Artec Leo помог в разработке самого сверхскоростного гоночного велосипеда Vorteq WX-R

Автор: Мэттью МакМиллион

Задача: Спортивной научно-производственной компании требовалось оцифровать несколько профессиональных гоночных велосипедов и получить 3D-модели с высоким разрешением, чтобы создать на их основе гоночный велосипед с непревзойденными аэродинамическими характеристиками.

Решение: Artec Leo, Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Wrap

Результаты: Несколько гоночных велосипедов оцифровали профессиональным портативным 3D-сканером Artec Leo. Эти точные 3D-модели, полностью повторяющие геометрию рам и компонентов велосипедов, были подвергнуты КЭ-анализу и аэродинамическому моделированию. Затем инженеры объединили результаты анализа с 3D-данными, полученными с помощью ультраточного 3D-сканера Artec Space Spider, и разработали уникальный, единственный в своем роде гоночный велосипед.

Любой профессиональный велосипедист или участник гонок на Олимпийских играх точно знает, что его главный противник — это аэродинамическое сопротивление. Однако британская компания Vorteq совместно с инженерами из WX-R решили значительно облегчить задачу спортсменов и подошли к вопросу фундаментально: они создали велосипед, которому не страшно сопротивление воздуха (к слову, эта новинка уже наделала много шума в своей отрасли). Но как им это удалось? Дизайнеры и инженеры воспользовались революционной технологией сканирования портативным 3D-сканером, а также самым современным аэродинамическим моделированием, обширным опытом работы в САПР и, конечно же, проектировочным мышлением.

Трековый велосипед Vorteq WX-R

Хотя целых 80% сопротивления воздуха, с которым имеет дело велосипедист, напрямую связано с его собственным телом, и только около 20% — с велосипедом, эти показатели всё равно можно корректировать. Например, можно максимально увеличить аэродинамику тела велогонщика с помощью велокостюма Vorteq, который существенно сокращает коэффициент сопротивления по сравнению с обычной одеждой для этого вида спорта. Следующим логичным шагом является повышение аэродинамических характеристик самого велосипеда. Это позволит значительно уменьшить время и силы на преодоление трассы.  

Например, в течение 5-часового велоэтапа в триатлоне преодоление дистанции на аэродинамическом велосипеде по сравнению с обычным гоночным может привести к тому, что гонщик пересечет финишную черту на несколько минут раньше соперников. Но что, если велосипед будет еще быстрее и сможет значительно опередить даже самые мощные модели?

Вилка трекового велосипеда WX-R Vorteq

Многие десятки лет производители гоночных велосипедов стремятся разработать такие модели, которые будут лучшими на треке, однако по большей части их новинки повторяют дизайн конкурентов. Иногда в процессе разработки используются аэродинамические трубы и аэродинамическое моделирование. Однако по большей части в этом скоростном уравнении игнорируется важнейшая переменная в виде человека. Сами велосипедисты, их велосипеды и то, как они ими управляют, представляют собой настоящий кладезь знаний, который только предстоит изучить.

Инженеры-проектировщики Vorteq, дочерней компании TotalSim, имеют многолетний опыт работы с аэродинамическим моделированием, полученный во время подготовки к гонкам Формулы 1 и другим автомобильным соревнованиям. Они решали самые сложные инженерные задачи и представляли своим клиентам автомобили, оснащенные двигателем с наддувом. Теперь же они поставили перед собой другую задачу: создать самый быстрый в мире трековый велосипед.

Руль велосипеда Vorteq Tokyo Edition

На первом этапе проекта было необходимо оцифровать несколько профессиональных гоночных велосипедов и получить 3D-модели с высоким разрешением. После этого модели велосипедов должны были подвергнуться передовому аэродинамическому моделированию в сочетании с испытанием в современной аэродинамической трубе. Кроме того, очень важно было проанализировать кинезиологические особенности езды самих велосипедистов, а после этого объединить все полученные данные и создать самый лучший аэродинамический трековый велосипед, который получил название Vorteq WX-R.

Когда инженеры начали искать профессиональный портативный 3D-сканер, который бы соответствовал всем требованиям, включая безупречную точность, высокую скорость съемки и отсутствие проводов, то в результате тщательного отбора в поле зрения остался только один — Artec Leo. Это признанный беспроводной 3D-сканер, разработанный для оцифровки в завораживающем цвете объектов среднего размера. Он был порекомендован и предоставлен специалистам Vorteq амбассадором Artec 3D, компанией Central Scanning. 3D-сканер Artec Leo может оцифровать целый профессиональный гоночный велосипед всего за одну минуту.

Сканер Artec Leo

Вот что рассказывает об этом сотрудничестве Алекс Чанг из компании Central Scanning: «TotalSim, дочерней компанией которой является Vorteq, была первой организацией в Великобритании, которая приобрела флагманский 3D-сканер Artec Leo еще в январе 2019 года. С его помощью она реализовала самые амбициозные проекты. Специалисты Vorteq уже имели опыт работы с продуктами Artec, поэтому эффективно воспользовались высокой скоростью, портативностью и маневренностью сканера Artec Leo, который кардинально изменил их подход к проектированию велокостюма. С появлением этого 3D-сканера инженеры начали оцифровывать спортсменов прямо на велосипедах. Они повторили такой подход и в процессе проектирования велосипеда Vorteq WX-R: в этот раз эксперты в полной мере воспользовались беспрецедентной мощью сканирования и гибкостью Leo для создания действительно поразительного гоночного велосипеда. Central Scanning гордится своим инновационным сотрудничеством с TotalSim и Vorteq».

3D-сканирование гонщика и велосипедиста в аэродинамической трубе SSEH с помощью Artec Leo

Инженер-метролог из Vorteq Сэм Килтер рассказал, как проходил процесс сканирования: «Сначала мы сняли нашим 3D-сканером Leo несколько велосипедов и получили их точные цифровые модели, а затем сравнили их в системе аэродинамического моделирования. Это позволило понять разницу в их аэродинамическом сопротивлении. Затем мы внесли в 3D-модели структурные корректировки и модификации, чтобы повысить эффективность велосипедов. Такой подход позволил нам взять самое лучшее из разных велосипедов и соединить из в одной модели, которая и легла в основу этой новинки».

Далее Килтер пояснил, что параллельно с процессом проектирования они анализировали движения самих велосипедистов в аэродинамической трубе в Silverstone (SSEH), чтобы понять, как именно спортсмены прикладывают силы, и каким образом эти движения сказываются на всем велосипеде. В результате такого анализа были получены бесценные данные, которые сыграли важнейшую роль в разработке новой модели.

Инженер также привел пример того, как 3D-сканирование помогло даже на этом промежуточном этапе разработки. Так, специалисты поместили велосипед каждого гонщика на подвесную экспериментальную установку и подвергали его различным видам нагрузки на шатун. В результате такого эксперимента рама немного деформировалась, а специалисты замеряли появившиеся на ней изгибы и кривизну. Эксперименты продолжались вплоть до максимальных нагрузок, чтобы воссоздать характер вращения, которое проходит от педалей через шатун на колесную ось. Чтобы максимально точно зафиксировать каждое изменение рамы, был использован 3D-сканер Artec Space Spider. Именно на основе его сканов удалось обнаружить те части рамы, которые деформировались от нагрузок.

«Мы обнаружили, что конструкции прогибались значительно, — продолжает Килтер, — поскольку все рамы, которые мы сканировали, были изготовлены из углепластика. В то же время мы понимали, что такие деформации неизбежны, поскольку нагрузки были действительно высокими. Нашей задачей было не столько предотвратить деформации, сколько проанализировать эти изменения, потому что мы уже слышали от спортсменов, как они любят свои велосипеды, а также их гибкость и скорость реагирования. Однако слишком большой изгиб увеличивает нагрузку на гонщика, поскольку передаваемая колесам энергия просто рассеивается по раме. Нам нужно было понять, где именно происходит деформация».

Зафиксированное положение зажима подседельного штыря велосипеда Vorteq Tokyo

Килтер с командой специалистов Vorteq разработали собственный процесс постобработки сканов, полученных с помощью Artec Leo. На первом этапе сканы импортируются в программу для постобработки Artec Studio, которая безупречно быстро работает со сканами велосипедов. Затем эксперты проверяют качество и достаточность полученных данных. Как уточняют сами инженеры, «проблем никогда не было, но хотя бы бегло осмотреть сканы не помешает». После этого иногда используется инструмент «Ластик», который позволяет убрать со скана ненужные данные. Наконец, запускается глобальная регистрация с установленными по умолчанию настройками (они подходят идеально, поэтому участия команды Vorteq не требует).

Второй этап заключается в создании моделей, или склейке. Килтер использует режим «Четкая склейка», который максимально точно передает все сложные геометрические детали компонентов и жестких конструкций, необходимые для получения модели велосипеда. Для сравнения: в процессе постобработки сканов для создания велокостюма лучше подходил режим «Гладкая склейка», поскольку он лучше учитывает органические анатомические поверхности тела человека. После этого модель в формате OBJ экспортируется в Geomagic Wrap, где проходит еще несколько дополнительных этапов разработки. Затем полученная 3D-модель выгружается в систему аэродинамического моделирования.

Переднее колесо велосипеда Vorteq Tokyo 4 Spoke

После завершения этапов изучения и разработки нужно было воплотить новинку в жизнь. Для этого Vorteq обратилась к британской компании Worx, которая раньше выпускала собственные велосипеды, но они, конечно же, были далеки от Vorteq WX-R.

Суперсовременный Vorteq WX-R уже принял участие в нескольких гонках, а также заявлен на участие в Олимпийских играх в Токио. На чемпионате мира по трековому велоспорту спортсменам в полной экипировке удалось завоевать две медали, показать 3 лучших результата за всю историю гонок, установить 2 национальных рекорда и один новый рекорд Азии.

Азизулхасни Аванг мчится к победе на велосипеде Vorteq WX-R на чемпионате мира по трековому велоспорту 2020 в Берлине

Кроме создания самых быстрых в мире велокостюмов и трекового велосипеда, Vorteq также предлагает целый ряд услуг по 3D-сканированию в этой сфере. С помощью 3D-сканеров Artec Leo и Space Spider специалисты с радостью решат любую велозадачу либо в своем офисе в Великобритании, либо в любой точке планеты.

Связаться с нами