Vorteq社はWX-R社とコラボをし、Artec Leoを使用して超高速レーシングバイクに命を吹き込みます

課題:とあるスポーツ研究開発会社は、非常に空気力学的なレーシングバイクの作成のために、さまざまなプロのレーシングバイクを高解像度3Dでデジタルにキャプチャする必要がありました。

ソリューション: Artec Leo, Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Wrap

結果:プロのハンドヘルドスキャナであるArtec Leoを使用して、複数のレーシングバイクが3Dでキャプチャされました。自転車のフレームとコンポーネントの正確な形状を特徴とするこれらの正確な3Dモデルは、FECおよびCFD分析と、Artec Space Spiderという超精密な3Dスキャナからの3Dデータを組み合わせて、非常に優れたトラック自転車を設計しました。

プロとオリンピックのサイクリングの世界では、抗力は確かに抗力です。しかし、今では最新のハンドヘルド3Dスキャンテクノロジーと最先端のCFD(計算流体力学)分析、CADの専門知識、デザイン思考を組み合わせることにより、WX-R社のエンジニア達と協力して、英国に本拠を置く企業であるVorteq社は、空を切り抜ける自転車を作り、すでにサイクリング業界全体にムーブメントを起こしています。

Vorteq WX-R トラックバイク

サイクリストが対処しなければならない最大80%の空気抵抗、つまり抗力は彼らの体によるものであり、残りの20%は自転車からのものですが、それらの数値は定かではありません。例えば、Vorteq社のスキンスーツを着用することで、ライダーの体はすでにできるだけ空気力学的に抵抗がなくなっているとしましょう。これにより、通常のサイクリングウェアと比較してCdA(抗力係数x面積)が劇的に減少します。限界利益を追求する次の論理的なステップは、バイク自体の合理化に焦点を当てることです。そうすることで、時間とエネルギーの節約が著しくなるからです。

例えば、5時間のトライアスロンのサイクリングステージでは、エアロダイナミックバイクと通常のレーシングバイクの違いは、フィニッシュラインを数分早く駆け抜けることを意味します。しかし、さらに速く、最強のレーサーからも逃げられる自転車はどうでしょうか?

WX-R Vorteqトラックのフォーク

何十年もの間、レーシング自転車のメーカー達は、アスファルトでマシンを最高の状態にするために努力してきましたが、ほとんどの場合、競合他社の製品モデルを見本として設計してきました。

時折、風洞とCFD試験が使用されてきました。しかし、1つの重要な側面はほとんど無視されてきました:速度方程式の中にいる、人間の側面です。ライダー自身、彼らの自転車、そして特に彼らがどのようにそれらに乗るか全部は、とても重大なデータです。

TotalSimの会社であるVorteq社の設計エンジニアは、F1とモータースポーツでの作業を通じて得た長年のCFD専門知識を使用して、最も困難なエンジニアリングの課題を解決し、その素晴らしい解決法を提供し、世界最速のトラックバイクの作成を目指しています。

Vorteq のTokyo版ハンドルバー

このプロジェクトの最初の段階では、一連のプロ用レーシングバイクをデジタルで高解像度3Dにキャプチャする必要がありました。スキャンに続いて、自転車の3Dモデルは、最新の風洞試験および研究と組み合わせた最先端のCFD分析に使用されます。 その分析には、サイクリスト(自転車の所有者)自身の運動学的な乗り方の分析を含みます。そしてついにその後、究極のエアロトラックバイク、Vorteq WX-Rを作成するためのすべてを統合させます。

疑いの余地のない正確さ、キャプチャの速度、およびワイヤレス機能の要件をすべて満たすことができるプロのハンドヘルド3Dスキャナを探すとなると、たった1つのスキャナが残ります:Artec Leoです。この受賞歴のあるケーブル不要の3Dスキャナは、中型の物体を息をのむような色でキャプチャするために設計されたものです。

Artec 3Dのアンバサダーである、Central Scanning社からVorteq社に推奨および提供されているArtec Leoは、プロのレーシングバイクを1分以内で完全にキャプチャできます

Artec Leo

Central Scanning社のAlex Chungは次のように言いました。「Vorteq社の親会社であるTotalSim社は、2019年1月に英国で最初にArtec Leoを手に入れました。それと共に彼らはどんどん強くなっていきました。Artecの経験豊富なユーザーであったVorteq社は、Artec Leoのスピード、移植性、操作性の向上をすぐに活用して、スキンスーツのデザインワークフローの今までの常識を急激に変えました。彼らのワークフローは、自転車に乗ったサイクリストをその場でArtec Leoを使用し3Dキャプチャするというものでした。そして今、Vorteq WX-Rプロジェクトにより、彼らは再びそれを行いました。今回は、Leoの比類のないスキャン能力と柔軟性の相乗効果を最大限に活用して、本当に注目に値するレーシングバイクの作成を支援します。Central Scanning社は、TotalSim社とVorteq社をイノベーションのパートナーとしてサポートできることを誇りに思っています。」

Artec LeoでSSEH風洞内のライダーと自転車を3Dスキャン

Vorteq社の計測エンジニアであるサム・キルター(Sam Quilter)氏は、どのようにスキャンを実行したのかを説明しました。「Leoを使用して、さまざまな自転車をスキャンして正確なデジタルモデルを取得し、CFDシステムでそれらを比較して、抗力の違いを確認しました。その後、パフォーマンスを向上させるために3Dモデルに構造調整と変更を加えました。そうすることで、複数の自転車から最高のものを抽出して1つのデザインにまとめることができ、それを前進させました。」

キルター氏は続けて言いました。「同時に、設計プロセスを進めている間に、シルバーストーン(SSEH)の風洞にあるこれらの自転車のライダーを分析し、彼らがどのようにパワーを下げ、これが自転車全体にどのように影響するかを正確に理解しました。そうすることで得られた非常に貴重なデータは大量にありました、そしてそれは進行中の自転車設計の重要な要素でした。」

3Dスキャンが開発の中間段階でもどのように役立つかの一例を紹介します。まず各ライダーのバイクをマウントされたリグ(円材)に入れ、さまざまなレベルの荷重をクランクの領域に加えました。そうすることでフレームにゆがみを追加して、どの程度の屈曲と曲がりが発生しているかを確認したのです。これは、ペダルを通過してクランクも通過し、ホイールのアクスルに出るトルクの物理学を再現するために、ピーク発電までずっと行われました。次に、Artec Space Spider 3Dスキャナを使用して、この間に自転車のフレームを正確にキャプチャし、それらのスキャンから、フレームがどのように、どこで屈曲しているかを正確に示す偏差プロットを生成しました。」

「私たちがスキャンしていたすべてのフレームは炭素繊維だったので、かなりのずれがありました。そして、それだけのパワーを下げると、ある程度のフレックスが生じます。これを定量化したかったのです、なぜならライダー達のフィードバックから、彼らはどんなにバイクを愛しているか、そして彼らの柔軟性と応答性のレベルも知っているからです。しかし、あまりにも多くのフレックスは、ライダーからエネルギーの一部を吸収してしまいます。それは、ホイールから奪われ、フレームに散逸するパワーだからです。よって、私達はフレックスがどこで発生しているかを理解する必要もありました。」

Vorteq Tokyoの固定位置サドルマウント

Quilter氏とVorteq社のチームは、Artec Leoからのスキャンを処理するための、独自のワークフローを作成しました。それは次のようでした。「スキャンを後処理ソフトウェアであるArtec Studioにインポートします。自転車のスキャンの場合、間違いなく高速です。次に、すべてが適切に表示されていることを確認します。これは問題にはなりませんが、少なくともざっと目を通すのは常に賢明です。これに続いて、ここに消しゴムツールを使用して、スキャンに存在する不要なデータを削除します。次に、初期設定でグローバル登録を行います。これらは完璧に機能します。

キルター氏は続けます。「この時点から、コンポーネントと剛体構造で作業しているので、シャープフュージョンを実行します。 一方、スキンスーツのボディスキャンを処理する場合は、人体の解剖学的表面を考慮して、スムースフュージョンが最適です。対照的に、対照的に、シャープフュージョンは自転車モデルに必要なすべての複雑な幾何学的詳細を保持します。次に、それをOBJファイルとしてGeomagic Wrapにエクスポートします。そこで、作成された3DモデルをカスタムCFDシステムに送信する前に、いくつかの追加の設計手順を実行します。」

Vorteq Tokyo 4 スポークフロントウィール

研究開発段階に続いて、Vorteq社はその創造を実現するために、過去にVorteq WX-Rには全く似ていないけれども、独自のトラックバイクを製造してきた英国の自転車メーカーであるWorx社と提携しました。

Vorteq WX-Rはすでに競技に使用されており、東京オリンピックに参加する予定です。 UCIトラック世界選手権でのフル出場では、2つのメダルと3つの生涯最高記録、そして2つの全国記録、おまけに新しいアジア圏での記録まで貢献しました。

ベルリンで開催された2020 UCIトラックサイクリング世界選手権で、Azizulhasni Awang氏がVorteq WX-Rで優勝しました

Vorteq社は、世界最速のスキンスーツとトラックバイクの作成に加えて、Artec LeoスキャナとSpace Spiderスキャナを使用して、英国内のオフィスや世界中のどこでも、サイクリング関連の3Dスキャンサービスを提供しています。

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