Galleria del vento e auto da rally: una vecchia storia

Sebbene la prima galleria del vento conosciuta sia datata 1871, la storia delle gallerie del vento e dei rally inizia già nel 1911. Quell’anno, il comune di Parigi costringe il signor Gustave Eiffel a spostare la galleria del vento che aveva costruito ai piedi della sua famosa Torre. Inizia, quindi, la costruzione del Laboratoire Aérodynamique Eiffel, situato nel distretto di Auteuil, con una nuova galleria del vento ancora in funzione nel Terzo Millennio. Solo due anni dopo, Peugeot inviò lì il suo primo modellino in scala di un’auto per una valutazione aerodinamica. 

Le gallerie del vento hanno fatto la loro comparsa nella storia del Mondiale Rally dal momento in cui gli ingegneri a capo dei team ufficiali legati a vari Costruttori si sono resi conto che anche l’aerodinamica poteva svolgere un ruolo importante nei rally. Il ruolo delle gallerie del vento nella storia del Mondiale WRC (fino al 2016) proviamo a capirlo in questo post. Il ruolo che hanno svolto, invece, nell’attuale generazione di auto WRC (dal 2017 in poi) lo evitiamo, perché ne abbiamo parlato nella presentazione delle singole vetture.

Una galleria del vento è una struttura dove il vento, solitamente prodotto dai ventilatori, viene utilizzato per studiare e misurare l’azione del flusso d’aria attorno a un oggetto solido (un’auto da rally nel nostro caso). Le gallerie del vento sono lo strumento migliore che abbiamo per ottimizzare le prestazioni aerodinamiche dei veicoli. Gli aggiornamenti aerodinamici hanno sempre gli stessi obiettivi: carico aerodinamico, bilanciamento anteriore e posteriore e raffreddamento al minimo costo di resistenza.

Sebbene la prima galleria del vento conosciuta sia datata 1871, la storia delle gallerie del vento e dei rally inizia già nel 1911. Quell’anno, il comune di Parigi costringe il signor Gustave Eiffel a spostare la galleria del vento che aveva costruito ai piedi della sua famosa Torre. Inizia, quindi, la costruzione del Laboratoire Aérodynamique Eiffel, situato nel distretto di Auteuil, con una nuova galleria del vento (soufflerie in francese) ancora in funzione nel Terzo Millennio. Solo due anni dopo, Peugeot inviò lì il suo primo modellino in scala di un’auto per una valutazione aerodinamica. Molti anni dopo, Peugeot ripeté la stessa operazione, per lo sviluppo di uno dei suoi modelli di auto da rally di maggior successo, la 206 WRC. Il risultato fu così ottimale che lo fecero di nuovo nel 2003, questa volta per il design della 307 WRC.

Entrambe le vetture sono state valutate nelle gallerie del vento utilizzando modelli in scala, che solitamente vengono utilizzati nelle prime fasi dello sviluppo dell’auto. Sono facili da modificare, con l’argilla in passato, o con plastica e parti metalliche sottili nel presente. E possono essere testati in strutture più piccole (ed economiche), normalmente più disponibili delle gallerie del vento a grandezza naturale.La velocità dell’aria è limitata in questo tipo di gallerie del vento, poiché difficilmente si possono raggiungere velocità superiori a 30 m/s (108 km/h).

Peugeot ha utilizzato anche la galleria del vento Max Sardou (Saint-Soupplets, vicino a Parigi) per lo sviluppo della 206 WRC, un’altra struttura per la valutazione di modelli in scala. Per la valutazione dei modelli full-size , la casa francese si è avvalsa di alcune delle ottime strutture disponibili in Francia, come la galleria del vento S4 dell’Institut Aérotechnique (IAT) situata a Saint-Cyr-l’École, vicino a Versailles. Lì hanno sviluppato l’aerodinamica della  205 Turbo 16 nel 1984. Altre auto da rally, come la Seat Córdoba WRC, sono state sviluppate in questa galleria del vento ( túnel de viento in spagnolo).

La società sorella di Peugeot all’interno del gruppo PSA, Citroën, era anche cliente abituale del Laboratoire Aérodynamique Eiffel. Lì sono stati valutati modelli in scala di alcune delle auto da rally Citroën di maggior successo, dalla Xsara WRC (2001) alla C4 WRC (2006) o alla DS3 WRC (2010). Anche con un modello in scala, l’uso della tecnica di visualizzazione del fumo consente agli ingegneri di controllare il flusso intorno all’auto in aree specifiche, per convalidare il design aerodinamico dell’auto da rally.

La galleria del vento a grandezza naturale di S2A (Souffleries Aéroacustiques Automobiles, un consorzio tra PSA e Renault) situata anche molto vicino a Versailles, a Montigny-le-Bretonneux, è stata una delle strutture utilizzate da Citroen per la valutazione aerodinamica dei modelli in scala reale, come ad esempio la C4 WRC nel 2006. L’uso di auto di dimensioni reali presenta alcuni vantaggi rispetto ai modelli in scala: è possibile riprodurre le condizioni reali, soprattutto in termini di velocità del vento. Ma sono più costosi e sono disponibili poche strutture.

Italia

Lo sviluppo di auto da rally a grandezza naturale è alla base del successo delle Fiat e Lancia negli anni ’70 e ’80. E la maggior parte di questi sviluppi ha avuto luogo in tre strutture, tutte dislocate intorno a Torino.

La Galleria del vento Pininfarina, situata a Grugliasco, ha iniziato ad operare nel 1972, come prima galleria del vento con la possibilità di provare vetture full-size in Italia, ma anche una delle prime al mondo a quel momento. In questa struttura ha avuto luogo lo sviluppo aerodinamico della Lancia Stratos e della Lancia Rally 037, tra le altre.

I pezzi di tessuto che vedevano attaccati alle vetture nelle gallerie del vento sono uno dei metodi di visualizzazione più semplici utilizzati. Si chiama tecnica Tuft. Consente agli ingegneri di valutare il percorso che l’aria segue sull’auto, in modo da poter verificare se corrisponde a ciò che avevano immaginato durante la fase di progettazione.

Tramite le gallerie del vento si possono studiare i risultati relativi al coefficiente di resistenza aerodinamica (Cx) e ai coefficienti di portanza dell’asse anteriore e posteriore (Cza e Czp, che si ottengono dopo aver misurato le forze di resistenza e portanza nella galleria del vento). Le forze di sollevamento vengono misurate mediante celle di carico, che sono collegate ai sensori sotto le ruote.

La galleria del vento Pininfarina è ancora in uso: uno degli ultimi modelli valutati nel 2020 è stata la Hyundai i20 Coupé WRC, dove gli ingegneri Hyundai hanno avuto la possibilità di testare tutte le modifiche introdotte nell’auto nell’ultimo anno.

Una seconda galleria del vento in Italia è stata alla base del successo delle auto da rally italiane negli anni ’80. Fu la galleria del vento Fiat situata ad Orbassano, dove si sviluppò l’aerodinamica di modelli come la Lancia Delta S4, l’ECV (prototipo del Gruppo S) o la Lancia Delta HF .

Oltre all’aerodinamica esterna, le gallerie del vento sono anche molto utili nello sviluppo dei flussi interni di raffreddamento. A tale scopo Fiat e Lancia hanno utilizzato la galleria del vento climatica dell’Industria Piemontese Radiatori per Automobili (IPRA) situata a Pianezza, sempre nei pressi di Torino. Il vantaggio di questa struttura era il fatto che permetteva di lavorare a diverse temperature dell’aria.

Germania

Ferdinand Piëch ha sempre mostrato grande fiducia nell’aerodinamica, ritenendolo uno degli strumenti chiave per vincere le gare. Per prima cosa ha usato la galleria del vento (windkanalin in tedesco) per il miglioramento del design aerodinamico delle vetture Porsche che gareggiavano a Le Mans già nel 1966. Il risultato fu che la Porsche 906 vinse quell’anno la categoria Prototipi 2 litri e finì al 4°, 5° e 6° posto nella classifica assoluta finale.

Quando è stato chiaro che il suo progetto di maggior successo di sempre, la Porsche 911 aveva la tendenza a sollevare l’avantreno ad alta velocità, la soluzione era ovvia. Il suo team di ingegneri, guidato da Tilman Brodbeck, sviluppò una serie di esperimenti nella galleria del vento dell’Università di Stoccarda per confermare come l’aria stesse sollevando l’estremità anteriore della 911. Per risolverlo, progettarono un labbro (da allora noto come ducktail) e ottennero una riduzione del 50% del problema. Il carico veniva misurato su ciascun asse in quegli anni, impiegando supporti sospesi per ogni asse, collegati a celle di carico.

Ferdinand Piech non è stato solo un pioniere nell’uso delle gallerie del vento per le auto sportive. È stato anche uno dei primi a considerare fondamentale mantenere la segretezza nei test in galleria del vento. Un ottimo esempio è stato il processo di progettazione dell’Audi 100. Il suo concetto di carrozzeria aerodinamica è emerso da non meno di cinque gallerie del vento, ciascuna contratta per lavorare su una sezione separata dell’auto, mentre nessuno poteva vedere l’auto nella sua totalità. Tale segretezza è la ragione per cui era (ed è tuttora) così difficile trovare immagini di prove di auto da rally nelle gallerie del vento, soprattutto da Costruttori tedeschi o giapponesi.

La galleria del vento Audi di Ingolstadt ha visto lo sviluppo aerodinamico dei diversi modelli Audi Quattro, così come di altri modelli di auto da rally del gruppo VAG, come la Skoda Fabia WRC. Ma nessuna immagine è stata trovata di questi test.

Inoltre, non sembrano esserci immagini dei test in galleria del vento della VW Polo WRC. Lo sviluppo iniziale è stato effettuato nel 2012 presso la galleria del vento disponibile presso gli stabilimenti Volkswagen a Wolfsburg. A causa della mancanza di terreno mobile, la maggior parte dei test sono stati portati avanti nella galleria del vento dell’Istituto di ricerca per i sistemi automobilistici e i motori dei veicoli (FKFS) dell’Università di Stoccarda. Questa era una delle poche strutture a grandezza naturale con terreno mobile disponibile in quel periodo in Europa ed era utilizzata occasionalmente anche da Škoda Motorsport.

Sfortunatamente per Volkswagen Motorsport, il terreno mobile è stato incorporato nella galleria del vento della VW Wolfsburg nel 2017, troppo tardi per il team, poiché allora si era già ritirata dalle competizioni WRC.

Allo stesso modo, non ci sono immagini disponibili dai test nella galleria del vento delle auto da rally Ford, che sono stati costantemente sviluppati nella galleria del vento Climatic disponibile presso il sito di progettazione Ford Merkenich a Colonia. La progettazione e lo sviluppo di modelli Ford come la Ford RS 200, la Sierra Cosworth RS, la Escort Cosworth RS, la Focus WRC o la Fiesta WRC hanno avuto luogo lì.

Giappone

I Costruttori giapponesi, come Mitsubishi e Subaru, hanno sviluppato l’aerodinamica della maggior parte dei loro modelli da rally di successo nelle proprie gallerie del vento (風洞 in giapponese). Ma, poiché tutti facevano affidamento su strutture europee per la gestione dei loro programmi WRC, molto spesso il perfezionamento o l’ulteriore sviluppo avveniva in strutture europee, per lo più situate nel Regno Unito, come vedremo più avanti.

Mitsubishi ha realizzato il design aerodinamico dei diversi modelli Lancer Evo Group A nella galleria del vento all’interno del quartier generale delle Mitsubishi Heavy Industries situato a Hyogo-ku, vicino a Kobe.

Allo stesso modo, il design aerodinamico e lo sviluppo della maggior parte dei diversi modelli Subaru Impreza WRC sono stati intrapresi dal team di progettazione Fuji Heavy Industries (FHI) nella propria galleria del vento, disponibile all’interno della sede centrale di FHI a Gunma.

Le attività di Toyota Motorsport nei rally sono state gestite dall’Europa sin dalla creazione, negli anni ’70, del Toyota Team Europe. Quindi, non sorprende che Toyota abbia svolto la maggior parte del lavoro di sviluppo aerodinamico nelle gallerie del vento europee. In effetti, Toyota possiede due gallerie del vento in scala del 50% nella sua sede europea a Colonia. Ma, per la valutazione dei modelli in scala reale, hanno utilizzato altre strutture. Questo è stato il caso dello sviluppo aerodinamico della Corolla WRC, che è stato svolto presso le strutture  della German-Dutch Wind Tunnels Foundation ( DNW ) con sede a Marknesse (Paesi Bassi).

Regno Unito

Come, spiegato, e a causa della pratica comune dei team di rally privati (Ralliart, Prodrive, M-Sport o Tommi Mäkinen) che gestiscono le attività rally dei grandi Costruttori (Mitsubishi, Subaru, Ford o ultimamente Toyota), è anche consuetudine che i team utilizzino gallerie del vento in Europa, perché più vicine durante lo sviluppo di nuove evoluzioni di auto. Nel caso di Ralliart, oltre alla galleria del vento Mitsubishi in Giappone, hanno utilizzato altre strutture per lo sviluppo dei diversi Lancer Evo Gruppo A: la galleria del vento S10 presso lo IAT di Saint-Cyr-l’École o la galleria del vento della British Motor Industry Research Association (meglio conosciuta come MIRA) con sede a Nuneaton, Warwickshire). Tuttavia, per la Lancer WRC04 , il team ha chiesto aiuto a Lola, non solo per il loro modellino in scala nella galleria del vento , situata nel Cambridgeshire ma anche per le capacità di progettazione aerodinamica del team Lola, che ha sviluppato l’esclusivo pacchetto aerodinamico di questo modello.

Subaru (Prodrive) Ford e Austin hanno anche utilizzato le strutture MIRA durante il lavoro di sviluppo aerodinamico di alcuni dei loro modelli che hanno corso nel Mondiale Rally: l’Impreza WRC nel caso del Prodrive (che è stato realizzato sotto la guida di Peter Stevens), la Ford RS 200 o la Sierra Cosworth RS nel caso di Ford e la MG Metro 6R4 sviluppata da Austin-Rover Group Aerodynamics con il supporto del Williams F1 Team, nel caso di Austin.

Corea del Sud

Da quando Hyundai è entrata ufficialmente a far parte del Mondiale WRC nel 2014, lo sviluppo aerodinamico dei diversi modelli i20 WRC è stato sempre svolto dal team di sviluppo aerodinamico di Hyundai nella Hyundai Aero-acoustic Wind Tunnel (HAWT) disponibile presso il Distretto B di Namyang Centro di ricerca e sviluppo (a sud-ovest di Seoul).

La galleria del vento di Hyundai (풍동 in coreano), come la maggior parte delle gallerie del vento a grandezza naturale, è una galleria del vento a circuito chiuso (Göttingen). È una struttura ideale per le auto WRC, poiché possono essere generati venti fino a 200 km/h. Con un costo di 45 milioni di dollari, è stato costruito da Aiolos, uno dei maggiori fornitori di gallerie del vento al mondo.

L’aumento della capacità e della potenza degli strumenti di simulazione numerica (CFD) ha consentito ad alcuni produttori, negli ultimi anni, di progettare i propri modelli di auto da rally senza alcun supporto in galleria del vento. Una delle prime auto da rally progettate esclusivamente da CFD è stata l’ultima evoluzione della Subaru Impreza, la S14 WRC’08 che ha preso parte al Campionato WRC nel 2008.

L’uso di soli strumenti basati su CFD si è dimostrato efficiente, ma i risultati numerici richiedono sempre di essere convalidati con esperimenti, quindi con test. Così ha fatto Subaru (Prodrive) mesi dopo che l’auto è apparsa nel WRC, inviando l’auto nella galleria del vento per convalidare il progetto. È la prova che le gallerie del vento svolgono ancora (e continueranno a svolgere sempre) un ruolo chiave anche nello sviluppo aerodinamico delle auto da rally.