Сотрудничество инженеров часто приводит к инновациям, и инженеры Toyota Motor Corp. расширили свои знания в области аэродинамики транспортных средств, работая с командой аэрокосмических гонок. В этом конкретном сотрудничестве используется технология моделирования Ansys для одновременного улучшения аэродинамических характеристик самолетов и автомобилей.
Юсуке Накаэ, отвечающий за исследования и разработки технологий CAE в Toyota Motor Corporation, сотрудничал с компанией Toyota JSOL над использованием Ansys LS-DYNA для анализа жидкостей с целью измерения аэродинамической силы, возникающей во время движения автомобиля, и того, как это происходит. сила влияет на устойчивость автомобиля.пол. Используя опыт предыдущих автомобильных симуляций для улучшения самолета для воздушных гонок, а затем улучшая автомобили Lexus на основе их успеха в самолетах для воздушных гонок, команда Накаэ достигла анализа, который был невозможен с использованием традиционных методов.
От традиционной аэродинамики к экспериментальной
Традиционные методы тестирования аэродинамики транспортного средства включают воздействие силы ветра на неподвижный автомобиль, а затем измерение изменений посредством экспериментов и расчетов. Команда Zhongjiang хотела понять, чем отличается внешняя сила воздуха, когда автомобиль движется и когда он неподвижен. Это вдохновило команду Zhongjiang попытаться проанализировать движущееся транспортное средство. В частности, они надеются использовать LS-DYNA для моделирования аэродинамической формы автомобиля при смене полосы движения.
Результаты, полученные при обычном анализе (сила ветра, приложенная во время стоянки автомобиля), сильно отличаются от результатов, полученных при движении автомобиля. Однако измерение аэродинамических сил во время вождения автомобиля остается сложной задачей – даже в аэродинамических трубах. Команда Чжунцзяна надеется использовать моделирование для количественного анализа аэродинамических различий. Поскольку Toyota использует LS-DYNA в качестве стандартного инструмента для анализа показателей безопасности при столкновении, а LS-DYNA также имеет возможности анализа жидкостей, команда подумала, что если бы они могли добавить возможности анализа жидкостей в свою модель, они могли бы создать анализ с использованием одного решателя. Идеальная среда для нескольких физических свойств.
Lexus спонсирует Ёсихидэ Муроя, который участвует в чемпионате Red Bull по высшему пилотажу. В 2017 году команда Чжунцзяна впервые перед соревнованием проверила свою теорию аэродинамики самолета.
Аэродинамические результаты самолета улучшают автомобильный дизайн
В авиастроении аэродинамический анализ часто выполняется в стационарном состоянии, поэтому перед командами авиагонщиков стоит серьезная задача применить знания и опыт, используемые в автомобильном моделировании, к проектированию авиационных гонок.
Частью проблемы является разница в скорости воздуха.
Самолеты очень быстрые (винтовые самолеты летают со скоростью 350 километров в час), а автомобили очень медленные, путешествуя со скоростью 100 километров в час. Кроме того, самолеты имеют обтекаемую форму, а автомобили — нет, поэтому поток воздуха вокруг их основания совершенно другой. Это означает, что исследователи не могут точно рассчитать аэродинамические силы, если не смогут воспроизвести поток воздуха (особенно в турбулентных условиях).
Моделирование аэродинамики крыла< /п>
К счастью, в настоящее время имеется большое количество экспериментальных данных о крыльях самолетов, поэтому команда Zhongjiang может выбрать подходящую модель турбулентности для проведения анализа применения самолета.
Команда смоделировала различные аэродинамические силы, вызываемые различными движениями. Они использовали высокопроизводительные компьютеры для выполнения сложных вычислений, компилирования данных, их визуализации и обмена ими с авиационными гоночными командами.
Во время воздушных гонок команды тестируют летные технологии, анализируют записываемые данные, а затем итеративно тестируют новые технологии. Один участник даже заметил, что радиус круга Мурайи стал больше, а его общее время сократилось.
Результаты авиагонок вдохновляют на создание новых автомобилей Lexus
Этот опыт принес большую пользу компаниям Toyota/Lexus.
«Я научился контролировать вихри, и с точки зрения аэродинамического сопротивления необходимо избегать создания вихрей», — сказал Накаэ. «Протестировав винглеты различной формы и проведя симуляционный анализ, я определил конструкцию крылышка с наименьшим сопротивлением воздуха и приобрел опыт управления вихрями».
В автомобильных приложениях команда обнаружила, что создание эффективных вихрей вокруг автомобиля может улучшить его динамические характеристики. Реальные характеристики оказались столь же хороши, как и их теоретическое видение, что привело к запуску в январе серии Lexus LC 500 Inspiration Series. Эта модель, выпущенная ограниченным тиражом, выводит 471-сильный V8 Grand Touring Coupe на совершенно новый уровень. Важным обновлением, вдохновленным воздушными гонками, стал задний спойлер из пластика, армированного углеродным волокном, который имитирует перевернутое крыло самолета и создает вихри на законцовках крыла для улучшения маневренности и эффективности.
Взгляд в будущее
Хотя чемпионат мира по высшему пилотажу Red Bull отменен в 2019 году, команда Чжунцзяна продолжит усердно работать над исследованиями в области аэродинамического моделирования.
Заглядывая в будущее автомобильного дизайна, Toyota и Lexus продолжат исследовать возможности наземного и воздушного применения и продолжат использовать полученные знания для создания новых продуктов.
Накадзянг сказал: «Технология симуляционного анализа позволяет нам получить методы и производительность, которые подрывают традиционное мышление».
Источник: Gasgoo
Автор: Синь Вэнь