הבנת הביצועים האירודינמיים של גופי רכב מירוץ היא קריטית להשגת זמני עקיפה תחרותיים, יעילות דלק ויציבות כלי רכב במהירויות גבוהות.עם הפחת הגדל של הנדסה מוטורית, דינמיקת נוזל חישובית (CFD) כלים כגון Ansys Fluent הפכו הכרחיים עבור סימולטור וקידוד זרימת האוויר המורכבת סביב מכוניות מירוץ. מאמר זה מספק מחקר מקיף של איך מהנדסים ביצועים דינמיים באמצעות , וגרסאות גיאומטריה, עיצוב.

התפקיד הקריטי של Aerodynamics ב Motorsport

האירודינמיקה שולטת בשני כוחות מנוגדים הפועלים על מכונית מרוץ:0 (דראג'רמב 1LT) (ההתנגדות להילוך קדימה) ו-FLT:2downforceFLT 3: (כוח מעשי הדוחק את המכונית על המסלול) minimizing הוא חיוני למקסימום את המהירות הגבוהה ביותר והפחתת צריכת הדלק, בעוד שהורדת כוח המשיכה חיונית עבור שליטה ויציבות משמעותית בין מספר פעמים לגרור את המשקל הממושך לנטרולטיבי של כוח האדם.

מתוך סטרימינג ל- Active Aerodynamics

עיצובי מרוץ מוקדמים התמקדו רק בהפחתת גרר באמצעות צורות מרופדות.במשך עשרות שנים, מהנדסים למדו לתמרן את זרימת האוויר לייצר כוח באמצעות כנפיים, דיפרנים, ותחת מנהרות של תאים מודרניים יש אלמנטים אווירודינמיקה פעילים - כגון מערכות הפחתה של גרגרי (DRS) בפורמולה 1 - אשר להסתגל בזמן אמת לאזן ביצועים.

למה אני מרגיש קדחתני ל- Racing Aerodynamics

(ב) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הטכנולוגיה של פלונט משלימה את הכלים החזקים שלה, יכולות מרובותפיזיקה הפיכה (למשל, אנותרמית, אווירואקטית), ואווירה עשירה לאחר עיבוד של הסביבה.עבור קבוצות מירוצים הפועלות תחת מחזורי פיתוח הדוקים, פלורנט מספק מנהרה רוח וירטואלית יעילה שמזרזת באופן משמעותי את תהליך העיצוב.

קביעת סימולציה של Aerodynamic ב Ansys Fluent

1 הכנות גיאומטריה וניקוי

הסימולציה מתחילה עם מודל 3D באיכות גבוהה של גוף המכונית הגזע.הגאומטריה חייבת להיות מיליטאט וחופש של פערים קטנים, חפיפות, או פרטים מיותרים שיגרמו לכשלים או ספירות תאים מופרזות.מודלים סימפולנים לעתים קרובות מחוץ למאונים של מנוע פנימי, קישורים השעיה, ורכיבים אחרים שאינם משפיעים ישירות על אווירודינמיקה חיצונית.

המונחים: domain and Boundary Conditions

סימולציה אווירודינמית חיצונית דורשת דומיין חישובי ("מנהרת רוח וירטואלית") המשתרעת מספיק על פני הזרם, מטה הזרם, וסביב המכונית כדי למנוע אפקטים חוסם מלאכותיים (המדמים הרגילים של 5-10 אורך במעלה הזרם ו-10-20 טווחי רכב נעים במורד הזרם, עם קווים מנחים מדויקים יותר על הקיר או על גבי גבי השטח המוצבים לפחות 5 רוחבי רכב).

אסטרטגיה: Meshing Strategy

(הדגשה היא ככל הנראה הצעד הקריטי ביותר בהשגת תוצאות מדויקות של CFD.היש חייב לפתור שכבות גבול (האזור הדק סמוך למשטח המכונית שבו השפעות ה-cous שולטות) ולתפוס ⁇ חדה סביב הקצוות המובילים של כנף, צד בתוכנות של דיסקרטיות, ויציאה מלוטשת של מחסנים (FLT) של מעל ל- 1 טרה-מטר (m) לתאים מורכבים ביותר ל-R2 ליטרים)

4.2009 הגדרות התקנה והגדרות Solver

עבור סימולציות קבועות (לעתים קרובות בשימוש עבור גורים עיצוביים ראשוניים), מהנדסים בוחרים את המפת המבוססת על הלחץ, לבחור את מודל הזעזוע המתאים (בעיקר בדרך כלל FLT:0k- ⁇ SSTIRBAFLT:1 עבור יכולתו להתמודד עם הפרדה ושרירים לחץ שלילי), ולהגדיר את התכונות הנוזליות (דחיסות אוויריות ומהירויות בגובה רלוונטי).

עבור תופעות לא יציבות - כגון מערבולת מאחורי כנפיים אחוריות, שינויים בגובה נסיעה דינמי, או פינה נפוחה - סימולציה חולפת באמצעות les או DES נדרש.זה מגדיל באופן דרמטי את העלות חישובית אבל מגלה פיזיקה זרימה כי סימולציות RANS קבוע מתגעגע. קבוצות מירוץ לעתים קרובות להשתמש בגישה היברידית: RANS עבור עיצובים ראשוניים ו DES עבור אימות של רכיבים קריטיים.

תוצאות: מהנתונים ועד החלטות עיצוב

Ansys Fluent מספק שפע של יכולות עיבוד לאחר.מהנדסים להתמקד בפלטים הבאים:

  • (FLT:0)Force Coefficients:FLT:1 Coefficient ofגרור (Cd) ו- coefficient of Elevator (Cl) הם המדדים העיקריים.עבור מכוניות מירוץ, קל שלילי מצביע על כוח למטה.יחס Cl/Cd (יחס מרומם ל-drag) הוא מדד של יעילות אווירודינמית.
  • (FLT:0) הפצת פיזור:0 (FLT:1 , Contour Plots of סטטי לחץ על פני השטח של המכונית מדגיש אזורים של הדבקה בלחץ גבוה (למשל, האף, הקצוות המובילים) ואזורי דחקה בלחץ נמוך (למשל, משטחים העליונים, עזיבה של משתמשי דליפה).
  • (FLT:0)Flow Visualization: 1FLT:1 Streamlines, Pathlines, ומשטח מגביל את קווי זרם (תבניות של זרימה) לחשוף אזורי הפרדה, מערבות, וזרימת החזקות / מחיקה. לדוגמה, בועות הפרדה גדולות על המטבול יכול להפחית באופן דרסטי את הכוח.
  • (FLT:0)Vortex Core Identification:cioFLT:1 , Racing aeroדינמיתs מסתמכת במידה רבה על מבנים מערבים (למשל, טיפ גורים מכנפיים, Y250 מערבול בפורמולה 1) פלורנט יכול לחלץ ליבות טורטקס באמצעות Q-criterion או כבש 2 שיטת לנתח את כוחם וטרפירוריטריטורי.
  • (FLT:0)Yaw Sרגישות: FLT:1 סימלוציות בזווית שונות של קמו (0 °, 5 °, 10 °) להעריך את יציבות המכונית בחצובות ובפינת.
(ב) [ה]: [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה]], [ה], [ה], [ה]]]]ה', [ה']'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''

אופטימיזציה של תכונות Aerodynamic באמצעות Fluent

לאחר אימות סימולציה הבסיס, מהנדסים מבצעים מחקרים parametric ועיצוב ניסויים (DOE) כדי לייעל רכיבים בודדים.

החזית כנפיים &: Nose Cone

כנף הקדמית היא הגנרטור הראשי של כוח מטה והובלת אוויר לעבר שאר המכונית.מהנדסים להתאים זווית של התקפה, סומבר, עיצוב קצה, פערי מזל כדי למקסם את כוח תוך ניהול והימנעות מזרימה בקיבולת parametric של קמו גבוה (באמצעות עבודהbench) לאפשר מאות של גיאומטריה מכופת כדי להיות מדמית ודרג אוטומטית.

תחת גוף ו Diffuser

מכוניות מירוץ מודרניות לנצל את ההשפעה הקרקעית באמצעות underbodies מעוצבים ו diffusers.ה הפער בין הרצפה לבין המסלול מאיץ את זרימת האוויר, יצירת לחץ נמוך (כוח לאחור) המלוטש, דוקטרקט מתרחב מאחור, מאט את זרימת הדם ומשחזר את הלחץ.הסימולציות CFD חייבות לקחת בחשבון את מטוס הקרקע הנעים וגלגלים רוטטים כדי ללכוד אפקט הקרקע במדויק.

Rear Wing and Drag Reduction מכשירים

כנפיים Rear הן אופטימיזציה עבור כוח מקסימלי (תצורה גבוהה מסובכת) וגרור נמוך (straights) ב F1, מערכת ניכוי דרג (DRS) פותחה את הטיפ כדי להפחית את הגרור על סטרייטים. סימולציות CFD transient במודל פלורנט המעבר ואת ההשפעה שלו על כל ההתעוררות. מהנדסים גם להשתמש פלורנט כדי להעריך את הסחר בין כוח לפרופיל אחר לגרור רגישות נוספת למכוניות לאחר מכן).

Cooling duts and Flow Management

בנוסף לכוחות אווירודינמיקה, יש לכוון אוויר כדי לקרר את המנוע, הבלמים והאלקטרוניקה.D. dut Geo, גודל החדירה, ויציאה דרך השפעה הן על יעילות קירור והן על זרימה חיצונית. Conjugate חום סימולציות בני זוג פלואודינמיקה עם ניתוח תרמי, להבטיח כי דרישות קירור נפגשו ללא הגדלת גרור ללא צורך.

היתרונות של FD Over מסורתי Wind Tunnel

בעוד מנהרות רוח נשאר כלי חיוני לאימות, CFD מציע מספר יתרונות:

  • (FLT:0) Cost ו Speedcio: 1FLT בדיקות וירטואליות מבטלות זמן ייצור מודל ועלויות השכרת שיער. אלפי וריאציות עיצוב ניתן להעריך באותו הזמן זה לוקח לבנות ולבדוק מודל פיזי אחד.
  • (FLT:0) נתונים מלאים-דליד: חיישנים מנהרות הרוח 1:1 לספק מדידות נקודה; פלורנט נותן שדה זרימה תלת-ממדי שלם, המאפשר למהנדסים לעקוב אחר מקור כל פריטקס ומבנה מתעורר.
  • (FLT:0)Ease of Parametric Studies:FLT:1 ,זרימות עבודה אוטומטיות ב Ansys Workbench מאפשרות חקר מהיר של חלל עיצוב באמצעות אלגוריתמים של DOE ואופטימיזציה (למשל, משטח תגובה, אלגוריתמים גנטיים).
  • (FLT:0) ,Scalability: FLT:1 CFD יכול לדמות תנאים קשים או מסוכנים לשכפל במנהרה רוח, כגון זוויות גבוהות, תמרונים חולפים, או גשם / מים אפקטים.

עם זאת, תוצאות CFD הן רק טובות כמו מודל mesh ו זעזועים. אימות ניסיוני עדיין הכרחי לתקן מודלים של אי דיוקים. צוותי מירוץ מובילים משלבים בדיקות CFD ושמש בלולאה משלימה: CFD מניע עיצוב ראשוני, בדיקות פיזיות תוקף מתאם, ושיעורים למדו לשפר סימולציות עתידיות.

תוצאות חיפוש ויישומים אמיתיים

Ansys Fluent כבר בשימוש נרחב ב- Motorsport. in Formula One, כל צוות משתמש ב-CDCD תחת רגולציה קפדנית להגביל את המשאבים החישוביים ומספר מנהרות הרוח פועל.צוותים כמו Red Bull Racing ו-AMG Petronas פירסמו הערות טכניות המתארות את השימוש שלהם ב- Fluent עבור אופטימיזציה של כנף הקדמית, פיתוח דיפראורדי, וביצועי DRS מחוץ ל-F1, Fluent משמשים ב-Cardy, Worldurdy, ו-Ricreicreicreicreicreicreic, ו-Remmer, ו-Rection, ו-Rection, כאשר מערכות קירור, ו-Ricreicreic, ו-Rection, ו-Rection, ו-Rection, ו-Ricmate, ו-Rection, ו-Rection, ו-Ricericericericmate, עם מערכות קירור, ו-Ricmate, עם מערכות הפעלה מחדש עם מערכות קירור, עם מערכות קירור, ו-Ricmate, ו-Ricmate, ו-Ricmate, ו-Ricrydalytics.com, ו-Turalytics.

דוגמה בולטת אחת היא התפתחות המושגים האירודינמיקה של FLT:0 [Mercedes-AMG OneFreaLT:1Fárcioph 1Fárciopherve 1R] אשר השאיל את המושגים F1-derived Aeroדינמית.CD סימולציות באמצעות פלורנט סייע לעצב את כנף אחורית פעילה, תחת דיפרם של דיפרטור, וקשת הגלגל הקדמית הקדמית לייצר כוח גבוה במהירויות מחקר אקדמייות, כגון אלה שנמצאו לעתים קרובות על הנדסת מכונות:

אתגרים ועיסוקים טובים

למרות כוחו, ה-CDCD מודל של גופי רכב מירוץ מציג מספר אתגרים:

  • איכות המים:0 (איכות המים: 1) באיכות המרשה המסכן (הצקות גבוהה, כרכים שליליים, רזולוציה לא מספקת) מובילה להתכנסות בעיות וכוחות שגויים.
  • (FLT:0) bulence Modeling:FLT:1 המתחם, הזורם סביב מכוניות מירוץ הם ללא יציבות ושלוש ממדים. דגמי RANS לעתים קרובות תחת הפרדה מוקדמת, בעוד les ו DES דורשים משאבים חישוביים עצומים. מהנדסים חייבים לאזן דיוק ועלויות.
  • (FLT:0) ו- Ground Effect: ריצוף 1: 1 (Rrowing גלגלים והחלפת קרקע משתנה באופן משמעותי שדה זרימה.
  • (FLT:0)Computer Hardware:FLT:1, סימולציות נאמנות גבוהה דורשות חישוב מקביל על אשכולות.צוותים משקיעים בתשתיות מחשוב ביצועים גבוהים (HPC) ולהשתמש ברישיון HPC של פלורנט כדי להפעיל מקרים גדולים ביעילות.

שיטות הטובות ביותר כוללות: החל עם מזכרות קורקציה לפתרונות מהירים, באמצעות הזיכוך אדפטי באזורים של ⁇ גבוהה, ביצוע לימודי עצמאות ברשת, אימות נגד נתוני מנהרה רוח, והפעלה של אלגוריתמי אופטימיזציה שמכבדים את מגבלות הייצור.

כיוונים עתידיים: Machine Learning and Real-Time CFD

הגבול הבא במודל אווירודינמיקה משלב CFD עם למידת מכונה.צוותי מירוץ הם לחקור מודלים חלופיים (רשתות עצביות) מאומן על סימולציות פלורנט כדי לחזות כוחות באופן מיידי, המאפשרים התאמות בזמן אמת במהלך גזעים.בנוסף, שירותי CFD מבוססי ענן ו- GPU-ac-ac-accelerated Solrs ב- Ansys Fluent הם צמצום של פעמים משעות עד חישוביות, כוח ממשיך לגדול, כדי סימולציה מתקדמת, כדי סימולציה מתקדמת, כדי לחץ דם גבוה, אשר עשוי להיות יעיל, אשר עשוי להשפיע על פני השטח של מכוניות חורגוויות קבוע, וזמניים ללא תקדים, אשר משפיע באופן ישיר על פני השטח של תאים ללא תקדים, אשר משפיע על פני השטח של תאים חסרי תקדים, באופן ישיר על פני השטח של תאים חסרי תקדים, אשר משפיע על סימולציה של תאים חסרי תקדים, אשר עלולים של תאים חסרי תקדים, אשר משפיע על פני זמן קצר.

לסיכום, Ansys Fluent מספק מהנדסי מירוץ עם פלטפורמה חזקה למודל, לנתח, ולייעל את הביצועים האירודינמיים של גופי רכב.מקונספט הראשוני ועד אימות המסלול הסופי, CFD מאפשר החלטות מונעות נתונים כי שעשירים של שנייה מחוץ לזמנים מעוקלים ולשפר את היעילות של תהליך העבודה - גיאומטריה, מנקה, התקנה, לאחר עיבוד, עיצוב, חיוני עבור כל מהנדס חיוני כדי להרחיב את רמת מחשוב חיונית רק עם תפקוד של חומרה.