Storia no image

Published on marzo 18th, 2013 | by Massimo Campi

0

Dopo l’acciaio, l’era del carbonio

mc laren mp4-1

mp4-1-2 Nel 1981, il 18 luglio, per l’esattezza, John Watson vince il G.P. di Inghilterra con la Mc Laren Mp4/1 progettata da John Barnard, la prima vettura realizzata con una monoscocca in fibra di carbonio, ed apre un’epoca che dura tuttora, una vera rivoluzione tecnologica, più duratura di molte altre come le wing car o la sovralimentazione. Con l’avvento del carbonio si è cambiato modo di costruire le vetture, sono aumentate le prestazioni, in virtù di una maggiore rigidezza torsionale e di un elevato grado di sicurezza in caso di urto. Alcuni drammatici incidenti, ad esempio quello che è costato la vita a Gilles Villeneuve, con una monoposto realizzata in carbonio avrebbe avuto ben altro esito per il pilota. Lo testimoniano alcuni incidenti degli ultimi anni, risolti con molta paura, magari qualche brutta botta, ma senza la perdita del pilota, con prestazioni delle monoposto ben più elevate rispetto agli anni settanta e ottanta. La validità della fibra di carbonio è innegabile nello sport dell’automobile, soprattutto in termini di sicurezza, leggerezza e rigidità torsionale. Oggi il carbonio è diventato molto popolare e gli usi si sono moltiplicati. Dopo le scocche, le carrozzerie e parti accessorie come alettoni, appendici aerodinamiche, prese d’aria, si passati all’utilizzo su altre parti strutturali. I freni al carbonio sono nati ancor prima delle scocche, ma il loro vero sviluppo risale al 1982, sempre con Mc Laren e Renault, in seguito il carbonio è stato utilizzato per i bracci e gli attacchi delle sospensioni, e le moderne F.1 sarebbero ormai impensabili senza questa fibra nera, leggera e resistente.

1_ph_campi_b_03811_ph_campi_b_004

La rivoluzione del carbonio

L’utilizzo delle fibre di carbonio risale al dopoguerra nel campo dell’industria aerospaziale. Nell’automobilismo da corsa fanno la loro comparsa a metà degli anni settanta, per la costruzione di parti della carrozzeria o degli alettoni, come sulla Lola Embassy di Graham Hill, ma nessuno, fino ad allora, aveva ancora pensato di impiegarla per la costruzione del telaio.

Correva l’anno 1981 e per la Mc Laren c’era appena stata una svolta epocale, con la fusione tra la vecchia Mc Laren Cars di Teddy Meyer ed il Team Project Four di F.2 capitanato da Ron Dennis, che in breve tempo diventerà il padrone assoluto della Mc Laren. Nella nuova sede di Woking viene chiamato un progettista, John Barnard, che all’attivo ha una precedente esperienza nel team Mc Laren, nell’era Meyer, poi è emigrato in America nel team Chaparral. Nel 1979 è ritornato in Europa andando al Team Rebaque, che però ha chiuso i battenti, e così torna in Mc Laren nella nuova struttura di Ron Dennis. L’incarico affidato a Barnard è quello di progettare una nuova vettura ad effetto suolo, siamo ancora in piena epoca “wing car”, e per avere elevati valori  di deportanza occorre fare una scocca piuttosto stretta. Ma una scocca stretta presenta valori di rigidità piuttosto bassi ed occorreva trovare delle soluzioni alternative per avere la massima resistenza alla torsione. “Mister lampadina” (Barnard in gioventù ha lavorato anche in una fabbrica di lampadine) entra in contatto con tecnici della British Aerospace, che usano abitualmente la fibra di carbonio nel campo dell’aeronautica, nasce così l’idea di fare una scocca con questo materiale che viene realizzata dalla Hercules a Salt Lake City, con cui la Mc Laren ha stretto una collaborazione, e viene pronta alla fine del 1980. Nel 1981 i piloti della Mc Laren sono John Watson ed il giovane Andrea De Cesaris, che iniziano la stagione con le vecchie M29F-Ford, per poi passare alla nuova Mp4/1 motorizzata con il V8 Cosworth, che debutta con l’irlandese in Argentina. In Spagna Watson sale sul terzo gradino del podio, a Digione è secondo, dietro la Renault Turbo di Prost, ed a Silverstone arriva la prima storica vittoria, facilitata anche dal ritiro della Renault di Prost e della Brabham di Piquet. A Monza Watson subisce un pericoloso incidente, la Mp4 sbatte violentemente contro le barriere, tanto che si spezza la scatola del cambio e l’olio finito sugli scarichi incandescenti prende fuoco. Watson, incredulo esce dalla monoposto senza un graffio, la scocca, nonostante i forti urti, risulta completamente integra. Solo allora tutti capirono i pregi della fibra di carbonio anche in materia di sicurezza.

ph campi_GPitalia012_G_b00206_ph_campi_b_112

Anche Colin Chapman, contemporaneamente a Barnard, arriva all’utilizzo della fibra di carbonio con la Lotus 88, presentata alla stampa solo una settimana dopo la Mc Laren Mp4/1. Ma la 88 è stata una delle più geniali e controverse idee di Colin Chapman, bocciata sul nascere. Nel 1981 vengono di fatto abolite le “wing car”, giudicate troppo pericolose, con l’introduzione di una altezza minima dal suolo di 60 millimetri delle bandelle laterali per impedire la sigillatura dei condotti venturi. Chapman per aggirare l’ostacolo progetta la Lotus 88, che ha due telai: uno tradizionale che tiene assieme gli organi meccanici della vettura ed è dotato di normali sospensioni, il secondo è in pratica una culla che sostiene la carrozzeria ed ha un sistema di molleggio indipendente che permette alle pareti laterali di scendere con l’aumentare della velocità, generando un sigillo completo e costante al suolo. Il telaio portante è in fibra di carbonio, Chapman lo ha fatto realizzare presso il suo cantiere navale, ma la scocca della Lotus, a differenza di quella della Mc Laren, era molto simile a quelle esistenti in honeycomb, cioè con una struttura piuttosto squadrata, e non modellata come la realizzazione di Barnard. La Lotus 88 è presentata a Long Beach ma la commissione tecnica si riunisce, boccia la vettura inglese giudicandola irregolare e non permettendo a Chapman di schierarla al via nei Gran Premi.

Il tipo di fibra di carbonio usato da John Barnard era principalmente unidirezionale. All’inizio l’impiego del carbonio era misto con il kevlar, in seguito si è passati all’utilizzo integrale della fibra di carbonio. La scocca della Mc Laren Mp4/1 aveva inizialmente una rigidità torsionale di oltre 1.400 kg/m, ma era più stretta delle altre vetture concorrenti e pesava solamente 30 Kg.

I materiali compositi possono essere di diverso genere, come il kevlar e la fibra di carbonio. Ai costruttori arrivano sotto forma di fogli impregnati con diversi tipi di resine (epossidiche, fenoliche, poliestere). Il carbonio ha una alta resistenza con carichi di rottura molto elevati. Il diametro della fibra può arrivare anche a centesimi di millimetro con un peso specifico molto leggero. Le fibre di carbonio sono di vari tipi, ma nel campo della formula uno si usano generalmente quelle unidirezionali ad alta resistenza. I telaio vengono realizzati con questo tipo di fibre, intrecciandole a seconda dei casi e delle esigenze strutturali dei singoli punti.

Per realizzare una scocca in carbonio occorrono diversi giorni. Innanzitutto occorre uno stampo, maschio a femmina su cui vengono applicati diversi strati di fibre interposti da vari inserti o strutture a nido d’ape. Ogni fase di incollaggio necessita di una cottura in autoclave che è uno speciale forno in cui viene posizionata la scocca dove viene cotta con temperature che possono arrivare fino a 200°C a pressione di 8-10 bar. Infine i semigusci vengono uniti, con la ripresa i materiale sulle giunzioni e successivo passaggio in autoclave. Infine con una macchina utensile ad alta precisione vengono realizzati gli attacchi per le sospensioni, il motore e tutti gli organi meccanici.

La tecnologia creata da John Barnard con le varie Mc Laren Mp4 e le successive Ferrari 639, prevedeva l’utilizzo di uno stampo maschio, in pratica l’interno della scocca su cui venivano incollate i vari strati di fibra di carbonio. Lo stampo era di alluminio, smontabile dopo la cottura in autoclave. Questa soluzione permetteva di avere una scocca interna su cui poi veniva posizionata la carrozzeria che poteva essere ampiamente modificata a seconda delle esigenze aerodinamiche senza dovere riprogettare l’intera struttura. In seguito si è percorsa l’attuale soluzione dello stampo femmina. In pratica le scocca è realizzata in due semigusci, successivamente uniti ed esce già con la forma esterna definitiva. Questa soluzione non ha bisogno di una successiva carrozzeria, ma è la stessa scocca a fungere da carrozzeria con un relativo risparmio di peso e di dimensioni della monoposto nella parte centrale.

Gerard Ducarouge, nel 1982, è uno dei primi dopo Barnard ad utilizzare la fibra di carbonio per la realizzazione dell’Alfa Romeo 182, ma è anche il primo che utilizza uno stampo femmina per la scocca che viene realizzata dalla inglese Advance Composites. Il risparmio della carrozzeria e la leggerezza della scocca fa sì che la vettura è di 40 Kg sottopeso, un valore notevole per le monoposto dell’epoca.

L’utilizzo del carbonio porta ad una vera rivoluzione nel campo della progettazione telaistica, ma non tutti sono preparati e possiedono i sistemi di calcolo di Barnard, per cui alcuni, tra cui anche Ferrari e Williams, inizialmente realizzano una scocca mista, con la parte inferiore in alluminio ed il top in carbonio.

Solo con l’arrivo di Barnard in Ferrari nel 1989, la fabbrica di Maranello passa alla costruzione di una vera struttura monolitica, anche se la tecnologia dell’inglese impone uno stampo maschio, per poter intervenire più liberamente sulle forme della carrozzeria. Attualmente tutti i team utilizzano la tecnologia di fabbricazione con i maschi femmina, e le centine vengono direttamente incorporate tra le pelli della scocca e non più incollate come un tempo. La costruzione delle scocche è molto influenzata dalle prove di resistenza introdotte dalla Fia in materia di sicurezza. Le monoposto devono superare i crash test prima dell’inizio del campionato, che nel caso della struttura del roll bar prevedono un carico di ben 12 tonnellate. Le moderne scocche, per superare questi test, devono avere una rigidezza torsionale con valori di oltre 3.500 kg/m.

La costruzione dei telai in carbonio prende spazio anche in altre categorie, tra cui le vetture sport a ruote coperte. Tra i primi ad introdurre la tecnologia del materiale composito c’è Tony Southgate a cui viene affidata, dalla TWR di Tom Walkinshaw, la progettazione delle Jaguar a metà degli anni ottanta. Il progetto di Southgate è decisamente innovativo e presenta un telaio completamente monoscocca in fibra di carbonio e kevlar con un motore 12 cilindri a V di 7 litri di cilindrata aspirato derivato da quello montato sulle vetture di serie. Nel 1986 arrivano le prime affermazioni, nel 1987 la TWR-Jaguar vince il mondiale con la Xjr-8 e nel 1988 la prima vettura con un telaio in carbonio vince la 24 ore di Le Mans. E’ la Xjr-9LM di Johnny Dumpries, Andy Wallace e Jan Lammer.

49_ph_campi_b_128

Telai e tanti usi

Pensare una vettura di F.1 odierna senza l’utilizzo di questa fibra nera, leggera e resistente è quasi impossibile. La maggioranza delle parti che compongono una moderna monoposto è realizzata in carbonio, dopo essere stato impiegato per le carrozzerie, le appendici aerodinamiche, i telai, si è passati ai freni in carbonio, a parti accessorie del motore ed anche alla costruzione della scatola del cambio. L’uso del carbonio per i dischi dei freni è merito di Gordon Murray, che li sperimentò brevemente sulla Brabham BT46 del 1976. I freni erano praticamente quelli adottati dal Concorde, realizzati dalla Dunlop, ma l’esperimento non ebbe un immediato seguito. Solo nel 1982 si ha l’ingresso stabile dei dischi in carbonio sulle monoposto, introdotte dalla Mc Laren e dalla Renault. Inizialmente i dischi erano semplici, non ventilati, con un processo di fabbricazione piuttosto complesso che durava anche otto mesi. L’uso dei freni in carbonio inizialmente viene alternato con quelli classici in ghisa, preferiti dai piloti in condizioni di pioggia o tempo incerto, il carbonio è ancora incostante nell’utilizzo e non sempre riesce a raggiungere la temperatura ottimale. La stagione successiva vengono introdotti, sempre da John Barnard, i primi dischi in carbonio autoventilanti, ed è Niki Lauda a vincere il la prima gara con questo tipo di freni. E’ il G.P del Sudafica, a Kyalami, il 7 aprile del 1984. Il campione austriaco è al volante della Mc Laren Mp4/2 Tag Porsche ed a fine anno vincerà il suo terzo titolo battendo per mezzo punto il compagno di squadra Alain Prost.

ph campi_GPitalia012b_G0136

E’ sempre merito di John Barnard l’introduzione del carbonio per la costruzione della scatola del cambio, con la Ferrari F310 del 1996, la prima monoposto dell’era Schumacher. Il progettista inglese, ritornato in Ferrari, realizza il cambio in carbonio e titanio, ma la nuova soluzione presenta degli inconvenienti, con alcuni ritiri causati proprio da questo particolare. Il carbonio viene anche impiegato nella costruzione dei bracci delle sospensioni, e negli ultimi anni anche per gli attacchi dei bracci alla carrozzeria, con delle speciali piastrine al posto dei tradizionali uniball.

Dagli anni ottanta il carbonio è diventato sempre più popolare, il suo utilizzo si è esteso anche alle categorie minori, alle vetture a ruote coperte, ed anche alle formule addestrative come la Formula Renault. Anche alcune vetture granturismo hanno fatto largo uso di strutture in carbonio, come la Bugatti EB110 degli anni ’90 o la Mc Laren F1 GTR progettata da Gordon Murray, una delle supercar che ha fatto scuola e rappresenta ancora un metro di paragone per tutte le vetture ad altissime prestazioni.

 

 

Print Friendly, PDF & Email

Tags: , , ,


About the Author

Massimo Campi

Perito meccanico, fotografo, giornalista, da oltre 35 anni nel mondo del motorsport. Collaborazioni con diverse testate e siti giornalistici del settore.



Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

10 − 4 =

Back to Top ↑
  • MOTOREMOTION LIVE NEWS