Dissertação
{pt_PT=Aerodynamic Mapping of a Formula Student Prototype using Numerical Simulations and On-track Validation} {} EVALUATED
{pt=As forças aerodinâmicas de um carro de competição variam consoante a sua atitude, que muda ao longo da pista devido às acelerações a que é sujeito. O principal objectivo deste trabalho é perceber como a atitude influencia a aerodinâmica do FST10e, o último protótipo construído pela FST Lisboa. A atitude do carro foi decomposta em 5 parâmetros: distância ao solo dos eixos dianteiro e traseiro e ângulos de rolamento, direção e guinada, onde o comportamento do veículo é estimado por simulações CFD. O foco principal de CFD foi simular condições de curva, onde foi estimado o erro numérico ao realizar um estudo de convergência de malha. A influência de cada parâmetro foi analisada, sendo que o ângulo de guinada apresentou uma grande sensibilidade com uma mudança em 16% em -CL.A. O ângulo de rolamento apresentou um comportamento monotónico resultando numa alteração de 9% em -CL.A e uma deslocação do centro de pressão de 12%. A distância ao solo apresentou um mudança significativa de 10% em CD.A e 20% em -CL.A em condições simétricas. Um mapa aerodinâmico foi criado tendo por base mais de 100 simulações contribuindo para uma melhor compreensão global. Os resultados podem ser obtidos rapidamente usando um modelo aproximado, que supera o processo moroso de CFD. Por fim, também foram realizados testes em pista incluindo a componente de validação aerodinâmica. O maior desafio foi estimar a velocidade do ar durante os testes, que se revelou uma grande fonte de incerteza para correlacionar os resultados em pista com CFD., en=Aerodynamic forces on a race car depend on its attitude, which changes along the track given the accelerations they are subjected to. The main objective of this work is to understand how the attitude affects the FST10e aerodynamics, the latest prototype made by FST Lisboa. The car's attitude was broken down into five parameters of interest: front and rear ride heights, roll, steering and yaw angles, with the vehicle behaviour being estimated by CFD simulations. The primary focus of CFD was cornering condition simulation, with the corresponding numerical error estimated by performing a mesh convergence. The influence of each of these parameters was evaluated individually, with the most impactful sensitivity being the yaw angle with a 16% change in downforce across the interval. Roll angle revealed to have a monotonic and rather independent behaviour resulting in 9% change in downforce and a shift of 12% in pressure centre. Ride height presented a significant change with a 10% change in CD.A and 20% in -CL.A between peak values in symmetric conditions. An aerodynamic map was then created based on over 100 data points, which provided a thorough understanding across the working envelope. The results can be promptly obtained by using a surrogate model, which overcomes the slow CFD analyses. Lastly, an aerodynamic validation component was also addressed to estimate downforce and drag coefficients with on-track testing. The main challenge encountered was estimating air speed during validation testing, which revealed to be a great source of uncertainty to correlate with CFD results.}
junho 7, 2022, 18:0
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