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 HELMET 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 HELMET 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 2017 می باشند که با استفاده از  نرم افزار های (CFD) به این مهم روی می آورند.

۱۲ دیدگاه

قابل توجه تمام کاربران سایت فرمول یک ایران : از این پس جهت برخورد با کاربران متخلف جرایمی در نظر گرفته شده است که لازم است کاربران در هنگام ارسال دیدگاه خود نهایت دقت را فرمایند ، در بیان دیدگاه ها از توهین به دیگران و رانندگان و ... خودداری کنید ، در صورت مشاهده بدون در نظر گرفتن هر ملاکی IP فرد متخلف مسدود خواهد شد و دیگر نمیتواند وارد سایت شود .
  1. Vh

    0

    0

    طبق قوانین حال حاضر فرمول یک ، تیمها اجازه ندارن تا از مدلهای بزرگتر از ۶۰ درصد در تونل باد استفاده کنند و نمونه با سایز واقعی در تونل باد تست نمیشود.

    پاسخ دادن
    • محمد علی بهشتی

      0

      0

      با توجه به این که در کتاب FORMULA ONE TECHNOLOGY 2001 نوشته PETER WRIGHT که کتاب در مورد فنی خودرو می باشد اشاره به قرار دادن خودرو فرمول یک در تونل باد شده است و همچنین در کتاب TOTAL COMPETITION اثر ROSS BRAWN و ADAM PARR دو بار اشاره به قراردادن خودرو فرمول یک در تونل باد شده است لذا در این نوشته اشاره به قراردادن نمونه شاسی و بدنه خودرو فرمول یک در ابعاد واقعی به عنوان یکی از مراحل تحقیق و توسعه داشته ایم.

      پاسخ دادن
      • سلمان

        0

        0

        خیلی ممنون آقای بهشتی
        بحث شما کاملا علمی بود
        من در پاسخ به دوستمون Vh گفتم برای نظرش منبع ذکر کنه
        از مقاله خوبتون ممنون بسیار مفید بود

      • vh

        0

        0

        https://www.formula1.com/en/championship/inside-f1/rules-regs/Testing.html
        Wind tunnel testing is heavily restricted, both in terms of what kind of” testing may be done and how long it may be done for. Scale models used may be no larger than 60 percent and speeds are limited to 50 metres per second. ”

        در حال حاضر قوانین اجازه نمیدهند تا مدل با سایز بیش از 60 درصد در تونل باد قرار بگیره . احتمالا در سالهای قبل که اون کتابها نوشته شده بودند این محدودیت در قوانین وجود نداشته.
        در قوانین ورزشی فرمول یک مربوط به فصل 2016 و 2017 در ضمیمه 8 قسمت 1.3 این موضوع قید شده.

    • محمد علی بهشتی

      0

      0

      دوست عزیز VH این قانون در http://f1iran.com/f1rules/testing/ نیز آمده است و ما مطلع از این قانون بوده ایم. اما هدف از این نوشته بررسی و آشنایی با یکی از علوم درگیر با دنیای فرمول یک (CFD) بوده است و قرار دادن خودرو فرمول یک با مقیاس واقعی در تاریخ فرمول یک بوده است و چه بسا که در آینده نیز شاهد آن باشیم چرا که قانون نمونه 60 درصدی ممکن است مقطعی باشد.

      پاسخ دادن
  2. Meysam3d

    0

    0

    بسیار عالی بود. مرسی
    البته میشد تخصصی تر هم بشه ولی خب از عمومیت بحث خارج میشد.
    تشکر

    پاسخ دادن
    • محمد علی بهشتی

      0

      0

      نمودارهای پاسخ فشار و حرارت و سرعت و همچنین منحنی تغییران دان فورس و نیروی درگ بدست آمده از نرم افزار CFD به منظور روان تر شدن مقاله از این نوشته حذف شده است. نمودارهای گرافیکی آمده در این نوشته را نرم افزار با توجه به همان نمودارهای پاسخ ترسیم کرده است.

      پاسخ دادن

Leave a Reply

Your email address will not be published.