Optimização aerodinâmica da forma da carroçaria de um veículo automóvel protótipo para competir na Shell Eco-Marathon Europe 2014

Abstract

A motivação para este trabalho consiste em efectuar o estudo aerodinâmico e optimizar a forma da carroçaria de um veículo automóvel protótipo para participar na competição de eficiência energética Shell Eco-marathon Europe 2014. O primeiro passo é realizar a pesquisa bibliográfica sobre os métodos de optimização aerodinâmica de veículos deste tipo, e sobre métodos matemáticos para gerar a forma destas superfícies de modo paramétrico. O estudo prossegue com a definição da geometria que será ocupada por todos os componentes necessários ao funcionamento do veículo e pelo piloto, respeitando o regulamento da competição. A fase seguinte consiste em definir a forma da carroçaria, que obrigatoriamente terá de conter no seu interior o volume anteriormente definido. O objectivo deste trabalho é efectuar o estudo paramétrico da influência de variáveis geométricas da carroçaria e de escoamento importantes nos coeficientes de força e de momento aerodinâmicos da carroçaria, utilizando software comercial de mecânica dos fluidos computacional. Os parâmetros do escoamento incidente a serem estudados são o ângulo de “yaw” e o número de Reynolds. As variáveis geométricas estudadas foram a distância mínima da carroçaria ao solo, a altura do nariz da carroçaria ao solo, a forma da linha de camber da carroçaria e o seu camber máximo, a distribuição de espessura do perfil lateral da carroçaria, a distribuição de espessura do perfil em planta da carroçaria e a sua espessura relativa, as coordenadas do bordo de ataque, a evolução da forma do perfil, do comprimento da corda, da espessura relativa, do camber máximo e respectiva localização em fracção do comprimento da corda e do ângulo de convergência das carenagens das rodas com a altura ao solo.

The motivation for this work is to carry out the aerodynamic study and optimize the shape of the bodywork of a prototype vehicle, to participate in the energy efficiency competition Shell Eco-marathon Europe 2014. The first step is to perform a literature search on methods of optimizing aerodynamics of vehicles of this type, and on mathematical methods for generating the shape of these surfaces in a parametric mode. The study goes on to define the geometry that will be occupied by all components required to operate the vehicle and the driver, complying with the competition rules. The next step is to define the shape of the bodywork, which necessarily must contain in its interior, the previously defined volume. The aim of this work is to perform the parametric study of the influence of geometric variables of the body and flow, important in the aerodynamic force and torque coefficients of the body, using commercial software of computational fluid mechanics. The flow parameters to be studied are the incident yaw angle and the Reynolds number. The geometric variables studied are the minimum distance from the body to the ground, the shape of the camber line of the main body of the vehicle and its maximum camber, the thickness distribution of the lateral profile of the main body of the vehicle, the thickness distribution and relative thickness of the plan view of the bodywork, the coordinates of the leading edge, the evolution of the shape of the profile, the chord length, the relative thickness, the maximum camber and its location as a fraction of the chord length and the angle of convergence of the wheel fairings with the ground height of the profile.