Numerical analysis of aerodynamic characteristics of a of high-speed car with movable bodywork elements

• Autorzy: Janson T. , Piechna J.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2015-0026

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna charakterystyk aerodynamicznych szybkiego samochodu z ruchomymi elementami nadwozia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of numerical analysis of aerodynamic characteristics of a sports car equipped with movable aerodynamic elements. The effects of size, shape, position, angle of inclination of the moving flaps on the aerodynamic downforce and aerodynamic drag forces acting on the vehicle were investigated. The calculations were performed with the help of the ANSYS-Fluent CFD software. The transient flow of incompressible fluid around the car body with moving flaps, with modeled turbulence (model Spalart-Allmaras or SAS), was simulated. The paper presents examples of effective flap configuration, and the example of configuration which does not generate aerodynamic downforce. One compares the change in the forces generated at different angles of flap opening, pressure distribution, and visualization of streamlines around the body. There are shown the physical reasons for the observed abnormal characteristics of some flap configurations. The results of calculations are presented in the form of pressure contours, pathlines, and force changes in the function of the angle of flap rotation. There is also presented estimated practical suitability of particular flap configurations for controlling the high-speed car stability and performance.

PL

W pracy przedstawiono wyniki numerycznej analizy charakterystyk aerodynamicznych szybkiego samochodu wyposażonego w ruchome elementy aerodynamiczne – klapy. Badano wpływ wielkości, kształtu, położenia, kąta nachylenia ruchomych klap, na docisk aerodynamiczny pojazdu i siły oporu aerodynamicznego. Obliczenia wykonano za pomocą oprogramowania CFD ANSYS-Fluent. Analizowano nieustalony przepływ płynu nieściśliwego z modelowanym wpływem turbulencji (model Spalarta-Allmarasa lub SAS), wokół nadwozia, podczas ruchu klapy. Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci rozkładów ciśnienia, przebiegu linii prądu, zmian sił w funkcji kąta obrotu klapy. Analizowano zarówno wielkości sił aerodynamicznych powstających na nadwoziu z klapami jak i przyczyny ich powstawania. Pokazano przykłady skutecznych konfiguracji klap jak i przykłady konfiguracji nie generujących aerodynamicznej siły docisku. Przedstawiono porównanie zmian sił występujących przy różnych kątach otwarcia klap, rozkłady ciśnień, wizualizacje przepływu wokół nadwozia. Przedstawiono fizyczne przyczyny obserwowanych nietypowych charakterystyk działania klap. Oszacowano praktyczną przydatność poszczególnych rozwiązań do kontroli stabilności szybkiego samochodu.

Słowa kluczowe

EN

unsteady flows; flap; airbrakes; high-speed car

PL

przepływy nieustalone; klapa; hamulce aerodynamiczne; szybki samochód

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. LXII, nr 4
• Strony: 451--476
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Janson T.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology, 24 Nowowiejska, 00-665 Warsaw, Poland

autor

Piechna J.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology, 24 Nowowiejska, 00-665 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Genta G.: Motor Vehicle Dynamics – Modeling and Simulation, World Scientific, 1997.
• [2] Gugała M., Piechna J., Mueller J.D.: The Design of Formula SAE Car Body Aerodynamics Using ANSYS Fluent Optimisation Tools, Automotive Simulation World Congress, taking place on October 29-30, 2013 at the Steigenberger Aiport Hotel in Frankfurt/Main, Germany.
• [3] Gullberg P., Loefdahl L., Qiu Z.: Influence of Aerodynamics on the Fatal Crash in Le Mans 1955, EASC 2009, 4th European Automotive Simulation Conference, Munich, Germany, 6-7 July 2009, pp 9-20.
• [4] Hucho W. H.: Aerodynamics of Road Vehicles, 4th ed., SAE International, Warrendale, Pennsylvania, 1998.
• [5] Hucho W. H.: Aerodynamika samochodu. Od mechaniki przepływu do budowy pojazdu. WKŁ, Warszawa 1988.
• [6] Katz J., Race Car Aerodynamics: Designing for Speed, 1995, Robert Bentley.
• [7] Katz J.: Aerodynamics of Race Cars, Annu. Rev. Fluid Mech. 2006. 38: 27-63.
• [8] Lanfrit M.: Best practice guidelines for handling Automotive External Aerodynamics with FLUENT Version 1.2 (Feb 9th 2005).
• [9] Larsson T.: 2009 Formula One Aerodynamics – BMW Sauber F1.09 – Fundamentally Different, EASC 2009, 4th European Automotive Simulation Conference, Munich, Germany, 6-7 July 2009, pp 9-20. 1-7.
• [10] Lombardi G., Maganzi M., Cannizzo F., Cardile E.: Use of the CFD for the Aerodynamic Optimization of the Car Shape: Problems and Application, EASC 2009, 4th European Automotive Simulation Conference, Munich, Germany, 6-7 July 2009, pp 9-20, 59-70.
• [11] Piechna J.: Podstawy aerodynamiki pojazdów, WKŁ. Warszawa 2000.
• [12] Piechna J., Rudniak L., Piechna A.: CFD Analysis of the Central Engine Generic Sports Car Aerodynamics, EASC 2009, 4th European Automotive Simulation Conference, Munich, Germany, 6-7 July 2009, pp. 95-106.
• [13] Piechna J., Janson T., Sadowski P., Tudruj S., Piechna A., Rudniak L.: Sports Car with Movable Flaps and Deformable Airbags, Automotive Simulation World Congress, taking place on October 29-30, 2013 at the Steigenberger Aiport Hotel in Frankfurt/Main, Germany.
• [14] Pietrzak P., Piechna J.: Numerical investigation of the controllable wing stall caused by the air injection, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LX, 2013, No. 2, pp. 199-216.