Estudio del comportamiento aerodinámico de un alerón trasero de un monoplaza tipo Formula Student

Abstract

[ES]El proyecto investigador tiene el objeto el estudio del comportamiento de un perfil aerodinámico frente a un flujo turbulento, en este caso el aire. Se trata de evaluar las presiones que se ejercen sobre dicho perfil, que será un alerón de monoplaza tipo Formula Student, para comprobar si aporta alguna mejora en el comportamiento del monoplaza la introducción de este paquete aerodinámico. Con la introducción de este perfil en el monoplaza se pretende ganar un mayor agarre en el paso por curva siendo la resistencia al avance en recta la mínima posible, ya que lo que se pretende es hacer el recorrido del circuito en el menor tiempo posible. Por tanto hay dos variables a tener en cuenta a la hora de diseñar el alerón, por un lado esta mejorar el agarre de los neumáticos sobre el asfalto al tomar una curva, lo que nos permitirá tomar la curva a mayor velocidad y por tanto en menos tiempo, y por otro lado, la oposición que el alerón ejerce en el avance en recta disminuyendo su velocidad máxima. En resumen, se trata de comparar la fuerza horizontal y la fuerza vertical que el aire ejerce sobre el perfil aerodinámico a introducir en el monoplaza y evaluar si es beneficioso para este, es decir, si añadiendo dicho perfil se realiza el trazado del circuito en menor tiempo que sin él. Para ello se realizarán simulaciones con un software de modelado físico de flujos y turbulencias sobre un diseño de un alerón dado, con diferentes tipos de flujo, de forma que se asemeje de mejor forma a las condiciones de la pista y se obtendrán los resultados de las presiones que el flujo de aire ejerce sobre las superficies del perfil. Después se obtendrán las fuerzas puntuales vertical y horizontal y se analizaran los datos obtenidos. Deberán tenerse en cuenta, además de los resultados obtenidos, los materiales a emplear a la hora de su fabricación, el proceso de dicha fabricación y el coste que supone tanto el proceso como los materiales empleados.

[EU]Ikerketa proiektua helburua profil aerodinamiko baten portaera fluxu zurrunbilatsua baten aurka, kasu honetan airea, helburua da. Profil duten presioak zeintzuk diren ebaluatu nahi du. Profil auto baten aleroia izango da, Formula Student autoa, eta autoen aerodinamiko pakete honen portaera edozein hobekuntza lortzen bada egiaztatzeko. Autoan profil sartzen, lortu nahi da autoa heltze gehiago lortu biribilgunean eta aurrerapen erresistentzia zuzenean ahalik eta txikiena izaten. Helburua da zirkuituaren bidea egitea denbora ahalik eta laburrean. Beraz, aleroia diseinatzerakoan bi aldabera kontuan hartu behar ditugu, alde batetik asfaltoan bihurgune hartzerakoan neumatikoen heltzea hobetzea, honekin lortuko da biribilgunea abiadura handietan hartzea eta honela denbora gutxitan eta beste aldetik aurrerapen zuzenean aleroiak egiten duen oposizioa bere gehienezko abiadura gutxitzen. Laburpean indar horizontala eta indar bertikala airean egiten duena autoan sartuta profil aerodinamiko alderatzea da eta onuragarria den ala ez ebaluatzea da. Hau da, profila gehituz gero zirkuitua denbora gutxitan egiten den ala ez. Horretarako, simulazioak egingo dira fluxuen fisiko modelatua software batekin, eta turbulentzia aleroi diseinu jakin batean, fluxu mota desberdinarekin, beraz, pista baldintzak jarraitzeko modurik honena da, eta profilaren azaleen gainean aire fluxuak eragiten duen presioen emaitzak lortuko dira. Gero bertikal eta horizontal indar puntualak lortuko dira eta lortutako datuak aztertuko dira. Kontuan hartu behar izango dira, lortutako emaitzak, fabrikatzeko erabilitako materialak fabrikazio prozedura eta kostea, kontuan hartzen bai prozesua bai erabilitako materialak.

[EN]The research project seeks to study the behavior of an airfoil against a turbulent flow, in this case air. Its aim is to assess the pressures on that airfoil, which it will be an spoiler type Formula Student single seater car, to check if this study brings some benefits to the application of this aerodynamic package. With the introduction of this spoiler into the single seater what we like to obtain is to get a better grip in the curves, with the resistance of the straight road being as minimal as possible to the advance of the car, since the aim is to make the circuit distance in the shortest time possible. Thus, there are two variables to consider when designing the spoiler. On the one hand, we have to improve the grip of tyres over the pavement when driving around a curve, which will allow us to drive faster and therefore in less time. On the other hand, the opposition exerted by the spoiler in the straight pavement advance that decreases its maximal speed. To summarize, the aim is to compare the horizontal and the vertical forces made by the air over the airfoil which will be introduced in the single seater and to evaluate whether it is beneficial to the car, that is to say, if by adding said profile the car moves faster with the spoiler than without it. For that reason, simulations will be made with a physical modeling software of flows and turbulences over a given spoiler design, with different types of flows in order to simulate road conditions as well as possible, and we will get the results about the air pressure that is exerted on the spoiler´s surface. After that, horizontal and vertical forces will be obtained and the data will be analyzed. Apart from the obtained results, other variables should be taken into consideration, such as the materials that will be employed to manufacture it, the manufacturing process itself, and the cost of that process and the materials that will be used.