Dissertação

{en_GB=Numerical and Experimental Study of Wing Tip Endplates of a Formula Student Car} {} EVALUATED

{pt=Os apêndices aerodinâmicos dos carros Formula Student têm-se tornado cada vez mais complexos à medida que melhorias significativas se vão revelando cada vez mais difíceis de alcançar. Dado que as velocidades atingidas pelos carros em pista são relativamente baixas, e devido aos constrangimentos impostos pelas regras das competições, a sustentação que os carros produzem acarreta consigo elevados valores de resistência. Este trabalho apresenta um estudo sobre um conceito alternativo para as endplates da asa traseira de um Formula Student com o objetivo de reduzir a resistência global da mesma. Perfis alares são usados para a secção das endplates, modificando as características do escoamento em torno da asa aumentando a eficiência da asa. Foi feita uma análise de convergência de malha para se avaliar o erro numérico envolvido nas simulações de CFD. Estas foram feitas primeiro para um modelo de asa simples, para analisar o efeito dos perfis das endplates no escoamento, bem como para identificar de que forma as dimensões das mesmas influenciam o desempenho da asa. Com base nos resultados, o conceito foi aplicado ao conjunto completo da asa. Um modelo à escala 1:2.5 foi construído com recurso à impressão 3D, que foi testado no túnel de baixo números de Reynolds do Laboratório de Mecânica de Fluidos e no Túnel Aero-Acústico do Laboratório de Aeroespacial do Instituto Superior Técnico. A utilização das duas instalações experimentais permitiu avaliar a influência do número de Reynolds no desempenho da solução proposta. Os resultados obtidos confirmaram o potencial do conceito proposto., en=The aerodynamic appendages of Formula Student cars, crucial for their overall on-track performance, are getting more intricate as the gains are getting more and more marginal. Given the low speeds the cars achieve and the geometric restrictions imposed by the rules, the downforce generated on the cars will imply very high drag forces, which is especially critical for the electric class, where the energy output is limited by the accumulator. It is this project's aim to propose a different design for the endplate of the rear wing of such a car. By making use of airfoils, effectively converting the endplate from a flat plate into a vertical wing, the characteristics of the rear wing assembly are changed -- reducing the induced angle of attack, decreasing the drag coefficient without loss of lift coefficient, thereby increasing its efficiency. First, a mesh convergence analysis was performed to assess the numerical accuracy of the simulations. Then, simulations were done with a single element wing in order to assess the hypothesis, as well as to understand how geometric factors contributed to the performance of the wing. The concept was afterwards applied to the full wing. Finally, a 40%-scale model of the simulated wing was constructed with 3D printing to test it in the wind tunnel: first at the low Reynolds tunnel of the Fluids Laboratory; and at a later time at the CAST tunnel. The results were compared with the CFD simulations, confirming the potential of the concept theorized at the project's inception.}
{pt=Formula Student, asas finitas, endplates, CFD, túnel de vento, validação, en=Formula Student, finite wings, endplates, CFD, wind tunnel, validation}

Outubro 29, 2020, 9:30

Orientação

ORIENTADOR

Luís Rego da Cunha de Eça

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar