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Corso di Laurea e Dipartimento di Ingegneria Meccanica

 
 

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Ottimizzazione delle prestazioni aerodinamiche di kart da competizione


TVK Ricerca Fluidodinamica



Effetti aerodinamici sul trasferimento di carico
L'aerodinamica influenza anche l'assetto del kart, variando le forze verticali che agiscono sulle ruote, e quindi modificando l'aderenza che queste possono dare. Fino a questo punto sono state nominate solo le forze aerodinamiche, ma in realtà bisogna considerare che le azioni aerodinamiche producono anche dei momenti. Le componenti di tali momenti lungo gli assi x, y, e z assumono rispettivamente i nomi di momento di rollio, di imbardata e di beccheggio. Se si considera l'equilibrio delle forze e dei momenti aerodinamici agenti sul kart, includendo le reazioni che le ruote esercitano sul suolo, si ottengono le forze che vanno sottratte alla distribuzione statica dei carichi sulle ruote. Per analizzare la variazione di carico tra l'anteriore ed il posteriore è possibile utilizzare un approccio semplificato che prevede di considerare solo quello che accade nel piano verticale longitudinale al kart. In tale modo verrà computata la variazione di carico che compete all'intero asse anteriore ed a quello posteriore. Le equazioni di equilibrio, scritte nel sistema di riferimento utilizzato fino ad ora, sono molto semplici, e riguardano l'equilibrio alla traslazione orizzontale (asse x), a quella verticale (asse y) e l'equilibrio dei momenti intorno all'asse z. L'equilibrio orizzontale è indipendente dagli altri ed è banale, essendo immediato che la resistenza Fx è uguale all'azione orizzontale degli pneumatici posteriori Up. Nelle altre due equazioni le incognite sono le due reazioni sulle ruote Va e Vb. Il momento Mz è calcolato da PowerFLOW intorno al polo C (baricentro del kart), mentre l'equazione di equilibrio alla rotazione è scritta per comodità intorno al polo O (proiezione a terra del baricentro), in quanto la scelta di tali poli è arbitraria. L'altezza di C dal suolo è yc, mentre le distanze di tale punto dall'asse anteriore e da quello posteriore sono rispettivamente x ant e x post.


Le forze ed i momenti agenti sul kart per l'equilibrio verticale ed a rotazione intorno all'asse z



Equazioni di equilibrio


Analogamente a quanto visto per i coefficienti delle forze, è possibile definire i coefficienti dei momenti, dove si introduce anche una lunghezza caratteristica L, che di solito viene assunta pari al passo del veicolo.


Definizione dei momenti aerodinamici e dei loro coefficienti


I risultati ottenuti per tutti i casi simulati vengono mostrati nella tabella seguente, dove è possibile confrontare i diversi comportamenti. Per completezza si riportano i momenti aerodinamici Mx, My e Mz, i loro coefficienti CMx, CMy e CMz ed infine le forze verticali Va e Vp.


Momenti aerodinamici e forze di alleggerimento sull'asse anteriore e posteriore


Si ricorda che, per come sono stati presi i segni delle reazioni Va e Vb, quando queste sono positive significa che vanno sottratte alle forze dovute al peso, e viceversa. Si nota come generalmente l'effetto delle azioni aerodinamiche tenda a scaricare l'anteriore ed a caricare il posteriore e come tale effetto sia proporzionale alla velocità. Si nota anche come nella configurazione di pilota accucciato tali forze siano minori rispetto al caso di pilota dritto. Nella simulazione di due kart accodati, si evidenzia come il kart che precede venga alleggerito di più del corrispondente caso isolato e come invece il kart che segue risenta di meno di tali azioni. Inoltre il secondo kart viene alleggerito sia all'anteriore che al posteriore.

Con calcoli più sofisticati si può tenere conto anche della distribuzione dei carichi verticali in direzione trasversale al kart per vedere l'effetto dell'asimmetria di forma del kart. Inoltre è anche possibile identificare la distribuzione dei carichi laterali degli pneumatici e della ripartizione della resistenza sulle due ruote motrici.

Gli effetti sulla distribuzione dei carichi sono importanti perché influenzano la possibilità di aderenza degli pneumatici, sia in senso longitudinale (frenata/accelerazione) che in quello trasversale (curva). Anche questi effetti possono essere inglobati nel modello dinamico integrato sopra citato, per tenere conto dell'aerodinamica, che, come è stato visto, ad elevate velocità non è più trascurabile.


Files allegati

stream_x
Animazione delle linee di flusso nel piano x
stream_y
Animazione delle linee di flusso nel piano y
stream_z
Animazione delle linee di flusso nel piano z
2kart_streamlines
Animazione delle linee di flusso dei due kart accodati




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