Aerodinamica dei veicoli stradali

DESCRIZIONE DEL CORSO

L’aerodinamica è la branca della meccanica dei fluidi che studia il moto dell’aria e le forze che questa esercita sui corpi in moto relativo rispetto ad essa. In particolare, l’aerodinamica dei veicoli stradali applica le leggi della fluidodinamica allo studio dei flussi esterni ed interni relativi ai mezzi di trasporto su gomma, tra cui automobili per il trasporto privato, che saranno oggetto di questo corso.

Se in pista il compito principale dell’aerodinamica è il miglioramento del tempo sul giro, in strada è necessario ridurre la resistenza all’avanzamento per ottimizzare i consumi, contenere le emissioni ed assicurarsi che la portanza generata dal veicolo non comprometta la sua stabilità, specialmente a velocità sostenute.

Già nel corso della prima metà del secolo scorso ingegneri e ricercatori si sono posti come obiettivo la riduzione della resistenza aerodinamica dei veicoli stradali, raggiungendo spesso dei risultati straordinari. Le auto attualmente sul mercato, indipendentemente dal tipo di powertrain adottato, sono all’altezza di alcune illustri antenate? Le scelte stilistiche e progettuali di tendenza negli ultimi anni stanno realmente rendendo i veicoli stradali più efficienti dal punto di vista aerodinamico? Quali sono i filoni di ricerca più promettenti nell’ambito dell’aerodinamica dei corpi tozzi che lavorano in prossimità del suolo?

OBIETTIVI DEL CORSO

Il corso ha l’intento di introdurre strumenti, terminologia e nozioni utili a comprendere come funziona l’aerodinamica di un veicolo stradale per il trasporto privato. Dopo una breve introduzione dei concetti fisici di base, verrà descritta l’influenza delle forze aerodinamiche sulle prestazioni dei veicoli stradali, tra cui potenza di resistenza all’avanzamento, consumi, accelerazione, velocità massima.

La parte più sostanziosa del corso verrà dedicata allo studio di varie tipologie di carrozzeria e dei componenti che maggiormente contribuiscono alla resistenza aerodinamica e alla portanza del veicolo.

Verrà inoltre gettato uno sguardo alle più recenti pubblicazioni scientifiche provenienti sia dal mondo universitario che da quello industriale automotive in materia di ottimizzazione aerodinamica e dispositivi innovativi di aerodinamica attiva e per il controllo del flusso.

A valle di una breve digressione sulle vetture più significative del passato, saranno presi in considerazione prototipi recenti e modelli già presenti sul mercato che si pongono ai vertici del panorama automotive in termini di efficienza aerodinamica.

DESTINATARI DEL CORSO

• ingegneri, tecnici e professionisti del settore automotive;
• ingegneri che si occupano di consulenze e/o simulazioni CFD per clienti del settore automotive;
• diplomati in materie scientifiche e tecniche;
• studenti di ingegneria e fisica con passione per il settore automotive

PREREQUISITI

Il corso è accessibile a tutti coloro che abbiano delle conoscenze di base nel campo della fluidodinamica incomprimibile (conservazione della portata, equazione di Bernoulli, concetto di strato limite, flusso laminare e flusso turbolento, …). Solo in caso di necessità, è previsto un ripasso di questi argomenti all’interno del modulo “0” del corso.

COMPETENZE CHE SI ACQUISISCONO

• Identificare le varie tipologie di veicoli stradali in base alle caratteristiche aerodinamiche;
• Comprendere i principali parametri di prestazione aerodinamica;
• Saper descrivere in modo qualitativo il campo di moto attorno ad un veicolo stradale;
• Identificare le principali fonti di resistenza aerodinamica e portanza legate a forma e componenti della carrozzeria di un veicolo stradale;
• Saper proporre eventuali interventi di miglioramento dell’efficienza aerodinamica di un veicolo;
• Acquisire la terminologia tecnica necessaria per interagire con professionisti del settore;
• Disporre dei risultati delle ricerche scientifiche più recenti nel settore dell’aerodinamica del veicoli stradali.

PROGRAMMA

Introduzione ai concetti fisici di base:
Proprietà fisiche dell’aria, equazione di continuità, equazione di Bernoulli, differenza tra corpo tozzo e corpo aerodinamico, coefficiente di pressione, flusso attaccato e flusso separato, flusso viscoso e flusso non viscoso, strato limite laminare e turbolento, separazione del flusso e gradiente di pressione avverso, numero di Reynolds, vorticità, flussi interni e flussi esterni.

Forze aerodinamiche
Sistema di riferimento cartesiano per le forze aerodinamiche, coefficiente di resistenza, coefficiente di portanza, forze laterali sul veicolo, momenti di imbardata, pitch e roll, diverse forme di resistenza: d’attrito, di forma e indotta, relazione tra coefficiente di resistenza e coefficiente di portanza.

Influenza dell’aerodinamica su performance e consumi
Resistenza all’avanzamento e potenza richiesta, resistenza al rotolamento e resistenza aerodinamica, influenza della resistenza aerodinamica su consumi, accelerazione, velocità massima, influenza della portanza sulla stabilità della vettura, influenza del carico aerodinamico sulle prestazioni in curva (cenni).

Aerodinamica delle vetture stradali
Confronto tra varie tipologie di veicolo: notchback, fastback, squareback; detail optimization vs shape optimization; componenti di carrozzeria e corpo vettura che influenzano l’aerodinamica esterna del veicolo: anteriore del veicolo, parabrezza, montanti e tetto, geometria del posteriore, ruote e fondo, spoiler anteriori e posteriori, appendici varie; portanza e stabilità laterale; flussi interni per impianti di raffreddamento.

Vetture stradali dagli anni ’20 agli anni ‘00
Analisi aerodinamica di alcune delle vetture stradali più significative del secolo scorso.

Recenti studi numerici e sperimentali nell’ambito dell’aerodinamica delle vetture stradali
Tecniche passive di controllo del flusso (vortex generators, riblets, streaks, flaps); studi per l’ottimizzazione dei flussi interni di raffreddamento; ricerche per l’ottimizzazione della geometria di cerchi e pneumatici; tecniche attive di controllo del flusso (steady blowing and steady suction, jets, plasma actuators, …).

Aerodinamica attiva
Componenti mobili: active grille shutter, diffusore estraibile, air dam e deflettori, spoiler e ali mobili; soluzioni di aerodinamica attiva per vetture stradali ad alte prestazioni (cenni).

Stato dell’arte: vetture e prototipi dagli anni ‘00 ad oggi
Analisi delle caratteristiche aerodinamiche di vetture recenti e prototipi.
Tecnologie e soluzioni aerodinamiche per le vetture del prossimo futuro. Confronto tra veicoli in termini di “drag coefficient” e di “drag area”.