Ratapäiväauton aerodynamiikan parantaminen

Abstract

Tämän insinöörityön tavoite oli parantaa Mazda Miata -ratapäiväauton aerodynaamista suorituskykyä numeerisen virtausdynamiikan simuloinnin avulla. Lisäksi tarkoituksena oli tarkastella numeerisen virtausdynamiikkasimuloinnin käyttöä amatööritason kilpa-autoilussa.

Työ toteutettiin luomalla 3D-malli tutkittavasta autosta Catia 3D -mallinnusohjelmistolla. Tätä mallia käyttämällä suoritettiin numeerisia virtausdynamiikan simulaatioita OpenFoam -simulaatio-ohjelmistolla. Simulaatioiden tuloksia käyttämällä suunniteltiin auton aerodynaamista suorituskykyä parantavia osia. Suunnittelun jälkeen osat hankittiin tai valmistettiin ja asennettiin autoon. Lopuksi Ahveniston moottoriradalla suoritettiin käytännön koe, jossa verrattiin paranneltua aerodynaamista kokonaisuutta autoon ennen muutoksia.

Simulaatioiden tulosten mukaan auton aluksi tuottama 600 newtonin nostovoima saatiin muutettua 1300 newtonin negatiiviseksi nostovoimaksi. Tuloksista nähtiin myös, että auton tuottama ilmanvastus nopeudessa 160 km/h kasvoi 910 newtonista 1130 newtoniin. Käytännön kokeessa kierrosaika parani noin sekunnin uusien suunniteltujen osien asentamisen jälkeen, mutta muiden muuttujien takia aerodynaamisten muutosten vaikutusta kierrosaikaan ei voitu määrittää varmasti. Käytännön kokeessa saavutettiin kierrosaika 1:29.6. Numeeristen virtausdynamiikkasimulaatioiden käyttäminen katsottiin lopputuloksen kannalta hyödylliseksi.

The objective of this Bachelor’s thesis was to improve the aerodynamic performance of a Mazda Miata trackday car by utilizing computational fluid dynamics simulations. Another objective was to examine the utilization of computational fluid dynamics in amatour racing.

The thesis was carried out by creating a 3D-model of the examined car in Catia 3D-modeling software. This model was used to carry out computational fluid dynamics simulations in OpenFoam simulation software. The results of these simulations were used to design parts to improve the areodynamic performance of the car. After all the parts were designed they were acquired or fabricated and installed to the car. Finally, a practical test was executed at Ahvenisto race track, in which the new improved aerodynamic setup was compared to the car before the changes.

The results of the simulations showed that the car produced initially 600 Newtons of lift and after the changes 1300 Newtons of downforce. The results also showed that aerodynamic drag that the car must overcome at 160 kph increased from 910 Newtons to 1130 Newtons. In the practical test an improvement of about one second was seen between the initial setup and the new setup utilizing the newly designed parts. Because of other variables defining the certain effect to the lap times caused by the aerodynamic changes was not possible. A lap time of 1:29.6 was achieved in the practical test. Utilizing computational fluid dynamics simulations was found beneficial in the whole process.