Come migliorare le prestazioni di un'auto da corsa F3 con Artec Leo

Di Jean Colet

Sfida: migliorare il profilo aerodinamico di un'auto da corsa F3 per un master in ingegneria

Soluzione: Artec Eva, Artec Studio

Risultati: le scansioni 3D del veicolo hanno consentito un preciso sviluppo dell'alettone anteriore, aumentando la velocità della vettura sui rettilinei e in curva

Un'auto da corsa, come la Dallara F399/01, è il prodotto di decenni di ricerche ingegneristiche. Motori, telai e materiali hanno fatto progressi straordinari al fine di rispettare le norme tecniche degli sport motoristici, aumentando al contempo le prestazioni. In effetti, i notevoli progressi già compiuti negli anni nell'ingegneria delle auto da corsa fanno sembrare che non ci sia molto spazio per ulteriori miglioramenti. Almeno non senza investire una buona quantità di risorse finanziarie e tempo. Considerato tutto ciò, quali opzioni sono possibili se qualcuno vuole ottenere un vantaggio tecnico rispetto alla concorrenza? John Hughes, uno studente di ingegneria post-laurea presso l'Università del Galles Trinity Saint David (UWTSD), ha offerto una risposta semplice: l'aerodinamica.

“Ogni piccolo dettaglio, ogni piccolo guadagno che ottieni, è meglio di niente. Al momento, siamo riusciti a guadagnare circa 10 miglia all'ora nella velocità sui rettilinei rispetto a prima. Solamente attraverso lo sviluppo aerodinamico."

John ha lavorato sull'alettone anteriore della Dallara come parte del suo progetto di master con un altro studente di aerodinamica insieme ai due proprietari dell'auto. Il loro obiettivo era quello di migliorare le prestazioni del veicolo, attualmente in gara nel British Sprint Championship, un prestigioso campionato di 16 eventi per stagione che si tiene in tappe in tutto il Regno Unito. Tra un evento e l'altro, John e il suo team hanno avuto tempo per lavorare sulla macchina nell’officina dell'Università, situata proprio accanto al porto di Swansea.

La Dallara F399/01, di proprietà di SBD, che corre sul circuito di Anglesey

Per un po' il team ha utilizzato strumenti di misurazione manuali per ottenere le dimensioni della F3, ma i risultati mancavano di precisione e richiedevano molto tempo. Sono naturalmente giunti alla conclusione che avevano bisogno di un modo affidabile per ottenere misurazioni migliori e più veloci. È qui che l'idea delle tecnologie di scansione 3D è entrata nel loro campo visivo. Inizialmente hanno provato i metodi di base della scansione 3D per ottenere un modello CAD su cui poter lavorare, ma non era ancora abbastanza preciso. Non appena sono venuti a sapere delle soluzioni di scansione 3D professionali, hanno contattato l'ambasciatore Artec 3D del Rego Unito, Central Scanning, nella speranza di poter ottenere i risultati necessari. Osservando le scansioni preliminari fatte con il nuovissimo scanner 3D Artec Leo, John ha capito di aver fatto la scelta giusta. "Queste scansioni, la quantità di dettagli, sono superiori a qualsiasi cosa io abbia mai visto in precedenza. È incredibile, rispetto a quello che ho visto venire prodotto in precedenza," ha detto.

John Hughes (a destra) e Tom White (a sinistra) di Central Scanning osservano l'anteprima del modello 3D della Dallara, direttamente sul touchscreen di Leo

Nick Godfrey e Tom White di Central Scanning hanno in primo luogo analizzato il compito da svolgere, concludendo che Artec Leo sarebbe stato lo strumento migliore per questo lavoro. "Leo è in grado di catturare oggetti medio-grandi molto rapidamente. Non richiede alcuna preparazione e la scansione può essere effettuata direttamente sul posto", ha detto Nick. "Lo scanner è completamente autonomo, il che significa che non ci sono cavi o computer collegati che limitano i movimenti. Siamo in grado di catturare praticamente qualsiasi cosa più facilmente rispetto a qualsiasi altra soluzione di scansione 3D."

Leo è dotato di una propria batteria, un touchscreen che mostra la scansione in tempo reale e salva i dati su una scheda di memoria che può essere successivamente trasferita su un computer. Tom ha scansionato la Dallara nell'officina UWTSD, senza bisogno di altri strumenti. In tutto, la scansione dell'intera macchina ha richiesto meno di 2 ore. I dati di scansione sono stati elaborati su Artec Studio in un giorno e pochi giorni dopo John ga ottenuto un modello CAD completo.

La portabilità di Leo offre l'opportunità di eseguire scansioni in loco, in modo rapido e semplice

È importante notare che nel campo dell'aerodinamica, i cambiamenti millimetrici nella progettazione possono fare la differenza. Artec Leo vanta un'incredibile velocità di acquisizione dati di 3 milioni di punti al secondo, con elaborazione 3D in tempo reale visualizzata direttamente sul suo schermo. Avendo la geometria dell'intera vettura digitalizzata con la massima precisione, John può eseguire una migliore simulazione della fluidodinamica computazionale (CFD) su Ansys, analizzando tutte le opzioni per ottimizzare il profilo aerodinamico dell'auto dal modello 3D più realistico.

“Di solito inizio dall'ottimizzare il componente corrente nel miglior modo possibile senza alterare la geometria dei singoli componenti. Ad esempio, l'attuale alettone anteriore ha più elementi, come alette e flap. In questo caso inizierei dal considerare se spostare la posizione delle alette migliorerebbe le prestazioni generali dell'alettone," ha spiegato John. "Questo processo può richiedere mesi per essere corretto. Tuttavia, può essere velocizzato con l'uso del software Design of Experiment (DoE). Una volta che la geometria originale è stata ottimizzata, posso quindi continuare e iniziare a sviluppare la geometria originale studiando i risultati CFD. L'uso di questo metodo consente di risparmiare tempo e costi di produzione, poiché sto cercando di mantenere l'alettone anteriore il più possibile vicino al design originale."

Una nuvola di punti 3D della Dallara F399/01 nell'interfaccia di Artec Studio

Il modello 3D risultante mostrato in Artec Studio (a sinistra) e modelli CAD realizzati con i dati acquisiti (a destra)

Dopo l'analisi e il lavoro di progettazione, le parti modificate sono state inviate a Fiber-Lyte, un produttore di fibra di carbonio specializzato in sport ad alte prestazioni. Con l'aiuto di una fresatrice 3D, saranno in grado di creare parti a basso costo che possono essere prodotte in serie, nel caso fossero necessari volumi di produzione più elevati.

Le parti prodotte sono state installate sulla macchina da corsa e John ha già iniziato a notare la differenza: "Abbiamo notato sensibili guadagni sulla velocità nei rettilinei e nelle curve da quando sono iniziate le modifiche. Ho creato una serie di iterazioni di progettazione bargeboard, ognuna delle quali mostrava i miglioramenti delle prestazioni. I risultati della simulazione mostrano buone promesse in termini di miglioramento delle prestazioni."

Un bargeboard progettato da John montato sulla F3

Perché usare gli scanner 3D Artec nelle università?

Come mostra il caso di John, il valore aggiunto della scansione 3D professionale in ingegneria o altre discipline come l'archeologia, il design e la scienza dello sport è immensamente vantaggioso per gli studenti. Studiare con le più recenti tecnologie è una garanzia che gli studenti saranno molto meglio preparati per le loro future carriere, facendoli eccellere in campi quali metrologia, ingegneria inversa, conservazione del patrimonio e altri.

La linea di prodotti Artec 3D garantisce una scansione 3D più precisa, con scanner per attività di qualsiasi dimensione. Artec 3D è orgoglioso di lavorare con università di tutto il mondo, grazie ai suoi sempre popolari pacchetti educativi. Le offerte speciali per scuole, università e istituti di ricerca sono eccellenti opportunità per le prossime generazioni di esperti di acquisire esperienza pratica con gli strumenti più avanzati disponibili sul mercato professionale.

Dopo il successo della loro prima esperienza con la scansione 3D, l'Università del Galles Trinity Saint David ha mostrato interesse a continuare con i prodotti Artec 3D su vari progetti di ingegneria, tra cui scansioni di moto e sidecar.

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