Aerodinamička optimizacija konceptnog vozila putem CFD simulacija: Uticaj oblika i spojeva panela na otpor i stabilnost – faza 2

Cilj ovog dela istraživanja je da kroz različite forme objekta istražimo alate koje bi smo koristili tokom ispitivanja. Programi koji su korišćeni podelio bi na dve kategorije  

  1. Programi za modelovanje – U ovom delu su se koristili Autodesk Alias Autostudio i 3dsmax.  
  1. Programi za simulaciju vetra – Ovde smo koristili CFD program (Computational Fluid Dynamic) tačnije Autodesk CFD Ulimate.  

Izabrao sam tri različite forme. Prvo sam testirao pravougaonik, zatim loptu i nakon toga uprošćeni model Tesla cubertruck koji ima tačno definisan Cd (koeficijent otpora). Ovim testiranjem proučavamo preciznost i količinu podataka koje nam program daje. 

Prvi test – Forma pravougaonika ( dimenzije: D-2m ; Š-1m ; V-1m).  Rezultati ukazuju da prednji panel koji je prvi na udaru vetra i upravan na njega, stvara veliki otpor i stvara se polje niskog pritiska u prednjem delu forme. Dodatno opažanje je da oštre ivice koje učestvuju u prelazu vazduha sa prednjeg panela na bočne panele stvara prevelik radijus prelaza vazduha što dovodi do odvajanja vazduha od objekta i stvaranje mini turbulencija što dodatno povećava otpor vazduha. Opšti zaključak je da ovaj objekat ima nisku aerodinamičnost.

Drugi test – Forma sfere ( dimenzije: fi-1m).  Rezultati ukazuju da je forma sa jako visokom aerodinamičnošću. Kada uporedimo prvi i drugi test vidimo da se u drugom testu otpor vazduza u prednjem delu znatno smanjio. Pošto je forma zakrivljena rezultat nam ukazuje da nema prelaznih radijus i da vazduh prolazi uz objekat. 

Treći test – Forma automobila( uzet pojednostavljen model Tesla cubertruck).  Rezultati koji su dobijeni simulacijom ukazuje da se vazduh merodavno kreće oko modela. Dok je rezultat za koeficijent otpora se znatno razlikuje od fabičkih vrednosti (naš vrednost: 0,05227Cd do je fabrička vrednost: 0,34Cd).  

Uvidom u ove rezultate, uvideli smo da model nije dovoljno precizno obrađen i da treba ponoviti testiranje sa unapređenim modelom kako bi simulacije bile usklađenije sa fabričkim simulacijama.  

Aerodinamička optimizacija konceptnog vozila putem CFD simulacija: Uticaj oblika i spojeva panela na otpor i stabilnost 

credit by unlimit3d

Oblast istraživanja: Automobilski dizajn 

Tema istraživanja: Kreiranje koncepta automobila zasnovano na aerodinamičkoj efikasnošću  

Stanje u oblasti:  

  • Iako se rad bavi optimizacijom aerodinamike, nedostaje detaljna analiza kako spojevi panela utiču na ukupnu aerodinamičnost vozila. Spojevi mogu izazvati turbulentne struje koje povećavaju koeficijent otpora. 1 
  • Rad jasno pokazuje kako dataset može da se koristi za optimizaciju oblika vozila i ubrzanje iterativnog dizajna. Modeli predviđaju aerodinamične karakteristike i omogućavaju istraživanje različitih konfiguracija bez fizičkog prototipa. Predikcije modela zavise od ograničenja dataset-a, pa stvarni dizajn i dalje zahteva CFD simulacije i testove u vetro-tunelu.  2
  • DragSolver omogućava brzu i efikasnu procenu aerodinamičkog otpora, što je korisno u ranom dizajnu vozila i optimizaciji oblika. Bez fizičke validacije ili CFD simulacija, predikcije su ograničene u preciznosti, posebno za složene spojeve panela ili specifične oblike karoserije 3

Ploblemi:  

  • Pojava spojeva i krajnjih prekida na karoseriji stvara lokalne turbulencije i utiče na sve ukupni koeficijent otpora (Cd) 
  • Negativan aerodinamički uticaj točkova na celokupni dizajn vozila. 
  • Oblik karoserije, tj. njegova asimetričnost bočnog profila dovodi do nejednakosti pozitivnog i negativnog koeficijenta uzgona, i kao posledica toga se javlja nestabilnost vozila pri kretanju.

Cilj:  

Napraviti koncept automobila sa što boljom aerodinamičkom efikasnošću, uz primenu CFD simulacija i primena podataka iz simulacije za unapređenje dizajna  

Hipoteza:  

Oblikovanje razmaka između panela automobila, posebno obrada krajnjih ivica, utiče na aerodinamičke karakteristike vozila, pri čemu zaobljene ivice smanjuju turbulencije i otpor vazduha, čime se poboljšava aerodinamička efikasnost.

Kriterijumi:  

  • Koeficijent otpora (Cd) bude manji od 0.17 
  • Koeficijent uzgona (Cl) bude uravnotežen, negativni i pozitivni uzgon budu jednaki 
  • Smanjiti broj spojeva na karoseriji i smanjiti uticaj lokalnih turbulencija na celokupni dizajn. 

Metode istraživanja:

  • Metoda modelovanja: za ispitivanje koristićemo 3d modele kreirane isključivo za ovo istraživanje. To nam pruža visoki nivo detaljnosti i veliki broj promena prilikom istraživanja.
  • Numeričke simulacije: Rađenjem simulacije u CFD softverima dobijamo numeričke pokazatelje koji nam ukazuju dali je dizajn dobar ili ne.