dc.contributor.advisor | Sarris, Ioannis | |
dc.contributor.author | Περιφάνας, Αλέξανδρος | |
dc.date.accessioned | 2023-11-03T09:28:46Z | |
dc.date.available | 2023-11-03T09:28:46Z | |
dc.date.issued | 2023-10-14 | |
dc.identifier.uri | https://polynoe.lib.uniwa.gr/xmlui/handle/11400/5570 | |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.26265/polynoe-5407 | |
dc.description.abstract | The field of motorsport requires extensive study for the design of a prototype racing car, as the parameters that affect the final result are numerous and complex. In this thesis, a detailed aerodynamic and static study is carried out in order to optimize the front wing of the Poseidon Racing Team's (UniWA) racing vehicle, aiming for the most efficient design solution. All the main aerodynamic variables governing the field of fluid mechanics, the objectives and main characteristics related to motorsport
(more specifically the Formula Student institution), as well as the necessary information concerning the methodology, which mainly includes design solutions, computational fluid dynamics (CFD) and finite element analysis (FEA), are described in the first chapter of the thesis. The methodology applied was based on the objectives set from the beginning of the study, which in brief are to achieve the maximum negative lift that the front airfoil can produce, and to keep drag forces at low values. As part of the
design, the dimensions and geometries were based on the regulations set by the Formula Student competition and literature references regarding the most dominant standard airfoil geometries used in motorsport. In addition, the available computational and time resources of the team were taken into account, as the facilities and time for the study and design of the airfoil are limited. The parameters and settings of the CFD analyses in which the computational model, the mesh properties, and the area in
which the geometries (fluid domain) will be placed were determined by specific processes described in the methodology chapter. The CFD model that has been used is RANS. The optimal solution, according to the available resources, was found through 5 sets of analyses, which determined the standard airfoil that was used, the height at which the front airfoil was placed, the angles of attack of the two wings that were used, as well as the horizontal and vertical distance between the two. Once the CFD analyses were completed, the final design, which includes the wing mounts and external wing supports, which also help in optimizing the flow as described in Chapter 3, was statically analyzed by means of Finite Element Analysis, in order to prove that the final geometry complies with the regulations concerning the airfoil structure. Using the space available from the regulations, the length, width, and height of the airfoil are 545, 1305 and 180 mm respectively. The standard airfoil used is the Selig 1223, at an angle of attack of 3 degrees for the primary flap which was placed 50 mm above the ground, and 35 degrees for the secondary (flap), as the horizontal distance between them is 10 mm, and the vertical distance is 30 mm respectively. For the static analysis, a vertical equally distributed force of 5000 N, was applied on the geometry in order to test its maximum displacement. The material of the assembly was decided to be carbon fiber reinforced with epoxy (due to its high strength and its low weight). The maximum
displacement of the geometry resulted to be 2.87 mm, which is within the acceptable range of 10 mm that is set by the competition. For design and safety reasons, the maximum acceptable displacement of the geometry was reduced to 6.5 mm (1.5 safety factor was applied). | el |
dc.format.extent | 145 | el |
dc.language.iso | en | el |
dc.publisher | Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής | el |
dc.rights | Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές | * |
dc.rights | Αναφορά Δημιουργού 4.0 Διεθνές | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | * |
dc.subject | Aerodynamics | el |
dc.subject | Computational Fluid Dynamics (CFD) | el |
dc.subject | Finite element analysis | el |
dc.subject | FEA analysis | el |
dc.subject | Formula Student | el |
dc.subject | Motorsport | el |
dc.subject | Αεροδυναμική | el |
dc.subject | Υπολογιστική ρευστομηχανική | el |
dc.subject | Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων | el |
dc.subject | Μηχανοκίνητος αθλητισμός | el |
dc.title | Aerodynamic study and design of an FSAE-type vehicle's front wing | el |
dc.title.alternative | Αεροδυναμική μελέτη και σχεδιασμός εμπρόσθιας αεροτομής οχήματος τύπου FSAE | el |
dc.type | Διπλωματική εργασία | el |
dc.contributor.committee | Sofiadis, George | |
dc.contributor.committee | Karvelas, Evangelos | |
dc.contributor.faculty | Σχολή Μηχανικών | el |
dc.contributor.department | Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών | el |
dc.description.abstracttranslated | Ο τομέας του μηχανοκίνητου αθλητισμού απαιτεί εκτεταμένη μελέτη για το σχεδιασμό ενός πρωτότυπου αγωνιστικού αυτοκινήτου, καθώς οι παράμετροι που επηρεάζουν το τελικό αποτέλεσμα είναι πολυάριθμες και πολύπλοκες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται λεπτομερής αεροδυναμική και στατική μελέτη με σκοπό τη βελτιστοποίηση της εμπρός πτέρυγας του αγωνιστικού οχήματος της Poseidon Racing Team (UniWA), με στόχο την αποδοτικότερη σχεδιαστική λύση. Στο πρώτο κεφάλαιο της διπλωματικής περιγράφονται όλες οι βασικές αεροδυναμικές μεταβλητές που διέπουν τον τομέα της ρευστομηχανικής, οι στόχοι και τα κύρια χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τον μηχανοκίνητο αθλητισμό (πιο συγκεκριμένα με τον θεσμό Formula Student), καθώς και οι απαραίτητες πληροφορίες σχετικά με τη μεθοδολογία, η οποία περιλαμβάνει κυρίως σχεδιαστικές λύσεις,
υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD) και ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA). Η μεθοδολογία που εφαρμόστηκε βασίστηκε στους στόχους που τέθηκαν από την αρχή της μελέτης, οι οποίοι συνοπτικά είναι η επίτευξη της μέγιστης αρνητικής άντωσης που μπορεί να παράγει η εμπρόσθια αεροτομή και η διατήρηση των δυνάμεων οπισθέλκουσας σε χαμηλές τιμές. Στο πλαίσιο του σχεδιασμού, οι διαστάσεις και οι γεωμετρίες βασίστηκαν στους κανονισμούς που θέτει ο διαγωνισμός Formula Student και σε
βιβλιογραφικές αναφορές σχετικά με τις επικρατέστερες τυπικές γεωμετρίες αεροτομών που χρησιμοποιούνται στον μηχανοκίνητο αθλητισμό. Επιπλέον, λήφθηκαν υπόψη οι διαθέσιμοι υπολογιστικοί και χρονικοί πόροι της ομάδας, καθώς οι εγκαταστάσεις και ο χρόνος για τη μελέτη και το σχεδιασμό της αεροτομής είναι περιορισμένοι. Οι παράμετροι και οι ρυθμίσεις των CFD αναλύσεων
στις οποίες θα τοποθετηθεί το υπολογιστικό μοντέλο, οι ιδιότητες του πλέγματος και η περιοχή στην οποία θα τοποθετηθούν οι γεωμετρίες (πεδίο ρευστού) καθορίστηκαν με συγκεκριμένες διαδικασίες που περιγράφονται στο κεφάλαιο της μεθοδολογίας. Το μοντέλο CFD που χρησιμοποιήθηκε είναι το RANS. Η βέλτιστη λύση, σύμφωνα με τους διαθέσιμους πόρους, βρέθηκε μέσα από 5 σειρές αναλύσεων, οι οποίες καθόρισαν την πρότυπη αεροτομή που χρησιμοποιήθηκε, το ύψος στο οποίο τοποθετήθηκε η μπροστινή αεροτομή, τις γωνίες προσβολής των δύο πτερύγων που χρησιμοποιήθηκαν, καθώς και την οριζόντια και κάθετη απόσταση μεταξύ τους. Αφού ολοκληρώθηκαν οι αναλύσεις CFD, το τελικό σχέδιο, το οποίο περιλαμβάνει τις βάσεις των πτερύγων και τα εξωτερικά στηρίγματα των πτερύγων, τα οποία βοηθούν επίσης στη βελτιστοποίηση της ροής, όπως περιγράφεται στο κεφάλαιο 3, αναλύθηκε στατικά μέσω της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων, προκειμένου να αποδειχθεί ότι η τελική γεωμετρία συμμορφώνεται με τους κανονισμούς που αφορούν τη δομή και την αντοχή της αεροτομής. Χρησιμοποιώντας τον διαθέσιμο χώρο από τους κανονισμούς, το μήκος, το πλάτος και το ύψος της αεροτομής είναι 545, 1305 και 180 mm αντίστοιχα. Η πρότυπη αεροτομή που χρησιμοποιήθηκε είναι η Selig 1223, με γωνία προσβολής 3 μοίρες για το πρωτεύον πτερύγιο που τοποθετήθηκε 50 mm πάνω από το έδαφος και 35 μοίρες για το δευτερεύον (πτερύγιο), καθώς η οριζόντια απόσταση μεταξύ τους είναι 10 mm και η κάθετη απόσταση 30 mm αντίστοιχα. Για τη στατική ανάλυση, εφαρμόστηκε στη γεωμετρία μια κατακόρυφη ισοκατανεμημένη δύναμη 5000 N, προκειμένου να δοκιμαστεί η μέγιστη παραμόρφωση της. Το υλικό της διάταξης αποφασίστηκε να είναι
ανθρακόνημα ενισχυμένο με εποξικό υλικό (λόγω της υψηλής αντοχής του και του χαμηλού βάρους του). Η μέγιστη μετατόπιση της γεωμετρίας προέκυψε 2,87 mm, η οποία βρίσκεται εντός του αποδεκτού εύρους των 10 mm που ορίζει ο διαγωνισμός. Για λόγους σχεδιασμού και ασφάλειας, η μέγιστη αποδεκτή μετατόπιση της γεωμετρίας μειώθηκε στα 6,5 mm (εφαρμόστηκε συντελεστής
ασφαλείας 1,5). | el |