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Riprogettare la slitta di Babbo Natale con SolidWorks


Articolo originale di John Van-Kesteren – SOLIDWORKS Applications Engineer

Adattamento di  Francesco Rustichelli- Product Master SolidWorks Simulation

In questo post cercheremo di reinventare la slitta di Babbo Natale sfruttando varie funzionalità di SolidWorks.

Babbo Natale NM.png
Ogni anno Babbo Natale deve sfrecciare sulla sua slitta per consegnare i regali a tutti i bambini del mondo in una sola notte. In effetti, servono poco meno di 24 ore per viaggiare da Londra a Sydney su uno slanciato Boeing 747; d’altronde, sembra che la slitta di Babbo Natale sia poco aerodinamica.

Ipotizzando una slitta di forma tradizionale e determinando alcuni dati, è possibile farsi un’idea indicativa di quanto essa sia aerodinamicamente adeguata o meno, ovvero di quale resistenza dovranno superare le renne. Per esempio, la circonferenza equatoriale è poco più di 40’000 km e Babbo Natale ha a disposizione circa 12 ore. Per coprire questa distanza è necessario viaggiare ad almeno Mach 2.74 (circa 3350 km/h).

Impostando questa velocità possiamo ottenere una buona stima dei limiti aerodinamici della slitta classica.

Questi rendering mostrano una slitta tradizionale modellata per solidi e superfici in SolidWorks 2017, completata a livello di assieme con i rinvii delle briglie, le sedute e i pattini.Slitta solidWorks.jpg

SolidWorks Flow Simulation come strumento di analisi del modello 

Possiamo ora analizzare il modello con Flow Simulation per scoprire i punti problematici, in termini di zone di alta pressione e di comportamento generale dell’aria intorno alla sagoma.

Qui è opportuno uno “studio esterno” con: aria come fluido di progetto, Mach 2.74 come velocità, una mesh globale di livello 3 e un refinement automatico durante la simulazione (usato per focalizzare la mesh negli strati vicino al modello, laddove le variazioni delle proprietà sono più brusche). Per il refinement locale vicino alle superfici è stato impostato un livello di 2 nelle celle fluide e di 3 nelle celle miste.

I grafici in sezione qui sotto evidenziano le zone di pressione sul davanti della slitta, più precisamente intorno ai bordi di attacco. L’alta pressione crea un’onda d’urto, dietro alla quale la velocità relativa dell’aria passa da 950 m/s a soli 340 (meno della metà rispetto all’aria circostante).

flow sim slitta.jpg

Anche all’interno della slitta, nella zona dei passeggeri, la velocità cala bruscamente; in alcuni punti ricircola in avanti. Altre onde d’urto si verificano sopra lo schienale, sul retro del vano regali e nella zona centrale sotto la slitta. Tutte queste perturbazioni nel flusso portano ad aumentare molto la resistenza e quindi l’energia richiesta alle renne.

Flow simulation slitta.jpg

Ora che abbiamo visto le parti della slitta che potrebbero beneficiare di qualche miglioria, possiamo procedere alla modifica della geometria per ottimizzare le prestazioni aerodinamiche.

Con la collaborazione del Solid Solutions Management technical support team, la slitta è stata rimodellata, coi risultati visibili qui sotto.

Solid Solutions Management.jpg

Sono stati aggiunti un’ogiva conica e un tettuccio, delle alette stabilizzatrici verticali e orizzontali e un ulteriore cono di uscita posteriore.

La versione rivista è stata rimessa al vaglio di Flow Simulation, con le stesse condizioni al contorno del modello precedente. Le sezioni seguenti mostrano intorno all’ogiva un’onda d’urto acuta che interagisce molto meno con le parti della slitta e presenta una pressione di circa 315 kPa sul bordo d’attacco (molto meno che nel modello tradizionale, che presentava un valore di 890 kPa).

Grazie al tettuccio sono spariti i problemi di interazione turbolenta con le rientranze dell’abitacolo; in questo modo la resistenza all’avanzamento sarà ulteriormente ridotta.

FLOW.jpg

 

FLOWSIM.jpg

E grazie a SolidWorks Visualize siamo riusciti ad ottenere questi rendering realistici della nostra slitta, ridisegnata con SolidWorks.

VISUALIZE.jpg

slitta aerodinamica.jpg

 

Il team Nuovamacut vi augura Buone Feste!

Tornate presto sul nostro blog alla scoperta di numerose e interessanti novità!

 


Postato da Flavia Damiani

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