Car design and aerodynamics / Design automobilistico e aerodinamica...


I generally don't like posts about cars: even if the passion for motorsports and automotive is a good one, I generally found that this kind of articles is written by those who want to appear cool because they can buy expensive cars. This is not the same case even if I use to drive, during springtime, a 1991 Porsche 911 Carrera 4. I will not tell You if it is mine or not just because I would like to write something interesting about the 911, the most known model of the Stuttgart based factory. First of all let's watch a nice video of that car in action, recorded in northern Italy: You can see even some rice fields on the edges of the roads.	Generalmente non apprezzo i post sulle automobili: anche se la passione per le macchine o gli sport motoristici è sicuramente apprezzabile, trovo che normalmente questo tipo di articoli sia scritto da chi per qualche motivo vuole mettersi in mostra per il solo fatto di essere in grado di avere auto costose. Ovviamente non è questo il caso anche se in primavera cerco di guidare appena ne ho l'occasione una Porsche 911 Carrera 4 del '91. Non vi dirò se è mia o no perchè vorrei piuttosto scrivere qualcosa di interessante sulla più conosciuta vettura della casa di Stoccarda. Per prima cosa vediamo un video della macchina in azione, ripreso nel nord Italia. Si possono vedere anche delle risaie ai lati della strada.

I generally don't like posts about cars: even if the passion for motorsports and automotive is a good one, I generally found that this kind of articles is written by those who want to appear cool because they can buy expensive cars. This is not the same case even if I use to drive, during springtime, a 1991 Porsche 911 Carrera 4. I will not tell You if it is mine or not just because I would like to write something interesting about the 911, the most known model of the Stuttgart based factory. First of all let's watch a nice video of that car in action, recorded in northern Italy: You can see even some rice fields on the edges of the roads.

Generalmente non apprezzo i post sulle automobili: anche se la passione per le macchine o gli sport motoristici è sicuramente apprezzabile, trovo che normalmente questo tipo di articoli sia scritto da chi per qualche motivo vuole mettersi in mostra per il solo fatto di essere in grado di avere auto costose. Ovviamente non è questo il caso anche se in primavera cerco di guidare appena ne ho l'occasione una Porsche 911 Carrera 4 del '91. Non vi dirò se è mia o no perchè vorrei piuttosto scrivere qualcosa di interessante sulla più conosciuta vettura della casa di Stoccarda. Per prima cosa vediamo un video della macchina in azione, ripreso nel nord Italia. Si possono vedere anche delle risaie ai lati della strada.

The 911 production started in 1963 and it is still going, even with some relevant changes from the original model. There is a line of separation (we will talk about streamlines' separation in a while...) in 1998 when the engine cooling changed from air to water. The car featured in this article is the Carrera 4 - 964 model, the penultimate air cooled engine (the last one was the 993 model).	Il modello 911 è nato nel 1963 ed è ancora in produzione anche se con notevoli modifiche dalla versione originale. C'è una linea di separazione (torneremo sulla separazione delle linee aerodinamiche di corrente in seguito...) nel 1998 quando nacque il primo modello con raffreddamento ad acqua. In questo articolo parleremo della versione Carrera 4 - modello 964, il penultimo raffreddato ad aria (l'ultimo è stato il modello 993 del 1997).
It is not so easy to spot the 964 model at first view but it is the first one whit the external rear view mirrors shaped like droplets, even if it seems that the first 964 models carried conventional squared mirrors.	Non è facilissimo riconoscere il modello 964 a prima vista anche se sembrerebbe essere stato il primo a montare il caratteristico retrovisore a goccia (ma forse i primi modelli della 964 montavano un tradizionale retrovisore rettangolare).

The 911 production started in 1963 and it is still going, even with some relevant changes from the original model. There is a line of separation (we will talk about streamlines' separation in a while...) in 1998 when the engine cooling changed from air to water. The car featured in this article is the Carrera 4 - 964 model, the penultimate air cooled engine (the last one was the 993 model).

Il modello 911 è nato nel 1963 ed è ancora in produzione anche se con notevoli modifiche dalla versione originale. C'è una linea di separazione (torneremo sulla separazione delle linee aerodinamiche di corrente in seguito...) nel 1998 quando nacque il primo modello con raffreddamento ad acqua. In questo articolo parleremo della versione Carrera 4 - modello 964, il penultimo raffreddato ad aria (l'ultimo è stato il modello 993 del 1997).

It is not so easy to spot the 964 model at first view but it is the first one whit the external rear view mirrors shaped like droplets, even if it seems that the first 964 models carried conventional squared mirrors.

Non è facilissimo riconoscere il modello 964 a prima vista anche se sembrerebbe essere stato il primo a montare il caratteristico retrovisore a goccia (ma forse i primi modelli della 964 montavano un tradizionale retrovisore rettangolare).

Driving this car is not so easy: compared to actual automobiles it represents a challenge because the conventional engine controls and the very precise gear lever are somewhat hard to operate and a greater than normal force is required at low speed. Going fast makes things a little more easy: the hydraulic operated steering assistance decreases the force on the wheel but not on the pedals.	Guidare questa vettura non è così semplice se confrontata con una macchina attuale: il volante ed il precisissimo cambio sono molto resistenti e vi si deve usare una certa forza anche se con la velocità le cose si semplificano un po': il sistema idraulico di assistenza alla guida rende più morbido il volante ma certamente non i pedali.
Despite this, it is wonderful driving this car even if something a little unusual can be found on the panel: the key is located on the left of the wheel. This is a solution for an old racing problem: in the first races at Le Mans, pilots were requested to run to the cars, enter in them, start the engine and then race, so the left hand operated the key and the right one -simultaneously- the gear lever. Nobody cared about fastening the seat belt until Jacky Ickx in 1969, when he calmly walked to the cars, fastened his seat belt, started the race with a half lap of delay and arrived first at the end. Curiously enough from the next year organizers adopted a start with pilots seated in their cars and for the very first time a Porsche won the race. Another unusual thing: on these cars wipers are hinged to swipe up-and-clockwise first. Here an internal view of the car: please note wipers and key location...	In ogni caso è un vero piacere guidare questa macchina anche se qualcosa di inusuale è presente sul pannello: la chiave di avviamento è alla sinistra del volante. Questa soluzione fu adottata come soluzione ad un problema sportivo: durante i primi anni di gare a Le Mans i piloti alla partenza correvano verso le vetture, entravano, mettevano in moto con la mano sinistra così da lasciare libera la destra per inserire la prima e partire. Nessuno si preoccupava di allacciare le cinture di sicurezza fino al 1969 quando Jacky Ickx camminò lentamente fino alla vettura, si accomodò e allacciò la cintura, partì con mezzo giro di ritardo sugli avversari e finì per vincere la gara. Dall' anno successivo le partenze a Le Mans vennero effettuate con i piloti già dentro alle macchine e curiosamente per la prima volta vinse una Porsche. Qui una visione dell'abitacolo: notare tergicristalli ed avviamento...

Driving this car is not so easy: compared to actual automobiles it represents a challenge because the conventional engine controls and the very precise gear lever are somewhat hard to operate and a greater than normal force is required at low speed. Going fast makes things a little more easy: the hydraulic operated steering assistance decreases the force on the wheel but not on the pedals.

Guidare questa vettura non è così semplice se confrontata con una macchina attuale: il volante ed il precisissimo cambio sono molto resistenti e vi si deve usare una certa forza anche se con la velocità le cose si semplificano un po': il sistema idraulico di assistenza alla guida rende più morbido il volante ma certamente non i pedali.

Despite this, it is wonderful driving this car even if something a little unusual can be found on the panel: the key is located on the left of the wheel. This is a solution for an old racing problem: in the first races at Le Mans, pilots were requested to run to the cars, enter in them, start the engine and then race, so the left hand operated the key and the right one -simultaneously- the gear lever. Nobody cared about fastening the seat belt until Jacky Ickx in 1969, when he calmly walked to the cars, fastened his seat belt, started the race with a half lap of delay and arrived first at the end. Curiously enough from the next year organizers adopted a start with pilots seated in their cars and for the very first time a Porsche won the race. Another unusual thing: on these cars wipers are hinged to swipe up-and-clockwise first. Here an internal view of the car: please note wipers and key location...

In ogni caso è un vero piacere guidare questa macchina anche se qualcosa di inusuale è presente sul pannello: la chiave di avviamento è alla sinistra del volante. Questa soluzione fu adottata come soluzione ad un problema sportivo: durante i primi anni di gare a Le Mans i piloti alla partenza correvano verso le vetture, entravano, mettevano in moto con la mano sinistra così da lasciare libera la destra per inserire la prima e partire. Nessuno si preoccupava di allacciare le cinture di sicurezza fino al 1969 quando Jacky Ickx camminò lentamente fino alla vettura, si accomodò e allacciò la cintura, partì con mezzo giro di ritardo sugli avversari e finì per vincere la gara. Dall' anno successivo le partenze a Le Mans vennero effettuate con i piloti già dentro alle macchine e curiosamente per la prima volta vinse una Porsche. Qui una visione dell'abitacolo: notare tergicristalli ed avviamento...

Now let's talk about data.	Ora parliamo di dati tecnici.
The engine is a 3.6 liters 6 cylinders (boxer configuration), its power rating is 250 Hp at 6100 rpm. Maximum speed is 260 Km/h. At normal driving speed it is capable to perform a 10 Km run with a liter of gasoline.	Il motore è un 3600 cc boxer a 6 cilindri ed eroga fino a 250 cavalli a 6100 giri al minuto. La velocità massima è di 260 Km/h. In condizioni di guida normale la vettura percorre 10 chilometri con un litro di benzina.
As an aerodynamicist I would like to talk about drag. The drag coefficient - Cx -of this car is 0.32	Da aerodinamico vorrei parlare di resistenza: il coefficiente di questa vettura - Cx - è di 0.32
In this case drag can be calculated with a very simple equation:	In questo caso si può calcolare la resistenza con una semplice equazione:
D = 0.5 rho V² S Cx	R = 0.5 rho V² S Cx
where rho is the air density, S is the frontal section of the car, V is the speed.	dove rho è la densità dell' aria, S la sezione frontale de veicolo, V la velocità.
Enzo Ferrari used to affirm that aerodynamics is a thing for those who can't build good engines. I don't agree with him this time and I'm sure He appreciated the droplet shaped line of the 911.	Enzo Ferrari sosteneva che l'aerodinamica serve solo a chi non sa costruire i motori: su questo non sono d'accordo e sono sicuro che anche lui apprezzasse la linea a goccia della 911.

When I open my courses in aerodynamics I usually write on the blackboard three phrases: 1) all seems difficult; 2) nothing is as it seems; 3) everything is aerodynamics.	Quando apro i miei corsi di aerodinamica di solito scrivo tre frasi sulla lavagna: 1) tutto sembra difficile; 2) nulla è come sembra; 3) tutto è aerodinamica.
Aerodynamics often reserves a lot of surprises. The main thing I want to discuss is about Cx, the vehicle drag coefficient. I reported that it is 0.32 for the Porsche 911 model 964. Basically the only factor that affect this coefficient is the shape of the car. The other parameters like speed, section and air density (1.225 kg/m³) only affect the total drag but they don't influence Cx	L' aerodinamica spesso riserva molte sorprese. L'argomento principale che voglio discutere è il Cx, ovvero il coefficiente di resistenza del mezzo. Ho già riportato che per la Porsche 911 964 vale 0.32. Principalmente, l'unico fattore che determina il coefficiente di resistenza è la forma del veicolo. Gli altri parametri come velocità, sezione e densità dell' aria (1.225 kg/m³) influenzano sì la resistenza totale ma non il Cx.
I now report an image of the other car I use: it is a 2017 Toyota Prius Plug In, a nice electrical powered car with a 1.8 liters almost conventional gasoline engine. It is not a simple hybrid vehicle because it can run for many miles on battery power only. Note the charging cable. I let You guess its Cx.	Riporto qui un'immagine dell'altra vettura che uso regolarmente, una Toyota Prius Plug In del 2017. E' un'ottima vettura elettrica con un motore 1800 a benzina. Non è un'ibrida in senso stretto perchè può percorre svariati chilometri solo sulla riserva di carica delle batterie. Notate il cavo di ricarica. Vi lascio immaginare il suo Cx.

When I open my courses in aerodynamics I usually write on the blackboard three phrases: 1) all seems difficult; 2) nothing is as it seems; 3) everything is aerodynamics.

Quando apro i miei corsi di aerodinamica di solito scrivo tre frasi sulla lavagna: 1) tutto sembra difficile; 2) nulla è come sembra; 3) tutto è aerodinamica.

Aerodynamics often reserves a lot of surprises. The main thing I want to discuss is about Cx, the vehicle drag coefficient. I reported that it is 0.32 for the Porsche 911 model 964. Basically the only factor that affect this coefficient is the shape of the car. The other parameters like speed, section and air density (1.225 kg/m³) only affect the total drag but they don't influence Cx

L' aerodinamica spesso riserva molte sorprese. L'argomento principale che voglio discutere è il Cx, ovvero il coefficiente di resistenza del mezzo. Ho già riportato che per la Porsche 911 964 vale 0.32. Principalmente, l'unico fattore che determina il coefficiente di resistenza è la forma del veicolo. Gli altri parametri come velocità, sezione e densità dell' aria (1.225 kg/m³) influenzano sì la resistenza totale ma non il Cx.

I now report an image of the other car I use: it is a 2017 Toyota Prius Plug In, a nice electrical powered car with a 1.8 liters almost conventional gasoline engine. It is not a simple hybrid vehicle because it can run for many miles on battery power only. Note the charging cable. I let You guess its Cx.

Riporto qui un'immagine dell'altra vettura che uso regolarmente, una Toyota Prius Plug In del 2017. E' un'ottima vettura elettrica con un motore 1800 a benzina. Non è un'ibrida in senso stretto perchè può percorre svariati chilometri solo sulla riserva di carica delle batterie. Notate il cavo di ricarica. Vi lascio immaginare il suo Cx.

Cx = 0.25	Cx = 0.25
Wait: It is lower than the one of the Porsche. How is it possible?	Attenzione: è più basso di quello della Porsche. Com'è possibile?
First of all: at 100 Km/h the 70% of the forces opposing motion is drag. For an electric vehicle or for a low emission one aerodynamics is as important as per a sport car. The first one has to be energy saving, the second one has to be fast.	Prima di tutto: a 100 Km/h il 70% delle forze che si oppongono al moto è costituito dalla sola resistenza aerodinamica. Quindi anche per una vettura di questo tipo è importante abbassare il più possibile il Cx per risparmiare energia quanto lo è nelle macchine sportive per raggiungere velocità elevate.
Toyota used the principle discovered by prof. Kamm and now called Kammback. A steep drop in the rear part of a car can reduce the air drag. It is not so evident by sight but a little practice with wind tunnels can be important to achieve these results	Toyota ha usato il principio scoperto dal prof. Kamm, oggi chiamato Kammback. Una discesa verticale della parte posteriore del veicolo può ridurre la resistenza. Non è molto evidente ad occhio ma un po' di pratica con le gallerie del vento può far ottenere come in questo caso risultati straordinari
I tried to simulate this effect on a simple but working wind tunnel software: note the total drag value in both configurations and the separation of the stream lines	Ho provato a simulare questo effetto su un semplice ma efficace software dedicato: notate la variazione della resistenza totale nelle due configurazioni e la separazione delle linee di corrente

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As You can see total drag is almost the same even if it is a little lower with the Kammback but, in this case, the negative lift, (the force that pushes the car down on the road), is also lower	Come vedete la resistenza totale è molto simile ma è comunque minore con il Kammback a scapito di una ridotta deportanza ovvero della forza che tiene le ruote ben aderenti alla strada.
It is ok on a sedan but it is not recommended on a sport car	Questo va bene su una berlina ma non certo su un'auto sportiva
Just to conclude: if the 911 is a piece of living history, sure enough the Prius and its electrical competitors represent the future but, when it comes to performances, everybody should have a very good knowledge of aerodynamics.	Per concludere: se la 911 è un pezzo di storia vivente la Prius e le sue concorrenti elettriche rappresentano il futuro ma, quando si parla di prestazioni, tutti devono fare i conti con l'aerodinamica.
Even the MG-B is also a great car!	Anche la MG-B è un'auto fantastica!

Sources	Fonti
Wikipedia EN	Wikipedia IT
Porsche 964	Porsche 964
Kammback	Coda tronca (Kammback)
Wunibald Kamm	Wunibald Kamm
Autozine	Autozine
Story of Porsche 911	Story of Porsche 911 solo in Inglese
Toyota Europe	Toyota Europe
Clearing the air in style	Clearing the air in style solo in Inglese
Wind tunnel simulation	Simulazione galleria del vento
Algorizk	Algorizk
Photos and Videos	Foto e Video
by author	dell'autore
Credits	Ringraziamenti
The English translation was reviewed as usual by Marco Lo Martire now a drone pilot but, in the eighties, a winning car racing sportman	La traduzione in Inglese è stata rivista da Marco Lo Martire oggi pilota di droni ma negli anni '80 anche un vincente pilota di corse automobilistiche.

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