulla carrozzeria sono chiari: i punti in cui l’aria impazzisce di più sono due, gli specchietti e le ruote anteriori.

Lo specchietto è un oggetto tozzo piantato a mezza altezza proprio nel flusso. Stacca una sua scia in miniatura e la lancia contro la portiera. La ruota anteriore è persino peggio: gira, non è aerodinamica per niente e rimescola l’aria che dovrebbe passare pulita lungo il fianco. Per questo i prototipi più efficienti nascondono le ruote, carenano il fondo e usano telecamere al posto degli specchietti quando il regolamento lo permette. Basta guardare le barchette della Mille Miglia, con i fari integrati e i parafanghi a sigaro. Queste cose le sapevano già settant’anni fa.

Non è una guerra che l’ingegnere possa sempre vincere. Sulla maggior parte delle auto stradali lo specchietto è obbligatorio, e chi disegna, pur sapendo che gli distrugge il flusso, può solo rimpicciolirlo, sagomarlo o spostarlo sulla portiera. In molte categorie, le ruote scoperte sono imposte dal regolamento. Gran parte del lavoro aerodinamico consiste nel salvare il risultato migliore possibile attorno a parti brutte che la norma costringe a portare.

La prossima volta che guardate un’auto, non fermatevi al muso. Guardate la coda, gli specchietti e immaginate il vortice che si porta dietro. Nel prossimo e ultimo capitolo di AeroNEC, scendiamo in strada, sulla vostra macchina e su quella di vostro cognato con l’alettone gigante. Separiamo l’aerodinamica che serve da quella che è un adesivo costoso. E farà male.

Controlla di essere ancora vivo.

Foto: Alfa Romeo Giulietta SZ, MrWalkr (CC BY-SA 4.0); Giulia TZ, Mr.choppers (CC BY-SA 3.0); BAT 7, Jay Cross (CC BY 2.0); NASCAR, Dave Hogg (CC BY 2.0); Carlos Sainz a Monza, Eustace Bagge (CC BY-SA 4.0). Via Wikimedia Commons.