Progettazione e analisi aerodinamica di un'Ala Anteriore di Formula 1 2026

Questa tesi si propone di progettare e analizzare, mediante software CAD e simulazioni CFD bidimensionali nell'ambiente Ansys Fluent, un'ala anteriore di Formula 1 in conformità con i regolamenti tecnici FIA 2026 includendo, inoltre, un approfondimento dedicato ad una soluzione innovativa osservata sulla Ferrari SF-26. Dopo un'introduzione sui principali fenomeni aerodinamici tipici della Formula 1 come: deportanza, effetto suolo, principio di Bernoulli, effetto Coandă e separazione dello strato limite; l'analisi si concentra sul comportamento aerodinamico dell'ala anteriore in prossimità del suolo, discutendo la relazione tra altezza da terra e deportanza generata, il ruolo della transizione laminare-turbolenta, la dinamica dei vortici di bordo generati dai piani laterali, la loro rottura e la conseguente struttura della scia nei regimi pre- e post-separazione. Viene condotta una breve analisi del nuovo regolamento tecnico FIA 2026, con particolare attenzione ai vincoli geometrici imposti sull'ala anteriore e all'introduzione del nuovo sistema di aerodinamica attiva in sostituzione del DRS. Viene poi presentato il processo di progettazione del modello CAD, sviluppato in ambiente CATIA V5 e 3DEXPERIENCE, basato su una parametrizzazione del profilo alare a cinque gradi di libertà geometrici, che ha permesso di conciliare i vincoli regolamentari con le esigenze aerodinamiche nelle due configurazioni di aerodinamica attiva, Corner Mode e X-Mode, oltre alla progettazione dell'assieme endplate-footplate. Successivamente viene fornito un inquadramento teorico della fluidodinamica computazionale. Si pone maggiore attenzione al metodo ai volumi finiti, alla modellazione della turbolenza secondo l'approccio RANS, al modello di chiusura k-omega SST, alla discretizzazione del termine convettivo tramite schemi upwind, all'accoppiamento pressione-velocità mediante l'algoritmo SIMPLE e l'interpolazione di Rhie-Chow, richiamati poi nell'interpretazione dei risultati numerici. Il lavoro prosegue poi con un'analisi CFD 2D condotta su una sezione dell'ala anteriore, confrontando le due configurazioni operative. In Corner Mode il profilo multi-elemento genera un coefficiente di portanza di circa -2,10 con una resistenza estremamente contenuta, risultando in un'efficienza aerodinamica prossima a 66. La causa dominante nella riduzione della resistenza è individuata nella rienergizzazione dello strato limite operata dai getti ad alta velocità che attraversano gli interstizi tra gli elementi, mentre il contributo legato all'elevato numero di Reynolds risulta secondario. In configurazione X-Mode, con la conseguente riduzione dell'incidenza dei flap, si osserva una diminuzione di circa un terzo sia della portanza sia della resistenza, lasciando invariata l'efficienza bidimensionale. Questo risultato viene interpretato alla luce dell'assenza della resistenza indotta (il cui contributo tridimensionale è proporzionale al quadrato del coefficiente di portanza), rappresenta il reale beneficio energetico della modalità a basso carico nei rettilinei. Infine, l'ultimo capitolo affronta un caso di studio sull'ala posteriore denominata "Macarena", presentata dalla Ferrari sulla SF-26. La sua particolarità risiede nel flap superiore che ruota di circa 180° rispetto alla posizione di Corner Mode. Sei simulazioni CFD lungo l'arco di rotazione del flap rivelano un comportamento aerodinamico non monotono, con una fase intermedia di stallo e di elevata resistenza prima del raggiungimento della configurazione finale a basso carico. Un modello semplificato di tempo sul giro, alimentato da dati di telemetria reali, viene infine utilizzato per stimare il potenziale vantaggio prestazionale di questa soluzione rispetto a un DRS convenzionale.