Druk 3D zwiększa wydajność kolektorów powietrza w samochodach wyścigowych

Od wielu lat uczelnie wyższe i uniwersytety w Chinach organizują wspólne zawody samochodów wyścigowych. Konkurs ten przyczynił się mocno do adaptacji części drukowanych 3D jako kluczowych komponentów w przemyśle motoryzacyjnym. Zespół CRT pochodzący z Changsha University of Technology stanął przed wyzwaniem projektowym stworzenia nowego kolektora dolotowego. Nowo zaprojektowany komponent powinien charakteryzować się niższą masą i poprawić osiągi samochodu. Dzięki współpracy z Farsoon Technologies zastosowano druk 3D w samochodach wyścigowych. Zespół CRT wykonał dziesiątki prototypów z materiałów polimerowych i metalowych. Badania i próby wreszcie pozwoliły spełnić wymagania projektowe, obniżyć masę i poprawić osiągi.

Jak istotny jest kolektor dolotowy dla samochodu wyjściowego?

Silniki spalinowe wymagają odpowiedniej ilości paliwa i powietrza aby poprawnie funkcjonować. Im lepiej dobrany będzie stosunek tych dwóch czynników, tym lepszą wydajność osiągnie silnik. Za pomocą specjalistycznego komputerowego oprogramowania można przeprowadzić symulacje przepływu mas powietrza przez kolektor, sprawdzając tym samym potencjalną wydajność silnika. Poprzez połączenie druku 3D i wyników symulacji komputerowych zespół złożony z projektantów i inżynierów jest w stanie zmaksymalizować wydajność i osiągi silnika w samochodzie wyścigowym.

Jako główny sponsor zespołu CRT, Farsoon Technologies, oferuje pełne wsparcie i dostęp do swoich technologii w celu stworzenia najlepszych komponentów do bolidu formuły FNX-17. Zakończona seria symulacji wykazała optymalne parametry przepływu powietrza przez nowo zaprojektowany kolektor(ukazany poniżej). W porównaniu z dwoma poprzednimi projektami, nowy komponent zapewnia doskonałe osiągi i zwiększa potencjalną moc bolidu.

Celem nowego projektu było zoptymalizowanie parametrów kolektora pod względem osiągów i wagi. Zespół CTR osiągnął łączny wzrost wydajności dostarczania gazów o blisko 12,5%. Jednocześnie, dzięki zastosowaniu lekkiego stopu aluminium i technik przyrostowych, udało się obniżyć wagę komponentu o 53,12%.

Symulacje: Maksymalizacja parametrów pracy kolektora dzięki wytwarzaniu drukiem 3D

Projektowanie komponentów przeznaczonych do wykonania drukiem 3D znacznie różni się od tradycyjnych koncepcji projektowania dla standardowych metod wytwarzania. W porównaniu z designem z roku 2017, starsze projekty z 2015r. i 2016r. koncentrowały się głównie na kształcie komory wlotowej. Zoptymalizowany projekt z 2017 roku zmniejsza kąt nachylenia stożka zaworu ograniczającego, zwiększa objętość komory regulatora i długość kolektora dolotowego.

Charakterystykę przepływu gazu przez element otrzymano dzięki symulacji komputerowej. Zbadano efekt fluktancji i stratę energii podczas przepływu powietrza oraz ruch powietrza w komorze silnika spalinowego. Dla tych samych parametrów wielkości kolektora i dokładności co do jego wykonania, elementy wykonane w oparciu o techniki przyrostowe pozwalają projektantom na zmaksymalizowanie potencjału układu dzięki pełnej swobodzie podczas ich projektowania.

Projekty z wcześniejszych lat 2015, 2016 projektowano tak, aby zapewnić maksymalnie wyrównane proporcji pomiędzy paliwem a powietrzem dla czterocylindrowego silnika. Po przeprowadzeniu zmian w projekcie, różnica pomiędzy przepływem powietrza pomiędzy różnymi cylindrami wynosi tylko 5%, co pozwoli na zapewnienie równomiernego wlotu powietrza i będzie skutecznie zapobiegać negatywnemu zjawisku nierównomiernego wlotu powietrza na różne cylindry. Obliczony w programie ANSYS CFX maksymalny przepływ gazu przez tak zaprojektowany kolektor wynosi 0.12 kg/s. 

Podsumowanie

W tym samym czasie inżynierowie starali się wykorzystać efekt fluktacji wlotowej do obliczenia podstawowej długości czterech kolektorów dolotowych, standardowo wykorzystując ANSYS CFX (multifunkcjonalna platforma symulacyjna wykorzystująca metodę elementów skończonych) do dalszej optymalizacji długości kolektora. Końcowo, jego długość została ustalona na 310 mm.

Porównano wyniki analizy metody elementów skończonych głównego części zespołu wlotu powietrza. Całkowita objętość wlotu bolidu w wersji 2017 to 0,135 kg/s. Stanowi to wzrost o 12,5% niż w przypadku starego układu wlotu powietrza. Oczywiście, teoretycznie.

Tytuł oryginału: Farsoon AM Enhances Performance on Race Car Air Intake System

Źródło: http://en.farsoon.com/industry_detail/productId=77.html