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Come calcolare il carico aerodinamico di una vettura con SolidWorks Flow Simulation


Ti sarà capitato, se sei un appassionato di Formula 1, di sentir parlare di carico aerodinamico. Con questo articolo ti vogliamo spiegare esattamente cos’è e come calcolarlo.

Ma cosa vuol dire esattamente carico aerodinamico?

Nell'ingegneria automobilistica, il carico aerodinamico è la forza indotta dal flusso d'aria su una vettura in movimento, ed è tale forza che ne aumenta l’aderenza al suolo.

Auto da corsa_cad_3d_SolidWorks_Simulation_Flow

Il carico aerodinamico di una vettura di Formula 1 consiste nella capacità di produrre deportanza verso il terreno, ovvero la capacità di indirizzare i flussi dell’aria verso il suolo, in modo da poter tenere “incollata” la vettura sul circuito.

I 3 modi per ottenere il carico aerodinamico

  • Mediante l'utilizzo di alettoni che deviano verso l'alto il flusso d'aria: per la terza legge di Newton, ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria, e quindi l'alettone riceve una forza uguale e contraria che lo spinge verso il basso (a sua volta questa forza viene trasferita sulla vettura).
  • Mediante lo sfruttamento dell'effetto suolo: una certa quantità d'aria viene convogliata al di sotto della vettura: la riduzione della sezione del flusso, farà accelerare il fluido, generando quindi una depressione tra la vettura e il suolo. Questo effetto è tanto maggiore quanto più il fondo della vettura è vicino al suolo.
  • Disegnando opportunamente la forma della vettura, in modo da ottenere un effetto di deportanza.

Avendo più carico aerodinamico si ottiene una maggiore aderenza in curva - un maggiore grip, se preferiamo - e di conseguenza una migliore percorrenza dovuta appunto a una migliore stabilità della vettura: dunque, meno problemi quali sottosterzo e sovrasterzo che spiegheremo più avanti. Però, se si ha più carico aerodinamico, ovviamente la vettura avrà più difficoltà a raggiungere velocità elevate.

Cosa si ottiene con un maggior carico aerodinamico?

Con un maggiore carico aerodinamico si ottiene più aderenza in curva, ovvero un maggiore grip che gravita sulla monoposto, quindi una migliore percorrenza dovuta ad un aumento della stabilità della vettura: dunque, meno problemi quali sottosterzo e sovrasterzo. Considera però, che con un maggior carico aerodinamico, la vettura avrà più difficoltà a raggiungere velocità elevate.

Il recente aumento di dimensioni delle auto, e in particolare, l’adozione di sofisticati strumenti di calcolo e simulazione CFD, (Computational Fluid Dynamics) stanno rendendo possibili risultati mai visti prima in pista.

Ottenere questi numeri è importante perché significa poterli analizzare e riutilizzare per migliorare la progettazione dei prossimi veicoli, infatti, per il 2019 sono state già programmate delle modifiche sostanziali per semplificare l’alettone anteriore, ingrandire quello posteriore, modifiche queste che andranno ad aumentare l’efficacia del DRS che è un dispositivo che va a ridurre la resistenza aerodinamica al fine di favorire i sorpassi.

 

Come trovare i valori minimi e massimi nell’alettone di un’auto

Continuando a parlare dell’alettone anteriore di un’auto da competizione è importante considerare che ci sono una gamma di possibili posizioni di pressione massima e minima, ma è fondamentale capire dove sono i valori estremi.

È arrivato il momento di dirti che per rispondere a tutti questi quesiti dovrai servirti di un software altamente innovativo, come questo di cui ti parleremo:

Alettone auto_corsa_Flow_Simulation_SolidWorks


SOLIDWORKS® Flow Simulation
è un'intuitiva soluzione di analisi della fluidodinamica computazionale (CFD) integrata nel CAD 3D SOLIDWORKS. 

Con Flow, puoi trovare i valori estremi, di cui sopra, medianti vari strumenti che ti consentono di creare sezioni, linee di flusso o visualizzare i valori sulle superfici. 

Fai clic con il pulsante destro del mouse sulla cartella Risultati e seleziona “Surface Plot”, successivamente imposta i valori di pressione e forze per visualizzare i valori (come visualizzato nelle immagini)

Alettone auto_corsa_Flow_Simulation_SolidWorks_2Questo passaggio crea 2 piccole sfere grafiche e una nuova legenda con i valori numerici:

  • La sfera BLU è la posizione del valore MINIMO
  • La sfera ROSSA è il valore del valore MASSIMO

Nell'immagine, la pressione minima è appena sotto l'ala inferiore e la pressione massima è sulla parte anteriore / superiore di una delle alette superiori.

L'impostazione per mostrare il Min/Max globale non è abilitata di default – la devi attivareSperiamo che questo piccolo suggerimento ti faccia risparmiare tempo quando cercherai i valori estremi.

A cosa serve SolidWorks Flow Simulation?

È uno strumento facilissimo da utilizzare e in pochi semplici step è possibile ottenere i risultati di calcolo:

  1. utilizza un Wizard per l’impostazione guidata del calcolo per creare le impostazioni inziali dello studio;
  2. inserisci le condizioni al contorno;
  3. Mediante l’utilizzo dei goals puoi calcolare la spinta verticale sulla vettura: sottraendo a questa forza il peso della vettura puoi sapere se il carico aerodinamico è sufficiente.

Se desideri saperne di più, guarda il video che introduce le funzioni base di Flow Simulation, se qualcosa non ti è chiaro, lascia un commento sotto, per me sarà un piacere poterti auitare!

Guarda il video

 


Postato da Rosario Mazzitelli

Application Engineer CAD/CAE
Nuovamacut Automazione Spa