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Progetto Aprilia sxv-gp

Sezione carena

Spieghiamo brevemente in cosa consiste il tipo di analisi eseguita.

Si tratta della risoluzione numerica delle equazioni di Navier-Stokes relative a un volume finito di fluido, note le condizioni al bordo (velocità del flusso, pressione atmosferica).

Tali equazioni sono di tipo differenziale a derivate parziali, non lineari e sono quindi molto complesse (ad oggi sono risolvibili solo numericamente e non analiticamente, tranne in alcuni casi semplici di scarso interesse pratico) e permettono di ricavare i campi di velocità, spostamento, accelerazione, pressione del fluido nel volume considerato.

Nel nostro caso abbiamo quindi dovuto scegliere un volume di analisi abbastanza largo tale da evitare che si risentisse delle condizioni di bordo.

Come si può notare dalla figura, è come se la moto passasse ad una velocità di 65 m/s (234 km/h) all'interno di un condotto di aria ferma di sezione quadra bxh.

Dato che è impossibile risolvere numericamente un volume infinito, bisogna limitarsi ad analizzare solo una lughezza limitata del condotto (10 m) imponendo la velocità del flusso entrante dalla sezione frontale.

Nell'analisi, la moto è quindi considerata ferma ed è investita da un flusso d'aria che viaggia a 65 m/s nel condotto. Il concetto è quindi identico a quello della galleria del vento.

Trattandosi di una soluzione numerica, per essere implementata ha bisogno di una discretizzazione del volume di controllo (detta mesh): Il volume totale viene quindi sottratto del volume occupato dalla moto per trovare il volume occupato dal fluido. Tale volume viene poi suddiviso in N volumetti considerati come volumi a sé stanti, per ognuno dei quali vengono calcolate velocità, pressione, ecc... o i flussi entranti e uscenti dai lati (a seconda del metodo di soluzione scelto).

Ovviamente, all’aumentare del numero di celle la soluzione trovata avrà un’accuratezza maggiore. Il numero di volumetti da considerare è però limitato dalle risorse hardware disponibili (i tempi di calcolo sarebbero enormi per N grandi) e da problemi di convergenza della soluzione numerica.

La soluzione numerica è quindi un'approssimazione della realtà.

Inoltre, sempre per motivi di convergenza della soluzione, abbiamo dovuto eseguire semplificazioni sul modello della moto ad esempio rendendo solido lo spazio vuoto tra moto e pilota e semplificando o eliminando altre parti (come sospensioni anteriori o cerchioni) che avrebbero potuto dare problemi nella soluzione del problema.

Risulta quasi simpatico perciò notare che il tipo di analisi effettuata è l'approssimazione di una approssimazione della realtà.

Questo serve a motivare il perchè tutte le case costruttrici continuano a puntare sui test in galleria del vento la quale, pur avendo anch'essa effetti di bordo e elevati costi d'impianto e utilizzo, fornisce dati molto più vicini alla realtà.

L'approccio della fluidodinamica computazionale viene nel frattempo utilizzato perchè permette di vedere come si muovono i filetti fluidi non facilmente visibili in galleria, oppure per impostare soluzioni aerodinamiche che poi verranno meglio studiate in galleria: un modellino per la galleria del vento ha costi elevati e quindi si fanno analisi cfd preliminari per vedere se il modello pensato potrà portare a risultati accettabili ed evitare così di costruire modellini che daranno scarsi risultati.

Di sicuro questa tecnica si svilupperà in futuro, ma è ancora presto per dire se sostituirà la funzione delle gallerie del vento.

La semplificazione del modello suggeritaci dalla professoressa Emanuela Colombo (docente del corso di Fluidodinamica Computazionale per Ingegneria Energetica) consiste nel:

· riempimento dei cerchioni

· eliminazione dello spazio vuoto tra pilota e moto.

· chiusura dello spazio tra casco e gobba del pilota

· semplificazione del forcellone posteriore

· considerare le carene laterali senza buchi.

 

Bisogna inoltre considerare altre semplificazioni del caso di studio dovute all'impossibilità di simulazione dei relativi fenomeni:

nell'analisi le ruote risultano ferme, mentre nella realtà la loro rotazione crea effetti che sarebbero da considerare.

Inoltre è impossibile valutare il fatto che la presenza del radiatore dietro alla ruota anteriore fa sì che una parte consistente del flusso che entra tra ruota e punta del musetto vada nel radiatore e non verso il basso, diminuendo così l'effetto deportante di tale profilo, e in parte anche la forza di drag.

Per tutte queste considerazioni ci aspettiamo di trovare dall'analisi cfd un valore di forza di drag e di deportanza superiori a quelli reali.

FIG.1

Semplificazione della moto per ottenere un’analisi fluidodinamica in tempi compatibili con le risorse hardware (sono stati chiusi tutti i volumi in cui non ci interessavano i campi di velocità e pressione)