Honda, focus tecnico sull’utilizzo del compressore assiale

La Honda utilizza un compressore assiale sulla propria power unit? L’indiscrezione, per noi di BlogF1.it, potrebbe non essere del tutto veritiera e vi sveliamo il perché.

Alonso McLaren Bahrain 2015

Uno degli argomenti di discussione più in voga in questo Campionato 2015 di Formula 1 è quello di capire quali siano le soluzioni estreme ed eventualmente rivoluzionarie su cui la Honda abbia basato il progetto della sua Power Unit. Oramai, infatti, l’approccio giapponese è chiaro e può essere così sintetizzato: “abbiamo progettato un motore fantastico, con soluzioni innovative che ci porteranno un grosso vantaggio APPENA riusciremo a calibrarle al meglio”, suscitando la curiosità di tecnici, opinionisti e fan su quali possano essere queste scelte tecniche.

Negli ultimi giorni sta rimbalzando da più parti l’indiscrezione che il turbocompressore della Power Unit Honda preveda un compressore assiale, in luogo del classico compressore radiale centrifugo utilizzato dagli altri motoristi ed in tutto il mondo automotive. A rilanciarla ci sono stati anche i colleghi di Autosport con le loro autorevoli voci tecniche, quindi l’idea è da considerare. Facciamone un’analisi dal punto di vista teorico ed ingegneristico per capire quanto possa essere plausibile.

Dal punto di vista costruttivo, come è intuibile dalla denominazione, il compressore assiale prevede un flusso che entra nella turbomacchina in direzione assiale e ne esce compresso secondo la stessa direzione; invece, il compressore radiale centrifugo vede l’aria entrare dal centro della girante ed essere “sparata fuori” da essa radialmente.

Detto questo, ciò che differenzia maggiormente le due tipologie è che un compressore assiale, per garantire un rapporto di compressione di 2 bar (circa il valore riscontrato in F1), richiede una configurazione multi-stadio, ovvero con più compressori assiali in serie. Ciò è dovuto prettamente a motivi di fluidodinamica interna del compressore ed alla tipologia dello scambio di lavoro con le pale; in effetti il compressore assiale è capace di comprimere grosse portate d’aria con un ottimo rendimento, ma di fornire loro solo piccoli delta di lavoro meccanico, cosa che quindi limita la sovrappressione ottenuta. L’inverso accade con un compressore centrifugo, capace cioè di fornire alti rapporti di compressione ma a portate ridotte.

assiale-schema

Se la configurazione multistadio è accettabile nel campo delle grosse turbine a gas per produzione elettrica oppure nei motori aeronautici, nel campo automotive ciò non è pensabile, anche perché a parità di sovrappressione garantita, il compressore assiale risulta più pesante, meccanicamente più sollecitato (quindi meno affidabile) e più costoso di un corrispondente compressore centrifugo. Quel che se ne guadagnerebbe, sfruttando un compressore assiale, è la sua ridotta inerzia di rotazione dovuta alle più contenute dimensioni radiali della girante, il che permetterebbe al compressore stesso di rispondere meglio e prima ad un aumento del carico del motore: in parole povere si riduce il turbo lag e si ottiene una più incisiva risposta al transitorio di accelerazione del motore, eliminando il più fastidioso difetto del turbocompressore.

Ovviamente la Formula 1, al di là degli intenti di chi la governa, non ha assolutamente problemi con gli alti costi delle componenti estreme, pertanto potrebbe presentarsi un motorista che decida di puntare sui benefici di un compressore assiale, sostenendone i costi. Cosa lo ferma? Il regolamento:
“5.1.6 Pressure charging may only be effected by the use of a sole single stage compressor linked to a sole single stage exhaust turbine by a shaft assembly parallel to the engine crankshaft…”
Che, tradotto, il punto 5.1.6 ci dice che sia il compressore che la turbina debbano essere monostadio. Ciò, di fatto (anche se indirettamente), impedisce l’utilizzo di un compressore assiale ad Honda ed a tutti gli altri motoristi del Campionato di Formula 1. Dal punto di vista regolamentare, invece, non è ancora chiaro se un compressore del tipo Honeywell “dual sided”, cioè con due giranti di compressore in configurazione spalla-a-spalla (sulla sinistra, immagine seguente), sia o no da considerare come multi-stadio.

C’è però un’altra possibilità, remota (ed ora vedremo perché) ma da considerare. Quando si parla del valore limite del rapporto di compressione che un compressore assiale può dare, ci si sta riferendo al caso più comune e tecnologicamente più maturo, ovvero ai compressori subsonici. Ciò vuol dire che il flusso d’aria elaborato nel compressore avrà una velocità inferiore a quella critica, ovvero inferiore alla velocità del suono a quelle condizioni di temperatura, e quindi un numero di Mach minore di 1. Ma non esiste solo questo caso: si sono infatti studiate altre tipologie di compressore, in cui viene forzata la quota di lavoro meccanico trasferita al fluido, aumentandola, e comportando di conseguenza una velocità del flusso più elevata. Si hanno quindi i compressori transonici (ovvero col numero di Mach nel range tra 0,9 e 1,1 Mach), che sono studiati da più tempo e stanno entrando in commercio in alcune applicazioni particolari, ed anche i compressori supersonici (con numero di Mach ben superiore ad 1), che sono attualmente studiati nel campo della ricerca.

Queste configurazioni più spinte permettono i seguenti rapporti di compressione (per singolo stadio):
– Compressore subsonico commerciale: 1.05–1.2
– Compressore transonico aeronautico: 1.15–1.6
– Compressore supersonico (prototipi da ricerca): 1.8–2.2

Come vediamo, un compressore supersonico può effettivamente fornire, in un unico stadio, il grado di sovralimentazione che serve in una applicazione come quella della Formula 1 e, quindi, Honda avrebbe potuto optare per una soluzione del genere. Una curiosità da notare sui compressori supersonici è che, a causa del superamento della velocità del suono all’interno della schiera di pale, si ha la formazione di onde d’urto; nel caso specifico si tratta di onde d’urto oblique, sfruttate dai progettisti per aumentare la pressione del fluido evolvente (ma che contemporaneamente adducono tanti problemi perché sono un fenomeno instabile e poco prevedibile).

C’è comunque da notare che la complessità progettuale e soprattutto costruttiva (ergo costi elevatissimi) di componenti del genere sarebbe enorme, tanto probabilmente da impedirne una efficace applicazione. Un altro limite è quello delle condizioni estremamente variabili di portata che un compressore facente parte di un gruppo turbocompressore si trova ad affrontare: la portata d’aria in ingresso al motore, alle varie percentuali di carico ed ai diversi regimi di rotazione del motore, varia moltissimo il suo valore (anche di 80 volte) ed i compressori assiali lavorano in maniera accettabile solo in un ristretto campo di portate, del tutto incompatibile quindi con le condizioni di un motore a combustione interna.

L’ultima ipotesi tecnica da analizzare è il compressore in configurazione “mixed flow”: in sostanza si tratta di una via di mezzo tra la configurazione radiale e quella assiale, un compromesso tecnico che prova a prendere quanto di positivo c’è da entrambe le soluzioni. In questo caso ci sarebbe la possibilità di lavorare in un range più esteso di portate d’aria e quella di garantire sufficienti incrementi di pressione per singolo stadio (pregi del compressore centrifugo), il tutto con una macchina dalla dimensione radiale più contenuta rispetto al compressore centrifugo in modo da minimizzare l’inerzia rotazionale e di conseguenza il turbo lag (pregio del compressore assiale). Sembra una soluzione ideale ma non priva di problemi in quanto è una scelta tecnica abbastanza “nuova” e pertanto richiede di affrontare alcuni problemi progettuali inediti.

Per tutto quanto è stato detto, l’indiscrezione sul compressore assiale di Honda sembra da lasciar cadere perché poco plausibile, mentre qualche punto percentuale di probabilità in più è posseduto dalla configurazione mixed flow, che comunque richiederebbe una fase progettuale molto attenta. Il mondo delle competizioni nasce però proprio per portare evoluzione tecnologica ed innovazione, questo non bisogna mai dimenticarlo; pertanto può essere che Honda stia provando effettivamente una di queste soluzioni così estreme per il proprio compressore e che, superati i problemi iniziali (di questa e di altre componenti), avrà un grandissimo successo. Solo il tempo ce lo dirà, l’interesse per questa Formula 1 non può che giovarne!

69 Commenti

  1. Mmm…..

    Si ragazzi, dico esattamente le stesse cose da un anno, ancor prima che la Honda progettasse il motore….

    Si….deve essere proprio amarezza dettata dallo scandalo di questi 2 mesi la mia….

    BAH….rimango proprio senza parole quando leggo certi commenti

  2. Intanto la McLaren-Honda annuncia contestualmente agli aggiornamenti di Barcellona anche un cambio di livrea…

    Sentite qua:
    Sainz riferendosi ad Alonso e Button: “Ho cercato di restare nella loro scia nelle curve durante i test, in Australia e in Malesia, e non riuscivo a raggiungerli. Hanno chiaramente una monoposto ben bilanciata e dotata di grosso potenziale. Non mi sorprenderebbe, se riuscissero a portare 80 cavalli in più, di vederli improvvisamente davanti a noi e persino al top della classifica“.

    1. sai qual’è la difficolta maggiore?mettere a terra quegli 80 cavalli in piu..non ci vuole dio a dire che con 80 cavalli in meno (ma anche di piu in malesya e australia) hai un comportamento piu bilanciato..poi l’intervista arriva da sainz che guida un renault la pu piu difficile al momento basta vedere gli onboard..

      1. Se hai 80cv in più aggiungi ancora più carico e hai una monoposto ancora più stabile. La tua ipotesi è valida solo per quanto riguarda la trazione nelle uscite dalle curve lente.

      2. Guida un renault, ma in curva la differenza la fa il telaio. Inoltre quest’anno la toro rosso sembra avere un telaio al pari di redbull, se non anche meglio.
        Quindi sentirsi dire da una toro rosso(= redbull) che sul misto la mecca va forte.. è un bel commento e fa ben sperare, quindi speriamo finchè siamo in tempo 🙂

  3. Razor la Ferrari nel 2014 ha toppato perché prestazionalme era inferiore alla Mercedes di parecchio e nel 2014 ancora non si sapeva dell accordo sotto banco Mercedes / Fia che alla luce di questo ora non mi sentirei di considerare un anno toppato.
    ma la Honda oltre al vantaggio di osservare gli avversari e di poter aver spiato il motore nel vanno della mecca per ora ha la pu peggiore in assoluto anche se la si confrontasse con le pu della stagione passata.
    questi sono i fatti mentre le promesse sono aria fritta finché non si passa ai fatti.

    1. Ripeto, lasciamoli lavorare e poi tireremo le sentenze. La honda ha realizzato un progetto molto ambizioso, e con molti rischi… probabilmente tali richieste sono state dettate anche dal nuovo reparto aerodinamico.
      In sostanza per adesso possiamo dire che hanno compiuto lo stesso errore della Ferrari, sacrificare le dimensioni del powertrain per avere vantaggi aerodinamici.
      Ovviamente questa scelta ha anche aumentato la complessità di interfacciamento con le centraline McLaren, e dobbiamo tenere conto che Mercedes e Ferrari sviluppano sia telaio che motore, il che è un vantaggio non indifferente.

      Poi non è escluso che Honda abbia avuto un approccio aggressivo contando di correggere il tiro a stagione in corso, anche se non è nemmeno da escludere che sia stata la stessa Honda a richiedere un progetto più spinto a livello aerodinamico poiché a livello di prestazioni motoristiche non erano all’altezza.

      1. La cosa invece che non sopporto come ho più volte detto, è che se non pensavano di essere subito al vertice avrebbero fatto meglio a non fare questi proclami

  4. Purtroppo come fanno intendere sia questo che altri articoli (in primis tra tutti uno dal titolo “motori ibridi o bastardi?” di fp) tutti i costruttori sono in difficoltà perché nel campo dell’ibrido si è ancora in fase di apprendimento data la maggiore complessità. Dunque al di là della formula 1 penso che l’intento di Honda sia quello appunto di perfezionare questo sistema misto per pensare poi di introdurlo sulle autovetture stradali… fa niente se loro non saranno subito competitivi, fatto sta che è ancora presto per parlare

  5. Ragazzi il problema che sottovalutate e che ogni 4 5 anni il regolamento cambia (2000-2004/2005-2008/2009-2013)..considerando che questa volta si è alzato un vero inferno intorno le pu e la f1 credo che le stesse avranno vita fino al 2017..questo vostro migliorare poco alla volta sara davvero utile se poi si arriva avanti col tempo e si cambiera tutto? Senza contare che dubito fortemente la mercedes e la ferrari rimangano a guardare x oltre un anno.. In canada vedremo il distacco se veramente porteranno l aggiornamento pu da 4 gettoni

  6. Articolo fantastico, davvero molto interessante.
    Ovviamente stanno avendo dei problemi, ma non condivido chi, come Lord Carribean Black, continua a criticare prima del tempo. Secondo me davvero hanno puntato su qualcosa di molto promettente e rivoluzionario. Per loro cultura miglioreranno un po’ alla volta, ma sinceramente affermare che i giapponesi non siano capaci a fare niente viste tutte le innovazioni che hanno portato in molteplici campi mi sembra qualcosa dettato più dall’amarezza di vedere la McLaren in queste condizioni che da un ragionamento razionale.

    1. Quotone….se mi posso permettere….volevo far notare a lord… che sti jappo proprio cog…..ni non sono…in Inghilterra non c’è un motorista che si avvicini ai jappo e un colosso come Renault in formula uno da lustri con un anno di esperienza ha un motore che pare un carciofo..ergo…. proprio semplice non deve essere mettere tutto insieme…..wait and see

      1. Tempo fa ho fatto notare a Carribean che i motori Honda degli anni 80-90 fanno ancora parlare oggi sia per prestazioni eccellenti a tutti i regimi (Vtec) che per grande affidabilità (vedasi ogni quanti motori Honda ce n’è uno fallato, rispetto ad altri motoristi).

        E’ vero, probabilmente Honda eccelle in particolare sui motori aspirati, ma posso dire che sull’ibrido i giapponesi sono stati molto innovatori. E non parlo solo di macchine di serie, parlo anche di supercar, come la nuova NSX, che sembra promettere bene…

      2. come dimenticare la prima NSX, un’auto straordinaria ancora ricercata dai collezionisti e che oggi nel 2015 dice ancora la sua in fatto di prestazioni su marchi molto più blasonati.

        All’epoca era veramente innovativa:

        la prima al mondo costruita interamente in alluminio, con disposizione trasversale del motore (un 3,2 litri e 304 cv), sistema di fasatura e alzata variabile delle valvole (vtec e derivati), aspirazione a induzione variabile, controllo di trazione elettronico, sterzo ad assistenza elettromeccanica…

        Tanto cotti sti giapponesi non sono 😉

  7. I soliti Giapponesi….grandi inventori, innovatori, sperimentatori ma incapaci di far funzionare ciò che tirano fuori dalle loro menti bacate….poi arrivano gli italiani, gli inglesi, i francesi, i tedeschi e gli americani….prendono la loro invenzione, la fanno funzionare, la perfezionano e vanno avanti portandosi all’avanguardia, mentre loro, i giapponesi, stanno ancora cercando di capire come far funzionare il loro accrocchio allo stato grezzo, primordiale ed embrionale….

    Mamma che pena…..

    1. Ma quali francesi 😀 meglio sperimentare e friggere i motori che friggerli senza sperimentare… ha ragione MatteoS quando parla di commenti dettati dall’ amarezza

      1. Mi sono limitato a rigirare una voce, che diceva che teoricamente la Honda aveva raggiunto la potenza del Mercedes 2014. Poi tra il dire e il fare evidentemente c’era di mezzo il mare

  8. Non capisco come farebbe un compressore a dare questo grande successo.

    Ammesso che sia di tipologia mista ( il chè vuol dire che non eccellerà in nessuna delle 2 caratteristiche ) ridurrà il turbo lag sì ma bisognerebbe vedere il contesto completo, perchè non mi sembra di vedere ( almeno in Mercedes ) grossi problemi di spinning anche a gomme finite, anche se Honda trovasse il modo di azzerarlo il vantaggio potrebbe comunque non essere tangibile.

    Specie se si considerano i contro dell’alloggiamento all’interno della V.

  9. ecco, ci voleva l’articolo di Papa, finalmente ho capito come diavolo si potrebbe usare un compressore assiale su un’automobile.
    quindi grazie mille e… ne vogliamo di più di questa roba!

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