Szukaj Logowanie Kontakt
             Kontakt Blog Kalendarz

  ANSYS Elite Channel Partner ANSYS Polska ANSYS Logo cropped 164px

ANSYS Elite Channel Partner ansys logo czarne tlo SMALL ANSYS Logo cropped 164px
    ANSYS Elite Channel Partner

1 uproszczony model bolidu PolslRacingW 2019 r. koło naukowe PolSl Racing z sukcesami rywalizowało na torach Formuły Student nowym bolidem – SW-02 Quarado. Charakterystyczną cechą nowej konstrukcji jest rozbudowany pakiet aerodynamiczny – pierwsze takie rozwiązanie zastosowane na Politechnice Śląskiej. Przy jego projektowaniu chciano zachować prostotę, ale także zapewnić jak najlepszą efektywność.

Ze względu na ograniczenia czasowe w trakcie konstruowania nowego pojazdu konieczne było określenie terminu, po którym niemożliwe jest wprowadzanie znaczących zmian głównych części bolidu (design freeze). Nie oznacza to jednak całkowitego zaprzestania ulepszania projektu. Poprzez wprowadzanie łatwych do zaimplementowania modyfikacji próbowano poprawić aerodynamikę bolidu. Podobnie jak cały pakiet aerodynamiczny były one badane metodami komputerowej mechaniki płynów w programie ANSYS CFX.

2 linia przepływu dookoła kół pojazduPrzygotowania do analiz

Aby dokładnie przeanalizować parametry aerodynamiczne bolidu, trzeba było przygotować model jego pełnego złożenia. Starano się zawrzeć w nim wszystkie elementy mające istotny wpływ na aerodynamikę pojazdu, a jednocześnie uprościć geometrię w celu skrócenia czasu obliczeń.

W ramach analiz sprawdzono wiele modyfikacji i dodatków, np. montowano różne deflektory czy listwy Gurneya, wprowadzano zmiany położenia i pochylenia skrzydeł, zmiany dyfuzora oraz kąta nachylenia całego pojazdu. Badania przeprowadzano najczęściej przy prędkości 20 m/s, ale najlepiej rokujące rozwiązania sprawdzano również w innych prędkościach.

Z myślą o jak najlepszym oddaniu rzeczywistych warunków jazdy zasymulowano ruch kół poprzez zadanie warunku obrotu ich powierzchni. Uwzględniono również przemieszczanie się podłoża względem pojazdu. Zastosowano model turbulencji SST, gdyż łączy on zalety modeli k-ω i k-ε i daje zadowalające wyniki zarówno w rdzeniu strugi, jak i przy powierzchni.

Podczas analiz wielu podobnych, lecz nieznacznie zmodyfikowanych geometrii nieoceniony okazał się dodatek ANSYS do programu Solidworks. Umożliwił on tworzenie bezpośrednio w środowisku CAD grup (named selection) składających się z różnych powierzchni bolidu, do których w środowisku ANSYS przypisywano warunki brzegowe i inne parametry analizy. Dzięki temu po modyfikacji geometrii modelu jego powierzchnie ciągle były przypisane do odpowiednich grup. Zapewniło to skrócenie czasu przygotowania kolejnych symulacji o ponad 90%. Inną zaletą tego rozwiązania była możliwość określenia sił działających na wybrane zestawy powierzchni (np. koła, sidepody czy płaty skrzydeł).

W poniższej tabeli porównano wybrane parametry bazowej konfiguracji bolidu oraz konfiguracji ze zmodyfikowanym endplatem.

T1 porównanie parametrów konfiguracji bolidu

Jedną z najbardziej efektywnych modyfikacji było dodanie małego deflektora na końcu przedniego skrzydła. W ten sposób zwiększono energię strugi powietrza, by mogła ona ominąć przednie i tylne koła. Spowodowało to spadek sił oporu i unoszenia generowanych przez koła i cały bolid. Ta jedna modyfikacja pozwoliła na podniesienie efektywności aerodynamicznej (lift-to-drag ratio) z –1,582 do –1,777.

Największe modyfikacje można było wprowadzić w obszarze podłogi przed tylnymi kołami. Sprawdzono kilka rozwiązań, lecz ostatecznie ponownie najefektywniejszy i prosty do wykonania okazał się deflektor w postaci płytki. Szukano jego odpowiedniej wysokości. Optymalna okazała się płyta o wysokości 200 mm, która pomimo zwiększenia oporu aerodynamicznego zapewniała najlepszą siłę docisku oraz efektywność aerodynamiczną: –1,854.

3 porównanie rozkładu ciśnień na kołach bolidu 4 rozkład prędkości w obszarze przed tylnym kołemPorównanie wybranych parametrów dla różnych wymiarów deflektora przed tylnym kołem przedstawiono w tabeli.

T2 porównanie wybranych parametrów różnych wymiarów deflektora przed tylnym kołem 5 rozkład ciśnienia w obszarze tylnego skrzydła 6 porównanie rozkładu ciśnień pod bolidemTestowano także tzw. listwy Gurneya. Są to małe kątowniki dodane na końcu płatów skrzydeł, które pozwalają na zwiększenie generowanego docisku aerodynamicznego. Jednocześnie zwiększają one siły oporu, dlatego istotne jest odpowiednie dobranie ich wysokości.

7 wizualizacja lini prądu bolidu SW Q2 Quarado PolSl RacingPoprzez sprawdzanie wielu rozwiązań i sukcesywne wprowadzanie najlepszych z nich do modelu uzyskano ulepszoną, ostateczną konfigurację bolidu.

Stosunkowo niewielkie modyfikacje zwiększyły całkowitą siłę docisku SW-02 Quarado z 397 N do 499 N. Co więcej, całkowity opór aerodynamiczny został nieznacznie zmniejszony – z 251 N do 249 N. To znacząco poprawiło efektywność aerodynamiczną pojazdu: z –1,582 do –2,002.

W tabeli zostały porównane zostały wybrane parametry dla bazowej i ostatecznej konfiguracji pojazdu.

T3 porównanie wybranych parametrów różnych wymiarów deflektora przed tylnym kołem

 

Autor: Artur Ziemianin, PolSl Racing

 

Oficjalna strona PolSl Racing

 

 

ANSYS dla zespołów studenckich

Powiadomienia

Chcesz wiedzieć gdy dodamy nowy artykuł? Wybierz kategorię, która Cię interesuje!

ANSYS WORKBENCH

Oprogramowanie

STREFA AKADEMICKA