Analisi ed ottimizzazione di un’auto da rally tramite CFD: Parte 2.

Ci eravamo lasciati alla prima parte dell’approfondimento legato alla CFD nei veicoli da WRC. Adesso vediamo cosa significa esattamente simulare l’aerodinamica di un’auto, ed in particolare gli step da seguire nelle tecniche che rimpiazzano di fatto il lavoro sperimentale sviluppato in galleria del vento.

Ci sono tre step principali in questo processo:

Modellazione:

Consiste nel selezionare modelli matematici per descrivere cosa si desidera simulare, una volta importato il modello da testare nel software. Nel nostro caso, per descrivere il moto dell’aria sono fondamentali le equazioni di conservazione della massa, di bilancio della quantità di moto e il bilancio dell’energia. Il modello ci indica come trattare le incognite in esame e le equazioni.

Discretizzazione:

Nella CFD , il modello di aria è assimilato in piccoli blocchetti, chiamati ‘celle’, e le equazioni matematiche definite sopra vengono applicate a ciascuna cella. Il processo è simile ad una fotografia digitale, con solo un colore per pixel, aumentando i pixels, aumenta la qualità dell’immagine. Ma bisogna sempre fare un trade-off sul numero di celle da usare: Troppe aumenterebbero il costo computazionale.

Iterazione:

Per risolvere le equazioni, il codice del computer parte con una ‘guess’ iniziale e poi itera fino a convergenza, cioè fino ad ottenere il campo di moto stazionario, cioè vedere una soluzione che non varia più all’aumentare delle iterazioni.

Nel nostro caso, cioè per le auto da rally, ci sono alcune complessità aggiuntive. Il modello 3D è sviluppato in tempi brevi, e quindi nella fase di sviluppo vengono lasciati dei buchi in vari punti, che necessitano di essere ricoperti e modellati prima dell’importazione nel software numerico; ciò causa ritardi durante la fase di progettazione.

Di seguito riporteremo alcuni risultati che riguardano la Skoda Fabia R5 come modello.

Nella prima foto si può vedere il risultato relativo alla mappa di pressione generata dalla CFD , che mostra picchi sovrapressione e depressione, i quali indicano le zone da modificare per ridurre il drag.

Nella seconda foto viene rappresentata l’analisi dell’attrito della sezione frontale dell’auto, ed infine nella terza foto abbiamo la visualizzazione delle cosiddette ‘streamlines’, le quali permettono di capire in che modo il flusso d’aria interagisce con l’auto, e il suo comportamento a valle del retrotreno di questa.

Quindi in fase di progetto avanzato , per testare nuovi ‘devices’ aerodinamici , si può iterare ad un ritmo molto elevato, per arrivare anche ad ottenere un design con migliori prestazioni aerodinamiche.

La chiave è accelerare l’intero processo, in quanto il tempo è un fattore determinante non solo in pista, ma anche nel processo di progettazione.

Articolo a cura di Elvezio Liberatore.