Modelado y Análisis CFD del Front Wing del Williams FW31
Como resultado de las habilidades adquiridas en el uso de SolidWorks , se presenta este proyecto de modelado y posterior análisis CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) del alerón delantero del monoplaza Williams FW31, que participó en el mundial de Fórmula 1 durante la temporada 2009. El desarrollo del componente se ha realizado por motivación personal, con el fin de mejorar los conocimientos en materia de modelado por superficies, análisis de fluidos por elementos finitos, y renderizado de productos.
La importancia aerodinámica del Front Wing de un monoplaza de Fórmula 1 no radica únicamente en que debe proporcionar agarre en el tren delantero, sino que constituye un elemento fundamental en el equilibrio global del vehículo, pues se encarga, además, de organizar y distribuir el flujo aerodinámico al resto del coche. Cabe destacar, como dato de interés, que este tipo de alerones se diseñan para un rendimiento óptimo en régimen laminar del flujo de aire, y es el motivo principal por el que en las carreras se pueden apreciar dificultades al adelantar.
En el caso que ocupa a este proyecto, el análisis CFD del Front Wing se concreta con el uso del complemento CFD de SolidWorks para comprobar la dirección del flujo de aire al pasar por el alerón y para corroborar la carga aerodinámica que el componente genera cuando el coche va a unos 300 Km/h. Los resultados obtenidos arrojan un Downforce aproximado de 3056 N, con un drag de 1200 N, lo cual resulta aceptable para la réplica del alerón real que se ha realizado.
Al examinar exhaustivamente los resultados del análisis CFD, se puede deducir que el diseño es efectivo, ya que no se aprecian grandes zonas de presión sobre las partes clave del componente. El aire se encuentra en todo momento dirigido hacia los puntos de interés del vehículo (se evitan las ruedas y de dirige parte del flujo hacia los radiadores situados en los pontones laterales, tras las ruedas) y no existen vórtices extraños de aire en los alrededores del alerón. Debido a todo esto el diseño puede darse como correcto, a efectos de lo que se espera para este proyecto.
Endplate y FootPlate
Derivan el flujo de aire hacia el exterior del coche, evitando las ruedas delanteras.
Flaps y T-Wing
Envían el aire hacia la parte superior de las ruedas, con el fin de evitarlas
Nose y parte interior de los Flaps
Envían el flujo de aire hacia los radiadores del motor, situados en los pontones laterales
Fondo Principal y Front Wing Pillars
Distribución del flujo hacia el fondo del coche y difusores traseros
Retos del Proyecto
Las dificultades asociadas a este proyecto se identifican principalmente en la parte del modelado, pues las complicadas formas que debe tener este alerón implican la utilización de técnicas tales como el modelado por superficies, que se alejan de lo convencional en lo referente al uso común de un programa CAD.
Por otro lado, en el ámbito de la simulación computacional, las limitaciones se introducen por la parte de la herramienta empleada para el análisis (el módulo CFD de SolidWorks) que, si bien es plugin interesante, no es todo lo fiable que se esperaría, en comparación con programas más potentes (como ANSYS).
Conclusiones
El desarrollo de alerones delanteros para vehículos de competición obedece a estrictos parámetros de diseño, son muchos los factores a tener en cuenta, además de la normativa específica de competición que se establece por temporada. La vital importancia del equilibrio aerodinámico general del coche hace que esta parte del vehículo sea crucial en el ámbito ingenieril y competitivo.
El modelado de este tipo de componentes es esencialmente complicado, pues las formas exteriores requeridas suponen el uso de técnicas usuales en piezas para aviación. No obstante, es un buen ejercicio emplear las mencionadas técnicas con el fin de saber emplearlas y aumentar conocimientos en este ámbito.
Por último, el análisis CFD refleja claramente la utilidad del Front Wing y su papel elemental en la distribución del flujo de aire hacia el resto del monoplaza, mientras aporta agarre al tren delantero. Es clave, por lo tanto, un diseño efectivo que envíe fluido a los puntos de interés y que desvíe el flujo de los puntos menos favorables, aerodinámicamente hablando.
Más proyectos realizados aquí
