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Phase 3 des DTC-Projekt – CFD-Analyse von karroserier

Phase 3 i projektet – CFD Analyse

DAVINCI development A/S ist in den dänischen Motorsport eingetreten und ist eine Zusammenarbeit mit dem DTC für die Entwicklung von Karosserien mit Background von High-End Sportcoupés für diese Motorsportserie eingegangen. Dabei handelt es sich um Audi RS5 und Mercedes AMG C63. Ein Chevrolet Camaro, welcher ein aktuelles DTC Auto ist, wird als Referenz benutzt. Nachdem CAD Modelle der Karosserien erstellt wurden, werden diese für CFD Berechnungen verwendet.

Ziel der CFD Analyse

Die Organisatoren der Rennläufe wünschen, dass man keine Vorteile daraus ziehen kann, dass man die eine oder andere Karosserie fährt.
Um diese Voraussetzung einzuhalten, wurden an allen 3 Karosserien CFD Analysen durchgeführt. CFD steht für Computational Fluid Dynamics, welches die übergeordnete Bezeichnung für die Berechnungssoftware ist, die den Flow von Flüssigkeiten und Gasen in z.B. Rohren oder Umströmungen von Objekten simuliert. Luft ist eine Zusammensetzung aus verschiedenen Gasarten und Dämpfen, die in den meisten CFD Softwares gut beschrieben ist. Mit der CFD Software war es uns darum möglich, alle Situationen zu simulieren, in denen wir am Flow der Luft um das Fahrzeug und dessen Einfluss interessiert waren. Ziel der Simulierungen war es, die aerodynamischen Eigenschaften der Karosserien bei 100 km/h, welches meist die Geschwindigkeit am Kurvenausgang ist, und 190 km/h, welches die Topgeschwindigkeit auf der schnellsten Bahn in Dänemark ist, anzugleichen. Durch die Durchführung von CFD Analysen und nachfolgenden Geometrieänderungen konnten wir sicherstellen, dass die Unterschiede der aerodynamischen Charakteristika so gering sind, dass die Fahrer keinen Unterschied zwischen den verschiedenen Karosserien merken.

Camaro Flow simuleres i CFD software
Camaro in Flow Simulering

Merzedes Flow simuleres i CFD software
Mercedes in Flow Simulering

Audi Flow simuleres i CFD software
Audi in Flow Simulering

Verlauf der Simulierungen

Zunächst wurde am Chevrolet Camaro eine CFD Analyse durchgeführt. Drag- und Downforce, sowie Verteilung der Kräfte an Vorder- und Hinterachse wurden ermittelt und als Referenz für die nachfolgenden Analysen verwendet. Diese Vorgehensweise war notwendig, da die Geometrie des Camaroens als bereits etabliertes Fahrzeug festgelegt war und nur an den Karosserien Mercedes und Audi Veränderungen vorgenommen werden konnten. Danach wurde eine CFD Analyse am Audi durchgeführt und die Drag- und Downforce sowie die Werte für die Achsen ermittelt. Die Resultate wurden für Vorschläge an die Designer für Änderungen an der Geometrie verwendet, um diese der des Camaroens anzugleichen. Nachdem die Änderungen umgesetzt wurden, wurde eine weitere Analyse durchgeführt und der Prozess so oft wiederholt, bis die Angleichung innerhalb der gesetzten Toleranzen war. Die Resultate wurden zusammen mit Repräsentanten der DTC bewertet und das Design festgelegt. Danach wurde der gleiche Prozess mit dem Mercedes durchlaufen. Damit stimmten die aerodynamischen Eigenschaften der Karosserien aller Fahrzeuge überein.

Die CFD Analysen entsprechen nicht der Realität in allen Details, da die Fahrzeuge mit offenen Seitenfenstern fahren und die Fronten Öffnungen für die Motorkühlung haben. Diese Details wurden nicht in die CAD Modelle übernommen, um das Niveau der Zusammenarbeit mit den Designern auf einem effektiven Level zu halten und trotzdem akzeptabel präzise Ergebnisse zu erhalten. Die Lösung war die Annahme, dass die Differenzen durch die Details die gleichen Einflüsse auf alle 3 Fahrzeuge haben.

Flowsimulering DTC racer Flowsimulering DTC racer Flowsimulering DTC racer

Herausforderungen bei der Arbeit mit den Analysen

Die Arbeit mit den CFD Analysen gab sowohl technische und designmässige Herausforderungen. Bei den aerodynamischen Änderungen war es sehr wichtig, dass das endgültige Design rein ästhetisch dem der Originalfahrzeuge sehr nah war und das Design durch die Repräsentanten der DTC genehmigt wurde. Darüber hinaus zeigte die CFD Analyse, dass der Mercedes im Vergleich zum Camaro eine zu niedrige Downforce und eine zu hohe Dragforce hatte. Es wurden viele verschiedene Änderungsvorschläge diskutiert und die letztendliche Lösung war eine ”Gurney flap” am Heck des Mercedes, die von den Repräsentanten der DTC vorgeschlagen wurde. Dadurch wurde die Downforce erheblich erhöht ohne die Dragforce merklich zu beeinflussen.

Nachdem die neuen Designs genehmigt und festgelegt waren, wurden Produktionsgrundlagen in 2D und 3D Zeichnungen ausgearbeitet. Das wird im nächsten Artikel beschrieben.

Mehr über die Phasen des Projekts hier lesen:

Phase 1 – Die ersten Schritte – DTC-Projekt
Phase 2 – Modellieren der Karosserien
Phase 4 – Produktionsbasis
Phase 5 – Die Produktion der ersten Serie und Montage