Comment booster les performances d’une voiture de course de F3 avec Artec Leo

Par Jean Colet

Défi : Améliorer le profil aérodynamique d’une voiture de course de F3 active dans le cadre d’une maîtrise en ingénierie

Solution : Artec Leo, Artec Studio

Résultats : Les scans 3D du véhicule ont permis le développement précis de l’aile avant, avec une augmentation de la vitesse dans les lignes droites et les virages

Une voiture de course telle que la Dallara F399/01 est le fruit de plusieurs décennies d’avancées en ingénierie. Moteurs, châssis et matériaux ont tous été hautement perfectionnés afin de répondre aux réglementations techniques du sport automobile tout en améliorant les performances. Les progrès accomplis au fil des ans dans la conception de voitures de course sont si remarquables que la marge d’amélioration semble faible. Du moins pas sans investir une quantité considérable de ressources financières et de temps. Quelles sont, par conséquent, les options possibles pour quelqu’un qui voudrait obtenir un avantage technique sur ses adversaires ? John Hughes, étudiant de troisième cycle en ingénierie à l’Université du pays de Galles Trinity Saint David (UWTSD), a offert une réponse simple : l’aérodynamique.

« Le moindre détail, le moindre avantage gagné, est mieux que rien. Actuellement, nous avons réussi à gagner environ 16 kilomètres par heure dans les lignes droites par rapport au début. Uniquement grâce au développement aérodynamique. »

John travaille sur l’aile avant de la Dallara avec un autre étudiant en aérodynamique et les deux propriétaires de la voiture dans le cadre de son projet de maîtrise. Leur objectif est d’améliorer les performances du véhicule, qui participe actuellement au British Sprint Championship, un prestigieux championnat comportant 16 événements par saison aux quatre coins du Royaume-Uni. Entre les épreuves, John et son équipe disposent de fenêtres de temps étroites pour travailler sur la voiture dans le garage de l’université, situé à côté du port de Swansea.

La Dallara F399/01, propriété de SBD, sur le circuit d’Anglesey

Pendant quelque temps, l’équipe s’est servie d’outils de mesure manuels pour obtenir les dimensions de la Dallara mais les résultats manquaient de précision, sans parler du temps qu’ils nécessitaient. L’équipe est arrivée naturellement à la conclusion qu’elle avait besoin d’un moyen fiable d’obtenir de meilleures mesures plus rapidement. C’est là que l’idée des technologies de scan 3D lui est venue à l’esprit. Elle a d’abord recouru à des méthodes basiques du scan 3D pour obtenir un modèle CAO avec lequel elle pouvait travailler, mais celui-ci n’était toujours pas suffisamment précis. Dès qu’elle a entendu parler des solutions professionnelles de scan 3D, l’équipe a contacté les Ambassadeurs Artec 3D britanniques de Central Scanning dans l’espoir que ces derniers puissent lui fournir les résultats requis. En voyant les scans préliminaires effectués avec le tout nouveau scanner 3D Artec Leo, John a immédiatement su qu’il avait fait le bon choix. « En regardant ce qui a été scanné, la quantité de détails est sans pareille. C’est incroyable et incomparable à ce que j’ai vu auparavant », commente-t-il.

John Hughes (à droite) et Tom White de Central Scanning (à gauche) en train de regarder une prévisualisation du modèle 3D de la Dallara, directement sur l’écran tactile de Leo.

Nick Godfrey et Tom White de Central Scanning avaient préalablement analysé la tâche qui les attendait, et conclu qu’Artec Leo serait le meilleur outil pour l’accomplir. « Leo est capable de numériser des objets de taille moyenne et large très rapidement. Il n’exige aucun préparatif, et le scan peut être réalisé immédiatement sur le terrain, explique Nick. Le scanner est entièrement autonome, ce qui signifie qu’il n’y a ni câbles ni ordinateurs reliés à celui-ci et limitant vos mouvements. Nous pouvons numériser quasiment tout ce que nous voulons plus facilement qu’avec n’importe quelle autre solution de scan 3D. »

Leo est doté de sa propre batterie et d’un écran tactile qui affiche le scan en temps réel. Il enregistre les données sur une carte mémoire pouvant ensuite être transférée sur un ordinateur. Tom a scanné la Dallara dans le garage de l’UWTSD sans avoir besoin d’équipements supplémentaires. En tout, le scan de la voiture entière a pris moins de deux heures. Les données du scan ont été traitées en une journée dans Artec Studio et, quelques jours plus tard, John a reçu un modèle CAO complet.

La facilité de transport de Leo permet un scan rapide et simple sur le terrain.

Soulignons que dans le domaine de l’aérodynamique, les changements millimétriques apportés au design peuvent jouer un grand rôle. Artec Leo est fort d’une impressionnante vitesse d’acquisition des données de 3 millions de points par seconde, avec le traitement 3D en temps réel affiché directement sur son écran. En ayant la géométrie de la voiture entière scannée avec la plus grande précision, John peut effectuer une meilleure simulation numérique en mécanique des fluides (CFD) sur Ansys, en analysant toutes les options pour perfectionner le profil aérodynamique de la voiture à partir du modèle 3D le plus réaliste.

« Je commence en général par essayer d’optimiser le mieux possible le composant actuel sans modifier la géométrie des composants individuels. Par exemple, l’aile avant actuelle comporte de multiples éléments, tels que des clapets et des ailettes. J’examine si un changement de position des clapets améliorerait les performances globales de l’aile, explique John. Ce processus peut prendre des mois. Le recours à un logiciel de construction d’un plan d’expérience peut toutefois l’accélérer. Une fois la géométrie originale optimisée, je peux commencer à développer la géométrie originale en étudiant les résultats de la mécanique des fluides numérique. Cette méthode fait gagner du temps et de l’argent en matière de production étant donné que je m’efforce de conserver autant que possible l’aile avant originale. »

Rendu du nuage de points 3D de la Dallara F399/01 dans l’interface d’Artec Studio

Modèle 3D affiché dans Artec Studio (à gauche) et modèles CAO obtenus à partir des données scannées (à droite)

Après le travail d’analyse et de conception, les pièces modifiées ont été envoyées chez Fibre-Lyte, un fabricant de fibre de carbone spécialisé dans le sport de haut niveau. À l’aide d’une machine de fraisage 3D, il est capable de créer des pièces uniques économiques pouvant être reproduites, ou produites en plus grandes quantités, si de plus gros volumes sont nécessaires.

Les pièces produites ont été installées sur la voiture de course, et John a déjà pu constater des différences : « Depuis les modifications, nous observons des gains de vitesse dans les lignes droites et les virages. J’ai créé un certain nombre d’itérations de conception de déflecteurs, chacune montrant des performances améliorées. Les résultats des simulations sont prometteurs. »

Déflecteur conçu par John et monté sur la Dallara F3

Pourquoi utiliser les scanners Artec 3D dans les universités ?

Comme le montre le cas de John, la plus-value du scan 3D professionnel en ingénierie ou dans d’autres disciplines telles que l’archéologie, le design, et les sciences du sport, est extrêmement profitable aux étudiants. En apprenant avec les toutes dernières technologies, les étudiants sont sûrs d’être bien mieux préparés pour leur future carrière et d’être à la pointe de la métrologie, de la rétro-ingénierie, de la conservation du patrimoine et de tout autre secteur.

La gamme de produits Artec 3D garantit le scan 3D le plus précis, avec des scanners convenant à des tâches de toute ampleur. Artec 3D est fière de coopérer avec des universités du monde entier, grâce à ses très populaires packs éducatifs. Les offres spéciales destinées aux écoles, universités et instituts de recherche sont une excellente occasion pour les prochaines générations de spécialistes d’acquérir une expérience pratique avec les outils les plus avancés disponibles sur le marché professionnel.

Après le succès de sa première expérience en scan 3D, l’université du Pays de Galles Trinity Saint David souhaite continuer à utiliser les produits Artec 3D dans divers projets d’ingénierie, y compris le scan de motos et de side-cars.