Как усовершенствовать гоночный болид F3 с помощью Artec Leo

05/07/2020

Автор: Жан Коле

Любой гоночный автомобиль, например, Dallara F399/01, является результатом многолетнего технического развития. Двигатели, рамы и материалы постоянно совершенствуются, чтобы соответствовать техническим требованиям автоспорта и при этом максимально повысить эффективность болида. Фактически, достижения последних лет в проектировании таких автомобилей создают впечатление, что теперь улучшить конструкцию просто невозможно. Как минимум, без значительных финансовых и временных инвестиций. Но что, если кто-то захочет получить техническое превосходство над конкурентами? Есть ли доступные варианты? Джон Хьюс, студент магистратуры на кафедре инженерного дела Университета Уэльса Тринити Сент-Дэвид (UWTSD), предложил простое решение: улучшить аэродинамические характеристики.

«Каждая мельчайшая деталь, каждая маленькая победа — это лучше, чем ничего. Если сравнивать с первоначальными характеристиками болида, в настоящий момент нам удалось увеличить скорость автомобиля примерно на 10 миль в час при движении на прямом участке. И это только благодаря повышению аэродинамических показателей».

Джон работает над передним крылом болида Dallara в рамках своей магистерской диссертации. Ему помогает еще один студент, специализирующийся на аэродинамике, а также два владельца автомобиля. Их задача: добиться максимально возможной скорости автомобиля, который в настоящее время принимает участие в спринтерской гонке Чемпионата Великобритании — престижного первенства, сезон которого состоит из 16 этапов на разных трассах Великобритании. Пользуясь небольшими перерывами между гонками, Джон со своей командой работает над автомобилем в университетской мастерской, расположенной рядом с портом города Суонси.

Гоночный автомобиль Dallara F399/01 компании SBD на трассе в Англси

Первое время команда измеряла автомобиль F3 вручную, но результаты были не совсем точными, а весь процесс занимал много времени. Вполне логично было найти надежный способ быстро производить точные измерения. Именно на этом этапе конструкторам пришла мысль воспользоваться технологией 3D-сканирования. Сначала они попробовали самые простые методы 3D-сканирования для получения модели САПР, но и они были недостаточно точными. Как только они узнали о профессиональных решениях для 3D-съемки, сразу же обратились к амбассадору Artec 3D в Великобритании, компании Central Scanning, в надежде, что ее специалисты помогут добиться необходимых результатов. Когда Джон увидел предварительные сканы, полученные с помощью совершенно нового 3D-сканера Artec Leo, он понял, что не ошибся с выбором. «По сравнению с тем, что я видел ранее, полученные в результате съемки детали невозможно переоценить — они просто поразительны», — признался он.

Джон Хьюс (справа) и Том Уайт из компании Central Scanning (слева) смотрят на предварительную 3D-модель автомобиля Dallara прямо на экране сканера Leo

Ник Годфри и Том Уайт из Central Scanning проанализировали поставленную задачу и пришли к выводу, что лучшим инструментом для этого проекта станет Artec Leo. «Leo способен очень быстро снимать объекты среднего и большого размера. Ему не требуется предварительная подготовка, а съемку можно проводить прямо на месте, — пояснил Ник. — Этот сканер работает совершенно автономно. Это означает, что к нему не нужно подключать ни кабели, ни компьютер, которые могут ограничивать движения в процессе работы. С его помощью мы можем снять практически любой объект намного проще, чем при использовании другого 3D-сканера».

Leo оснащен собственным аккумулятором и цифровым дисплеем, на котором в режиме реального времени отображаются оцифрованные данные — они, кстати, сохраняются на карту памяти, которую затем можно вставить в компьютер. Том отсканировал болид Dallara в мастерской университета UWTSD без какого-либо дополнительного оборудования. В общем итоге съемка всего автомобиля заняла менее 2 часов. Еще день потребовался для обработки данных со сканов в программе Artec Studio, а окончательная модель САПР была отправлена Джону несколькими днями позже.

Портативность Leo позволяет легко и быстро оцифровывать объекты прямо на месте

Важно отметить, что в сфере аэродинамики изменение конструкции даже на один миллиметр может иметь огромное значение. Artec Leo обладает высочайшей скоростью сбора данных — 3 миллиона точек в секунду! При этом 3D-модель сразу же отображается на его экране. Когда была реконструирована геометрия всего автомобиля, Джон мог провести качественное аэродинамическое моделирование в Ansys и проанализировать все доступные способы улучшить аэродинамические показатели болида, используя 3D-модель.

«Обычно я начинаю с того, что пытаюсь максимально оптимизировать уже имеющиеся компоненты без изменения геометрии отдельных частей, — объясняет Джон. — Например, на переднем крыле этого автомобиля множество таких элементов, как щитки и концевые аэродинамические поверхности. Я планировал изучить, как изменение положения этих щитков может улучшить общую эффективность крыла. Чтобы получить необходимые результаты, иногда приходится тратить несколько месяцев. Однако процесс можно ускорить с помощью программы планирования эксперимента. Как только будет оптимизирована оригинальная геометрия, я смогу планировать новые улучшения конструкции путем анализа результатов аэродинамического моделирования. Использование такого метода позволяет сэкономить время и расходы на производство, поскольку я пытаюсь максимально сохранить первоначальную форму крыла».

Изображение облака 3D-точек автомобиля Dallara F399/01 в интерфейсе Artec Studio

Окончательная 3D-модель в Artec Studio (слева) и модели САПР, созданные из полученных данных (справа)

После анализа и проектирования измененные части отправили компании Fibre-Lyte, производителю углеволокна, который специализируется на спорте высоких достижений. Они создают единичные детали на фрезерном 3D-станке, а затем, если потребуются большие объемы, их можно запустить в серийное производство.

Изготовленные части уже установлены на гоночный автомобиль, и Джон начал замечать первые результаты: «С начала процесса модифицирования нам удалось повысить скорость болида при движении на прямом участке и на повороте. Я внес множество изменений в конструкцию закрывающих щитков, и каждое из них приводит к увеличению скорости. Результаты математического моделирования также многообещающие».

Спроектированный Джоном закрывающий щиток установлен на болид F3

Почему в университетах полезно использовать сканеры Artec 3D?

Как показывает опыт Джона, использование профессионального 3D-сканирования в инженерном деле, а также других дисциплинах (например, в археологии, дизайне и спортивной науке) предоставляет студентам дополнительные преимущества. Применение новейших технологий гарантирует, что студенты будут лучше подготовлены к будущей карьере и смогут занять ведущие должности в сфере метрологии, реверс-инжиниринга, сохранения культурного наследия и множестве других отраслей.

Продуктовая линейка Artec 3D обеспечивает самое точное 3D-сканирование объектов любого размера. Мы гордимся своим сотрудничеством с университетами по всему миру, которое основано на неизменно популярных образовательных комплектах. Специальные предложения для школ, университетов и исследовательских институтов — это уникальная возможность, которая позволяет следующему поколению экспертов получить реальный опыт работы с самыми передовыми инструментами на профессиональном рынке.

Поскольку первый опыт 3D-сканирования оказался для Университета Уэльса Тринити Сент-Дэвид очень успешным, здесь заявили о намерении продолжить работу со сканерами Artec 3D над другими техническими проектами, включая сканы мотоциклов и мотоциклетных колясок.

Связаться с нами