Optimalizace přítlačného křídla studentské formule

Už od prvních pokusů s přítlačnými křídly v soutěži Formula Student se prokázala potřeba simulací proudění na vyvinutí nejefektivnějšího aerodynamického paketu monopostu. Od dob monopostu Dragon 4 (2014), který byl prvním vozidlem s aeropaketem v týmu TU Brno Racing, se konkurence posunula velkými kroky vpřed. V současnosti je nutné na udržení konkurenceschopnosti věnovat vývoji aerodynamiky vozidla vysokou pozornost. V týmu TU Brno Racing nám v tom dopomáhá software ANSYS Fluent, který používáme na výpočty CFD a také software ANSYS Ensight, používaný na vizualizaci výsledků. 

Pro sezónu 2019/2020 jsme vyvinuli nový koncept předního křídla. Elementy předního křídla v prostoru mezi monokokem a koly způsobovaly výrazný úplav, který s příbytkem rychlosti zvětšoval a zmenšoval aerodynamickou efektivitu zadní části vozidla. Proto na předním křídle s vyšší rychlostí rostla přítlačná síla mnohem více, než na zadním křídle a podlaze. Toto způsobovalo posun bodu středu tlaku (Centre of Pressure – dále jako CoP – místo, kde je moment aerodynamické síly nulový) a negativní vliv na jízdní vlastnosti formule. Změna geometrie předního křídla minimalizovala škodlivý úplav, avšak zmenšila i přítlačnou sílu generovanou předním křídlem. Abychom toto snížení minimalizovali, rozhodli jsme se pro aerodynamickou optimalizaci více-elementového křídla v oblasti na obrázku označené červenou barvou.

Před samotnou optimalizací proběhla kalibrace výpočtové sítě a turbulentního modelu, aby se minimalizovala chyba výpočtu. Po posouzení různých algoritmů jsme se rozhodli pro genetický algoritmus, který tvar optimalizoval podobně jako v přírodě probíhá evoluce. Algoritmus byl napsaný v jazyce Python a aplikovaný v programu ANSYS Workbench. Zjednodušení geometrie na samostatné křídlo a přesun do 2D prostoru byl nutný pro snížení výpočtového času optimalizace.

 

Výsledek jsme dostali po 64 generacích populace 100 jedinců, vycházejíc z počáteční populace tvořené náhodným výběrem. Hodnota přítlačné síly se zlepšila o zhruba 27% vzhledem ke geometrii vytvořené člověkem. Takováto optimalizace byla první v aerodynamické sekci v současné členské sestavě, proto se vyskytly problémy, které se nám ale také díky pomoci SVS FEM podařilo překonat. Kód genetického algoritmu dále vylepšujeme a v nadcházející sezóně plánujeme jeho využití i na zadní křídlo, tentokrát v 3D prostoru.

Z grafu je vidět relativní stabilitu polohy CoP na monopostu Dragon X. 

 

 

Hotline:

 

Sledujte nás:

facebookyoutubelinkedin