Análisis CFD: ventajas, inconvenientes y comparación del alerón delantero de Ferrari

2018

2019-1

2019-2

Desde estas líneas, mostramos nuestro agradecimiento a Erteclar (@J3DF1) por haber generado el diseño CAD del alerón del Ferrari SF90.

SIMULACIÓN CFD

Las condiciones de la simulación son las siguientes:

• Velocidad: 225 kilómetros/hora.
• Neumáticos y suelo móvil.
• Los radiadores principales están en el interior de los pontones.
• Escape del motor: combinación de gases, temperatura y velocidad.
• Admisión del motor y bloque.
• Refrigeración de los frenos, motor y escapes.
• Turbulencias del 5%.
• Reglajes básicos para el Circuit de Barcelona-Catalunya.
• El ordenador utilizado para la simulación está construido sobre la base de un PC con un procesador de 56 núcleos y una memoria RAM de 256 GB.
• Elaboración y ajuste del reglajes en el CAD a ensayar: 24 horas.
• Programación de la simulación, mallado y demás: 24 horas.
• Ejecución de la simulación: 48 horas.
• Tratamiento y análisis de los datos obtenidos en la simulación: 24 horas.

CONSIDERACIONES PREVIAS

Esta temporada, el Reglamento Técnico ha sufrido una variación sustancial en el concepto del alerón delantero. Eso ha propiciado que existan múltiples diseños a lo largo y ancho de la parrilla.

Estos son los alerones de esta temporada:

En este artículo pondremos énfasis en el diseño de Ferrari con tal de conocer sus posibles ventajas e inconvenientes, e intentaremos compararlo con las demás propuestas.

En una primera aproximación al problema, al margen del diseño que se tenga del alerón delantero, es cierto que muchos equipos han practicado un pequeño escalón en la zona final del endplate. El objetivo, reducir la resistencia aerodinámica del coche a base de reducir los vórtices laterales que producen los extremos del alerón.

Este corte también puede practicarse –y de hecho se practica– perfectamente en el alerón trasero con el mismo objetivo.

ANÁLISIS Y COMPARACIÓN

ANÁLISIS 1

El primer análisis se corresponde a la mejora de los adelantamientos. Podemos ver las líneas de corriente de los tres diseños a estudiar.

2018

2019-1

2019-2

Huelga remarcar que, entre los dos últimos diseños, existe una diferencia muy importante.

Las líneas de flujo son mucho más laminares en el modelo 2019-2. Ello conlleva una menor resistencia aerodinámica, ergo más velocidad punta y quizá una mayor facilidad para adelantar.

En las imágenes frontales es posible apreciar mejor esta variación de facilidad de adelantamientos:

2018

2019-1

2019-2

Al igual que antes, el modelo 2019-1 es mucho mejor que el de 2018 en cuanto a la facilitación de los adelantamientos, por cuanto la estela es mucho menor –menos ancha, menos turbulenta–. A su vez, el Ferrari 2019 o diseño 2019-2 se encuentra entre los dos diseños anteriores, si bien es cierto que tiene menos drag que el 2019-1 –las líneas de corriente por detrás del coche tienden a juntarse más y conformar una 'geometría virtual' más en forma de lágrima. De esta 'geometría virtual' se hablará en sucesivos artículos.

ANÁLISIS 2

El segundo análisis se corresponde a la reducción de la resistencia aerodinámica de los neumáticos. Si analizamos y observamos la distribución de presiones sobre los neumáticos delanteros, podemos apreciar.

2019-1

2019-2

De esta última vista resulta complicado extraer conclusiones. Ahora observemos la distribución de presiones 'negativas' sobre el neumático.

2019-1

2019-2

Al tener el mismo rango de valroes de presión (-420 Pa, 0 Pa) podemos deducir que, en los coches que no tienen alerón tipo Ferrari, las presiones negativas detrás del neumático son todavía menores. Ello quiere decir que, sin el alerón tipo Ferrari, el drag del neumático es mayor.

ANÁLISIS 3

El tercer análisis se corresponde a la reducción de la resistencia aerodinámica de las parrillas de suspensión y otros elementos, como los pontones:

Para poder observar esto, podemos basarnos en la distribución de presiones sobre la boca de los pontones. Una mayor zona roja indica una presión superior.

2019-1

2019-2

Se ha optado por eliminar los neumáticos delanteros para mejorar la visión. Podemos observar que el modelo 2019-2 –que se corresponde con el alerón tipo Ferrari– la presión es mayor. Ello significa que el alerón delantero desvía más aire hacia la parte superior –entrada de los pontones, parrilla de suspensión–, aumentando la resistencia aerodinámica de estas zonas.

CONCLUSIONES

La conclusión es que, efectivamente, el alerón delantero al estilo Ferrari reduce el drag de los neumáticos… pero a costa de incrementar el drag de las parrillas y la entrada de los pontones. Es el efecto contrario al resto de alerones de esta temporada.

Como se señaló al principio de este artículo, existen diversas soluciones para el alerón delantero. Como suele ocurrir en la Fórmula 1, no existen diseños mejores o peores, sino conceptos con ventajas e inconvenientes que deben estudiarse y tratarse  con el conjunto del coche para que el resultado sea positivo.

SOBRE LOS AUTORES

Timoteo Briet Blanes:

Licenciado en Matemáticas y profesor en Ingeniería Industrial. Especialista en Aerodinámica, Simulación CFD, análisis Aero Post Rig. Ha dado clases en Másters de Ingeniería de Competición (Ismans, Le Mans, Mastac, Sun Red Team (Star CCM+), MIC, Campos Racing, Universidad de Nebrija (Star CCM+) y ha trabajado en el diseño de múltiples vehículos de competición y más (Tata Motors, bus Xerus, Aprilia, 125 cc, Pikes Peak Enviate Team USA, STC2000, Peugeot Argentina, Beta Epsilon (Vans con CFD - Fluent), Formula SAE en muchas universidades (Open Foam y más), Johnson Matthey (ESP y TDYN). También organiza conferencias y cursos presenciales y Online sobre aerodinámica, CFD y análisis Aero Post Rig ( https://lnkd.in/e3NpXEk ). Ha escrito más de 25 libros (Amazon) sobre estas temáticas y generado aplicaciones de software. Ahora está abierto a nuevos retos profesionales en cualquier parte del mundo.

• Mail: [email protected]
• LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/timoteobriet
• Twitter: @TimoteoBriet

Ignacio Suarez Marcelo:

Recibió su Máster en Ingeniería y Doctorado en Ingeniería Electrónica en la Universidad de Extremadura en 2002 y 2011 respectivamente. Forma parte del equipo de investigación en Ingeniería Electrónica, Electrónica y Departamento de Automoción de la Universidad de Extremadura. Tiene una amplia experiencia en vehículos autónomos y sistemas incorporados, desarrollando sistemas para recabar datos en test aerodinámicos, módulos de control y paneles de instrumento para coches deportivos. En base a su colaboración con equipos de competición e ingenieros, ha desarrollado una plataforma de simulación virtual de siete puntos para el análisis del vehículo y del rendimiento de su manejo. Sus principales puntos de investigación son la optimización de la suspensión pasiva de los vehículos para mejorar la adherencia, manejo, análisis de aerodinámica inestable en coches de carreras de alto rendimiento y su efecto en las dinámicas verticales del vehículo, vehículos autónomos, sensores inteligentes y sistemas incrustados.

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Pack Software + Colección de libros: http://www.linkedin.com/pulse/pack-software-books-collection-improving-race-car-setup-timoteo-briet   

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