Timón aerodinámico para automoción

Abstract

En el mundo de la alta competición automovilística, cualquier mejora aerodinámica aporta una gran ventaja competitiva. Para reducir el tiempo por vuelta, concretamente en el trazado de las curvas, surge la idea de desarrollar un alerón trasero, dividido en dos partes, que modifican su orientación independientemente una de la otra, en función de las necesidades dinámicas del vehículo.

Este alerón a modo de flap, dota al automóvil de una aerodinámica activa, de tal manera que, en las rectas adapta una orientación nula para adquirir un menor arrastre y conseguir elevadas velocidades. Mientras que, en las frenadas y curvas, la orientación de cada elemento de este alerón debe aportar el mayor arrastre y carga aerodinámica posible. Asimismo, solo la parte del alerón más próxima al centro de giro actúa en el trazado de una curva.

Inicialmente, se ha realizado una simulación dinámica, configurando el alerón en un movimiento de rotación respecto al vehículo. Se obtienen los resultados del efecto del fluido al ir girando el flap. Para su estudio se ha realizado una malla deformable, cercana al alerón que se va regenerando en cada movimiento del flap.

Para simplificar los resultados, se ha analizado más detalladamente varios escenarios estáticos, en los cuales se plantean tres posiciones respecto del vehículo y en cada una, diferentes orientaciones (0º, 10º, 20º y 30º). De cada caso, se ha obtenido los coeficientes aerodinámicos drag y lift.

Después de realizar una exhaustiva comparativa con sus respectivos coeficientes, se deduce que la posición tercera, en la cual el alerón se ubica en el borde del vehículo, aporta mayores fuerzas aerodinámicas. Por este motivo, se analiza detalladamente su comportamiento.

Se ha desarrollado un análisis del efecto del alerón en el trazado de curvas y el comportamiento que causa, al modificar la dinámica del vehículo. También se ha calculado la velocidad máxima que puede alcanzar el automóvil, al tomar una determinada curva sin perder estabilidad y se ha considerado el caso en el que se produzca un vuelco o deslizamiento.

In the world of motor racing, any aerodynamic improvement could provide great competitive advantages. In order to reduce lap times, specifically during cornering, one approach is to develop a spoiler divided in two parts, each one changing its orientation independently from each other, depending of the dynamic needs of the vehicle.

This flap-like spoiler provides active aerodynamics to the car, in such a way that adapts a null orientation on the straights to achieve a lower drag and higher speeds. By the other side, the orientation of each element of this wing must generate the greatest drag and downforce possible in braking and cornering. Likewise, only the spoiler part closest to the center of rotation acts on a curve.

Initially, a dynamic simulation was carried out, configuring the flap in a rotation movement with respect to the vehicle. The effect of the fluid as the flap turned provided different results. In the case, a deformable mesh was required, close to the flap and that is being rebuilt in each flap movement.

To simplify the results, several static scenarios have been analyzed in more detail: the three positions (1, 2 and 3) each one with different orientations (0º, 10º, 20º and 30º). In each case, drag and lift aerodynamic coefficients were obtained.

An exhaustive comparison of the aerodynamic coefficients shown that position 3, in which the spoiler is located on the edge of the vehicle, provides greater aerodynamic forces. Then, it is required a detailed analysis of its behavior.

An analysis of the flap behavior in cornering was developed and its effect in modifying the dynamics forces of the vehicle. The maximum speed reached by the car was also calculated, by taking a certain curve without losing stability, specifically, considering rollover or slip scenarios.