Come modellare e ottimizzare una carenatura Pre Moto3

GdL Aerodinamica

Presentazione

Il gruppo di lavoro Aerodinamica ha il compito di progettare e sviluppare la carenatura della moto che dovrà gareggiare ad Aragón nel 2020.
Dopo aver acquisito le conoscenze teoriche fondamentali consultando libri specializzati e pubblicazioni, è iniziata la fase di progettazione vera e propria.
L’approccio scelto è stato quello del reverse engineering: combinando le conoscenze acquisite ad un’attenta osservazione è stata progettata una prima carenatura, la quale è stata poi rivisitata e migliorata.
Le parti fondamentali di una carenatura sono cupolino, fianchi (e vasca) e codino.

Cupolino

Il cupolino è una parte fondamentale della carenatura, dal momento che viene investito per primo dal fluido.
Per la realizzazione del cupolino si è partiti da un profilo NACA (National Advisory Committee for Aeronautics): questa scelta è giustificata dal fatto che il suddetto profilo in termini aerodinamici è il più similare ad un profilo a goccia, ovvero quello che idealmente è caratterizzato dalla minor resistenza aerodinamica. Successivamente alla scelta del profilo, tramite operazioni di sweep, è stato possibile dare una geometria di superficie al cupolino, modificato successivamente mediante operazioni di modellazione ed estrusione.

Fianchi

La geometria dei fianchi risulta essere di particolare importanza perché tale parte gestisce ed indirizza il fluido all’interno della moto influenzando, tra le altre cose, il sistema di raffreddamento.
Alla base della progettazione vi è stato un minuzioso studio ed un’ampia ricerca delle varie geometrie dei fianchi utilizzate in ambito motociclistico. Da tali considerazioni è stato prodotto il modello che deve essere studiato in un ambiente di simulazione fluidodinamico mediante software CFD.

Codino

Per quanto concerne il lavoro sul codino è stato importante considerare diversi aspetti:

  • L’ergonomia del pilota (in funzione anche della posizione del serbatoio)
  • La struttura del codino stesso che dovrà essere auto-portante

Risultando meno influente a livello aerodinamico rispetto alle altre componenti della carena, si è preferito favorire l’ergonomia della parte, rendendo la seduta comoda per il pilota, ed assicurare un ottimo fissaggio cercando di risparmiare più materiale possibile, facendo una prima ottimizzazione topologica di massima.
Prossimi elementi da tenere in considerazione saranno la forma e la posizione dello scarico, che ci verranno fornite dal GdL Motore, e che potrebbero, eventualmente, modificare la conformazione stessa del codino.

Ottimizzazione

Svolte le operazioni di prima modellazione definendo le geometrie fondamentali, si è cercato di rifinire ed ottimizzare le geometrie per effettuare una CFD più precisa e leggera possibile. Spigoli non desiderati sarebbero stati infatti dannosi, perché avrebbero potuto essere causa di interferenze o addirittura di vortici di turbolenza dovuti all’impatto del fluido su di essi.

Meshing

Uno dei più grandi problemi in un’analisi fluidodinamica computazionale consiste nel semplificare correttamente il modello, senza perdere eccessivamente in precisione e soprattutto in validità dei risultati.
Il software Pointwise ha permesso di realizzare una mesh ibrida.

Nelle zone di maggiore interesse si è infatti scelto di realizzare una mesh tetraedrica, pesante in fase di calcolo. Nelle restanti zone, da meshare per chiudere il volume di controllo, è invece stata scelta quella strutturata.
Dopo aver creato connettori, domini e blocchi sono state impostate le boundaries, ovvero le condizioni al contorno. Il tutto è stato poi esportato come mesh di volume sul software CFD scelto.

CFD

Con l’analisi al CFD (Computational Fluid Dynamics) siamo in grado di simulare tramite il software STAR-CCM+ della CD-Adapco, l’equivalente virtuale di una galleria del vento, con in più il vantaggio di poter lavorare anche in condizioni estreme, difficili o svantaggiosi da riprodurre realmente.
Il software risolve un sistema di equazioni comprendente quelle di Navier-Stokes ed un set di costanti ed equazioni supplementari previste dal modello RANSe (Reynolds Averaged Navier-Stokes equations).
Dopo aver importato la mesh del volume realizzata su Pointwise ed aver lanciato la simulazione, è importante verificare la convergenza dei risultati. L’analisi dei risultati permette di individuare le criticità del modello per capire su quali fattori agire per massimizzare le prestazioni della moto.

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