Wind tunnel testing of a Formula 1 car rear wing equipped with an active Drag Reduction System

In a context of confidentiality and limited availability of official data, as is typical of Formula 1, there is a strong interest in the study and publication of experimental results. The present study therefore aims to extensively characterize, through an experimental approach, the performance and wake phenomenology generated by the rear wing of a Formula 1 car equipped with a Drag Reduction System (DRS). An existing 1:2 scale model was refined and tested in the S. De Ponte Wind Tunnel at Politecnico di Milano for an extensive experimental measurement campaign. In the first phase, the focus was on the data obtained from an external six-component balance, from which the model’s polar curves were derived. In parallel, a modal analysis of the structure was carried out in order to isolate the component of the loads due to aerodynamics. Subsequently, by means of a Hall-effect sensor, the force transients associ- ated with variations in the flap position were analyzed in order to assess the steady-state condition of the aerodynamic phenomenon. In the second phase of the experimental campaign, the Particle Image Velocimetry (PIV) technique was applied in stereoscopic configuration, with a measurement plane positioned downstream of the model and perpendicular to the main flow direction. This allowed the evaluation of the out-of-plane velocity component and provided a detailed characteriza- tion of the flow interacting with the rear wing, as well as of the effects on the flow field resulting from the activation and deactivation of the DRS. Finally, in order to evaluate the performance data obtained, a Matlab® code was devel- oped. The effects of the movable flap were analyzed by integrating the experimental data with the numerical model, enabling both simulations of the longitudinal dynamics of a simplified vehicle and the prediction of the lap time gain for a reference circuit.

In un contesto di riservatezza e carenza di dati ufficiali, come è il caso della Formula 1, si sviluppa un grande interesse per lo studio e la pubblicazione di risultati sperimentali. Il seguente studio intende quindi caratterizzare in modo approfondito, con approccio sperimentale, le prestazioni e la fenomenologia della scia generata da un’ala posteriore di una vettura di Formula 1 dotata di Drag Reduction System (DRS). Un modello in scala 1:2 già esistente, è stato perfezionato ed utilizzato nella galleria del vento S. De Ponte del Politecnico di Milano per un un’estesa campagna di misure sperimentali. In una prima fase, ci si è focalizzati sui dati ottenuti con una bilancia esterna a sei componenti, dai quali sono state ricavate le curve polari del modello. Parallelamente, è stata condotta un’analisi modale della struttura, al fine di isolare la componente dei carichi dovuta all’aerodinamica. Sfruttando poi un sensore ad effetto Hall, sono stati analizzati i transitori delle forze al variare della posizione del flap mobile, così da valutare la stazionarietà del fenomeno aerodinamico. Nella seconda fase della campagna sperimentale, è stata applicata la tecnica di Particle Image Velocimetry (PIV) in configurazione stereoscopica, con un piano di misura a valle del modello, posizionato perpendicolarmente alla direzione principale del vento. Questo ha permesso di valutare anche la componente di velocità uscente dal piano e di ottenere una caratterizzazione dettagliata del flusso che interagisce con l’ala posteriore, nonché degli effetti sul campo di moto derivanti dall’attivazione e dalla disattivazione del DRS. Al fine di valutare i dati sulle performance ottenute, è stato infine sviluppato un codice su Matlab®. Gli effetti del flap mobile sono stati analizzati integrando i dati sperimentali con il modello numerico, consentendo sia simulazioni sulla dinamica longitudinale di una vettura semplificata, sia la stima del guadagno in termini cronometrici per un circuito di riferimento.