Formula Student versenyautó aerodinamikai elemeinek tervezése és gyártása
A 2013-as szezonban csapatunk, a BME Formula Racing Team először alkalmazott aerodinamikai csomagot, amely ellátta a feladatát, amire tervezték: a minél nagyobb leszorítóerő elérését. Azonban ez a konstrukció nehéz volt, és a nem optimált geometria miatt rengeteg járulékos közegellenállással járt, ami a tesztek során az akkumulátor idő előtti lemerülésében jelentkezett. Ezt a szélcsatorna analízisek is megerősítették, az aerodinamikai csomagot nem volt alkalmas egy elektromos autó kiszolgálni. Ennek következtében a következő szezont teljesen új alapokra helyeztük
A 2014-es szezonban azt a célt tűztük ki, hogy egy elektromos autónak megfelelő, hatékony, kis tömegű aerodinamikai csomagot tervezzünk. Ehhez első lépésben járműdinamikai szimulációk segítségével megállapítottuk az optimális leszorítóerő-légellenállás arányt. A követelményeknek megfelelő, alacsony Reynolds-számú szárnyprofilok kutatása során kiválasztottuk a számunkra megfelelőeket, amelyek végső elrendezését érzékenységvizsgálatok és számos szimuláció során optimalizáltuk 2D-ben. A szárnyprofil összeállításokon további finomításokat hajtottunk végre 3D-ben, valamint különböző szárnyvéglap geometriák vizsgálatával meghatároztunk egy végleges formát.
A szárnyak anyagaként a nagy szilárdsága és merevésge ellenére kis sűrűségű szénszál-erősítésű kompozitot választottuk. Sajátos gyártástechnológiája miatt sok geometriai tervezési szempontot figyelemebe kellett vennünk. A költséghatékonyság érdekében olyan szerszámokat terveztünk, amelyeket a szárnyfelek legyártása után készülékként is használhattunk a ragasztások végrehajtásához, a pontos végső geometria elérése érdekében.
A rétegrend tervezésénél törekedtünk arra, hogy csak olyan irányokban legyenek erősítő szálak, amelyekben szükséges, így csökkent a nem teherviselő anyag az alkatrészekben, ami tömegcsökkenést eredményezett. A végeselemes analízis során az irányfüggő viselkedés miatt ortotróp anyagmodellt alkalmaztunk. Az analízishez szükséges minden anyagtulajdonságot az általunk gyártott próbatestek szabványos vizsgálataival határoztunk meg a BME Polimertechnika Laboratóriumának szakítógépein. A végeselemes modellt többlépcsős iterációs folyamattal validáltuk a mérések segítségével, míg kielégítő pontosságot értünk el, majd elvégeztük az analíziseket valamint az optimalizációkat. Ezután a szerszámok marása, és a termékek vákuum-injáktálással történő gyártása következett, amit a termék felek összeragasztása és az utómunkálatai követtek.
A tömeg és a közegellenállás csökkentésével, valamint az elért leszorítóerő növelésével elkészült a Formula Student 2014-es mezőnyének az egyik leghatékonyabb szárnya, amelynek a köridőkre gyakorolt jótékony hatását a tesztek során is megtapasztaltuk.
szerzők
-
Bolyky Ákos
járműmérnöki
nappali -
Bruncsics Benjamin
gépészmérnöki
nappali alapszak -
Henczi Tamás
gépészmérnöki
nappali alapszak -
Tarcsai Roland
járműmérnöki
nappali
konzulensek
-
Harth Péter
Doktorandusz, Gépjárműtechnológia Tanszék: -
Kling Sándor
doktorandusz, Polimertechnika Tanszék