Design and Aerodynamic Analysis of a Formula Student Rear Wing

Abstract

En este trabajo de Fin de Grado se lleva a cabo el diseño CAD mediante el programa SolidWorks del alerón trasero de dos elementos de un monoplaza de Formula Student y un estudio aerodinámico con el paquete CFD de ANSYS-FLUENT. El alerón diseñado deberá cumplir con las restricciones de la competición y asegurar la generación de fuerza de anti-sustentación. En primer lugar, se seleccionan perfiles aerodinámicos de acuerdo con las finalidades de este Trabajo. Se realiza un análisis CFD de estos para distintos ángulos de ataque y dos tamaños de cuerda diferentes, una correspondiente al elemento principal del alerón y otra al flap. Se analizan los resultados obtenidos y se seleccionan los perfiles que demuestran mejores resultados. En segundo lugar, se realiza el diseño CAD de distintas combinaciones generadas a partir de los perfiles de la selección anterior. Se evalúan y comparan las fuerzas producidas, tanto anti-sustentación como arrastre, por cada una de ellas. Se discute sobre los resultados obtenidos y se elige como diseño final la combinación que más respete los objetivos del proyecto. Por último, se analiza en profundidad el producto final destacando sus fortalezas y debilidades. Se realiza una propuesta de posibles futuras mejoras.

This Final Degree Project develops the CAD design using the SolidWorks program of a two-element rear wing of a Formula Student single-seater and an aerodynamic study with the ANSYS-FLUENT CFD package. The designed wing must comply with the competition constraints and ensure the generation of anti-substantiation force. Firstly, airfoils are selected according to the purposes of this project. A CFD analysis is performed for different angles of attack and two different chord sizes, one corresponding to the main aileron element and the other to the flap. The results obtained are analysed and the best performing airfoils are selected. Secondly, the CAD design of different combinations generated from the profiles of the previous selection is carried out. The forces produced by each of them, both anti-substantiation and drag, are evaluated and compared. The results obtained are discussed and the combination that best meets the objectives of the project is chosen as the final design. Lastly, the final product is analysed in depth, highlighting its strengths and weaknesses. A proposal is made for possible future improvements.