فرمول یک ایران -نتایج و داده های آزمایشگاهی به منظور رسیدن به پاسخ دقیق در هر پروژه فنی از اهمیت بالایی برخوردار می باشند و در دنیای فرمول یک از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. میدانیم آزمایش همیشه هزینه بر است و در هر پروژه ای نمی توان از آزمایش استفاده کرد اما اصلا دور از ذهن نمی باشد که تیم های فرمول یک برای انجام آزمایشات فنی و علمی میلیون ها دلار هزینه کنند و یا میلیون ها دلار را برای این مهم در نظر داشته باشند.

یکی از این آزمایشات فنی قرار دادن نمونه واقعی با ابعاد واقعی در تونل باد (wind tunnel) می باشد. بدیهی می باشد که بسیار هزینه بر است اما تیم های فرمول یک برای رسیدن به خودرویی بهتر از هیچ هزینه ای دریغ نمی کنند. پروژه آزمایش تونل باد از شبیه سازی کامپیوتری آغاز می شود و ابتدا در نرم افزارهای مهندسی (CFD) شروع شده و بهترین شبیه ساز نرم افزاری پیدا شده سپس نمونه با مقیاس کوچکتر (ماکت) در تونل باد آزمایش شده و در نهایت نمونه واقعی خودرو در تونل باد قرار داده می شود.

این روند فنی علمی مهندسی محدود به فرمول یک نمی شود و پروژه های هوا فضا ، خودروهای شهری و همچنین علم ساختمان سازی و در دانش ساخت پل های معلق نیز از قرار دادن شبیه سازها در محیط (CFD) بهره میبرند.

ابتدا لازم میدانم توضیح مختصری در رابطه با علم (CFD) که از اساس کار آیرودینامیک اجسام می باشد را در این نوشته اضافه کنم.

***واژه (CFD) مخفف کلمه Computational Fluid Dynamics به معنی  محاسبه دینامیک سیالات می باشد و از آنجا که فرمول یک نمایشگاهی از تمام علوم هست علم (CFD) نیز در فرمول یک یکی از ارکان اصلی مهندسی می باشد. مهندسی مواد ، شیمی و نفت،علوم مهندسی مکانیک خودرو ، مکانیک جامدات ، مکانیک سیالات ، مکانیک برق یا مکاترونیک ، بیومکانیک یا مهندسی پزشکی ، علم مهندسی کامپیوتر و برنامه نویسی به همراه  اقتصاد و مدیریت دانش های مرتبط با فرمول یک محسوب میشوند به گونه ای که یک رابطه دوطرفه بین این علوم با فرمول یک برقرار می باشد به نحوی که این دانش ها به پیشرفت فرمول یک کمک میکنند و فرمول یک نیز منجر به پیشرفت این علوم می شود.

(CFD) که امروزه تبدیل به یک علم تخصصی شده است از دل مهندسی مکانیک سیالات بیرون می آید و به محاسبه دینامیک سیالات می پردازد. محاسبه فشار در لوله های گاز ، محاسبه فشار در نازل های جایگاه های سوخت ، بررسی رفتار دود در منیفیلد خروجی دود اگزوز در خودروها ، شبیه سازی احتراق در محفظه احتراق سیلندر ها ، آنالیز توربوشارژر ها و همچنین آیرودینامیک هواپیماها و خودروها از مسائل علم (CFD) می باشند.

در ادامه به منظور شناخت بهتر با محیط (CFD) تصاویری از نرم افزارهای مرتبط با این محیط را در این نوشته قرار داده ام.

نمونه ای از شبیه سازی منیفیلد در CFD

نمونه ای از شبیه سازی توربوشارژ در CFD

نمونه ای از شبیه سازی برج های منطقه ای در مقابل باد های منطقه ای در محیط CFD

نمونه ای از بررسی آیرودینامیک دوچرخه در محیط CFD

نمونه ای از بررسی آیرودینامیک دوچرخه سوار در محیط CFD

نمونه ای از بررسی مسیر عبوری باد در محیط CFD

نمونه ای ازبررسی مسیر و حرارت گاز خروجی از منیفیلد اگزوز در CFD

همچنین از محیط (CFD) در بررسی آیرودینامیک شبیه ساز هواپیما قبل از قرار دادن اجزاء هواپیما در تونل های باد بسیار بزرگ استفاده می شود.

نمونه ای از بررسی آیرودینامیک شبیه ساز هواپیما در محیط CFD

حال میتوان به گستردگی علم (CFD) پی برد. علمی که به پیشرفت لوله های نفت و گاز ، پمپ های سیال و از طرفی آیرودینامیک خودروها کمک قابل توجهی را همیشه داشته است. این علم در فرمول یک به بررسی مسیر و حرارت گاز در توربوشارژ ، آنالیز پمپ بنزین خودرو ، آنالیز احتراق در محفظه احتراق سیلندر و نسبت تراکم ، آنالیز سیلندر و پیستون سیستم ترمز و…و همچنین آیرودینامیک اجزای خودرو فرمول یک مربوط میشود.

همانطور که گفته شد آیرودینامیک شاسی و بدنه کامل خودرو فرمول یک طی سه مرحله مورد بررسی دقیق قرار میگیرد.

1-بررسی آیرودینامیک در محیط نرم افزاری (نرم افزارهای گوناگون مهندسی مکانیک نظیر فلوئنت fluent ، آباکوس Abaqus ، انسیس ANSYS ، و … تمامی در محیط (CFD)

2-ساخت نمونه آزمایشی در مقیاس کوچکتر از بهترین هندسه بدست آمده نرم افزاری و قرار دادن ماکت خودرو فرمول یک در تونل باد.

ماکت خودرو فرمول

3-قرار دادن نمونه واقعی در ابعاد واقعی در تونل باد.

نمونه واقعی از شاسی و بدنه خودرو در تونل باد

مرحله ی اول : قرار دادن شبیه ساز خودرو فرمول یک در محیط (CFD) می باشد که نتایجی از قبیل بیشترین و کمترین نقطه فشار ، بیشترین و کمترین نقطه حرارتی ، بیشترین و کمترین نقطه نیروی درگ ، بیشترین و کمترین نقطه دان فورس ، بیشترین و کمترین نقطه خلا نسبی ، بیشترین و کمترین نقاط تلاطم هوا ، طول خلا نسبی پشت خودرو ، طول و هندسه تلاطم هوا ، میزان تعادل میان دان فورس جلو وعقب ، حجم هوای ورودی به داکت های هوای ترمز به علاوه حجم هوای ورودی به هود های کناری و هود اینترکولر می باشد. مهندسان با قرار دادن شبیه سازی های متفاوت از اجزا می توانند از نرم افزار جواب های متفاوتی را بگیرند و بهترین هندسه آیرودینامیکی را برای تهیه ماکت بدست بیاورند.

به شبیه ساز شاسی و بدنه خودروی فرمول یک در نرم افزار مهندسی شبیه سازی دقت کنید:

شبیه ساز شاسی و بدنه خودروی فرمول یک

شبیه ساز شاسی و بدنه خودروی فرمول یک(نما از بالا)

شبیه ساز شاسی و بدنه خودروی فرمول یک(نما از عقب)

وجود دریچه های هوا برای خنک کردن رادیاتورها و اینتر کولر

دریچه های هوای اینتر کولر

دریچه های هوا برای خنک کردن رادیاتورها

برای ورود به محیط (CFD) شاسی و بدنه شبیه سازی می بایست همراه با کلاه HELMET باشد چرا که یکی از اجزاء تاثیر گذار بر روی آیرودینامیک HELMET راننده می باشد از این رو  تیم ها همیشه سعی بر آیرودینامیک ساختن HELMET دارند.

طریقه نشستن راننده خودرو فرمول یک:

راننده خودرو فرمول یک

از طریقه نشستن راننده خودرو فرمول یک میتوان دریافت که تنها کاسکت راننده در معرض برخورد با هوا قرار دارد.

از این رو کاسکت (HELMET) راننده را به شبیه ساز خودرو فرمول یک اضافه می کنیم.

HELMET راننده فرمول یک

HELMET راننده فرمول یک

مش بندی شبیه ساز خودرو فرمول یک با اضافه شدن کاسکت راننده:

مش بندی شبیه ساز خودرو فرمول یک

مش بندی شبیه ساز خودرو فرمول یک

بنابر این شبیه ساز آماده ورود به محیط (CFD) می باشد.

کافیست سرعت باد ورودی به محیط را و همچنین جهت وزش باد را تعیین کنیم.

نرم افزار در محیط (CFD) نمودار های گرافیکی فشار و سرعت و همچنین حرارت را به مجوعه پاسخ ارائه می نماید.

نمودار های گرافیکی آیرودینامیکی شامل مسیر هوای برخوردی و هندسه تلاطم ، هندسه خلاء نسبی ، گرافیک فشار و گرافیک حرارتی می باشد.

نمودار گرافیکی مسیر هوای برخوردی (سرعت هوای برخوردی معادل 215 کیلومتر بر ساعت یا 60 متر بر ثانیه):

نمودار گرافیکی مسیر هوای برخوردی

نمودار گرافیکی مسیر هوای برخوردی

نمودار گرافیکی هندسه تلاطم هوا(Air turbulence):

نمودار گرافیکی هندسه تلاطم هوا(Air turbulence):

نمودار گرافیکی هندسه خلا نسبی و طول آن:

نمودار گرافیکی هندسه خلا نسبی و طول آن

نمودار گرافیکی فشار آیرودینامیکی:

نمودار گرافیکی فشار آیرودینامیکی

نمودار گرافیکی فشار آیرودینامیکی

نمودار گرافیکی فشار آیرودینامیکی

نمودار گرافیکی سرعت باد و همچنین دبی ورودی هوا به دریچه هوای رادیاتور:

نمودار گرافیکی سرعت باد و دبی ورودی هوا به دریچه هوای رادیاتور

نمودار گرافیکی سرعت باد در برخورد به لاستیک خودرو:

نمودار گرافیکی سرعت باد در برخورد به لاستیک

نمودار گرافیکی حرارتی:

نمودار گرافیکی حرارتی

مهندسین با بررسی نتایج بدست آمده از این آنالیزها به هندسه مناسب شاسی و بدنه از لحاظ آیرودینامیکی رسیده و از آن شبیه ساز برای ساخت نمونه در مقیاس کوچک (ماکت) و قرار دادن آن در تونل باد و در نهایت در صورت دریافت نتایج آزمایشگاهی مطلوب به سراغ ساخت نمونه واقعی رفته و شاسی و بدنه در مقیاس واقعی را در تونل باد بررسی می کنند. بدین ترتیب می توان خطای مهندسی آیرودینامیک را در آزمایش تونل باد نمونه واقعی خودرو به حداقل رساند.

لازم به ذکر می باشد مهندسین تیم های فرمول یک به طور پیوسته در حال تحقیق و توسعه مدل خودرویی تیم و اعمال تغییرات برای سال 2019 می باشند که با استفاده از  نرم افزار های (CFD) به این مهم روی می آورند.

این نوشته را به اشتراک بگذارید:

2 دیدگاه

  1. david7

    5

    0

    آباکوس نرم افزار فوق العاده ای که 3 رشته عمران و برق و مکانیک میتونن باهاش کارکنن تو صنعت خودروسازی شدیدا پرکاربرده، تو یه مستند دیده بودم که برای ساخت ماشینای رنج روور هم تو آباکوس مدل میکردن برای شرایط قرارگیری تو آب و نیروهارو بررسی میکردن برای بهبود ماشین

دیدگاه خود را بیان کنید