Aerodynamica

Windtunnel- en motorsporttoepassingen

Het ontwerpen en testen van aerodynamische voertuigonderdelen is een grote uitdaging voor autosportingenieurs over de hele wereld. En hoewel computersimulaties zich de afgelopen jaren voortdurend hebben ontwikkeld, vindt ontwerpvalidatie nog steeds plaats in de windtunnel. De praktijkervaring is ongeëvenaard bij het verifiëren van simulatiegegevens en het verzamelen van waardevolle aerodynamische informatie voor het einddoel: het winnen van de race. Door de tijd van idee tot representatief prototypedeel aanzienlijk te verkorten door het gebruik van 3D-printtechnologieën, kun je de beschikbare tijd in de windtunnel optimaal benutten.
  • Toegewijde prijsexpert
  • Verzending de volgende dag
  • Snelservice
Managing Director Tobias Röcker

Wat is een windtunneltest?

Windtunneltesten zijn een belangrijk hulpmiddel voor autosportteams om simulaties en berekeningen te valideren en ontwerpen te verbeteren. Bij windtunneltests worden modellen in een kanaal geplaatst waar lucht doorheen stroomt, waardoor motorsportingenieurs en -teams aerodynamische krachten zoals lift en weerstand kunnen kwantificeren. Windtunnels bestaan ​​al sinds het midden van de 17e eeuw, toen uitvinders probeerden de beweging van lucht over oppervlakken te bestuderen. Dit leidde uiteindelijk in 1871 tot het eerste windtunnelontwerp van de Britse ingenieur Frank Wenham.

Met welke factoren wordt rekening gehouden bij windtunneltesten?

A. Grootte van het object en stromingsomstandigheden

Bij windtunneltesten is het type en de grootte van de windtunnel afhankelijk van de grootte van het testobject en de vereiste stromingsomstandigheden. Enkele opmerkelijke windtunnels voor motorsport zijn:

De windtunnel van Sauber Engineering in Hinwil, Zwitserland

Sauber Engineering, onderdeel van het Alfa Romeo F1 Team Stake, heeft een eigen windtunnelfaciliteit nabij Zürich. Deze stalen faciliteit heeft een 140 meter lang gesloten circuit met een turbine van 3.000 kilowatt die tot vijf ton stuwkracht genereert. De windtunnel maakt gebruik van modelauto's om de aerodynamische omstandigheden onder raceomstandigheden te simuleren, waardoor gedetailleerd testen en optimaliseren van aerodynamische opstellingen mogelijk is.

Rail Tec Arsenal voertuigteststation in Wenen, Oostenrijk

Deze faciliteit biedt verschillende windtunnels zoals de Large Climatic Wind Tunnel (CWT), de Icing Wind Tunnel (IWT) en de Small Climatic Wind Tunnel (CWT) voor aerodynamische tests.

Mercedes-Benz aero-akoestische windtunnel in Sindelfingen

De aero-akoestische windtunnel in het ontwikkelingscentrum van Sindelfingen is een van de krachtigste systemen ter wereld. De lucht kan worden versneld tot 265 km/u.

B. Categorie snelheidsregime

Alleen subsonische windtunnels zijn geschikt voor autosporttoepassingen, terwijl transsone en supersonische windtunnels over het algemeen in de lucht- en ruimtevaart worden gebruikt.

Subsonisch

In subsonische windtunnels (M < 0,8) (<987,84 km/u) kunnen samendrukbaarheidseffecten worden genegeerd omdat de luchtstroom lager is dan de geluidssnelheid. Om hoge snelheden te bereiken is het dwarsdoorsnedeoppervlak van de testsectie doorgaans klein.

Transonisch

Transsone windtunnels (0,8 <M <1,2) werken met snelheden die de geluidssnelheid benaderen of gelijk zijn. Testen met transsone snelheden is moeilijk vanwege de schokgolfreflecties van de tunnelwanden.

Supersonisch

Supersonische windtunnels (1,2 < M < 5,0) verwerken een luchtstroom die de geluidssnelheid overschrijdt, wat resulteert in ernstige samendrukbaarheidseffecten. Deze tunnels maken vaak gebruik van mondstukken om de stroom te vernauwen en vervolgens te verspreiden om supersonische snelheden in het testgedeelte te bereiken.

C. Instrumenten voor het meten van aerodynamische krachten

Krachtbalansen

Dit zijn speciale apparatuur waarmee modellen in windtunnels worden geplaatst en direct de hef- en sleepkrachten worden gemeten die erop werken. De krachtenbalans genereert signalen die verband houden met de krachten en momenten van het model, die cruciaal zijn voor de aerodynamische analyse.

Diagnostische instrumentatie-apparaten

Voorbeelden zijn onder meer statische drukkranen, totale drukharken, laser-Doppler-snelheidsmeting en hittedraadsnelheidssondes. Deze apparatuur biedt diagnostische informatie over de luchtstroom rondom het model, waardoor ingenieurs kunnen begrijpen hoe lucht door en rond het model beweegt in windtunnelexperimenten.

Apparaten voor stroomvisualisatie

Veelgebruikte hulpmiddelen zijn onder meer rookgeneratoren, die rook in de windtunnel introduceren om het luchtstroomgedrag visueel weer te geven. Plukjes, dit zijn kleine touwtjes die aan het oppervlak van het model zijn bevestigd en die de richting en beweging van de luchtstroom aangeven. Flow-vis-verf, een mengsel van gekleurd pigment en olie dat op oppervlakken wordt aangebracht en de luchtstroompatronen benadrukt terwijl het voertuig beweegt. Schlieren-beeldvormingssystemen die schokgolven in samendrukbare stromingen kunnen visualiseren, waardoor inzicht ontstaat in de vormen en locaties van schokgolven. Laserplaten daarentegen worden gebruikt om deeltjes of rook in de luchtstroom te verlichten, waardoor de helderheid en nauwkeurigheid van de visualisatie van het luchtstroompatroon bij windtunneltests wordt verbeterd.

Wat zijn de voordelen van 3D-printen in windtunneltoepassingen?

Tijdreductie

Samen met de effectiviteit van de windtunnel komt er een grote vraag naar en vaak korte tijdsvensters voor het gebruik van deze systemen. Met de kortere tijd van concept tot product, mogelijk gemaakt door 3D-printen, is snelle ontwerpiteratie mogelijk om de gewenste resultaten te bereiken. Dus in plaats van je zorgen te maken over de productiemethode van het product, kun je je volledig richten op het ontwerp.

Lagere investering

Bovendien is de lage initiële investering voor representatieve modellen die klaar zijn om te testen ongeëvenaard in vergelijking met conventionele productie, waardoor u de financiële vrijheid krijgt om meerdere ontwerpen te herhalen.

Verhoogde ontwerpcomplexiteit

Ten slotte is het belangrijkste voordeel van het gebruik van 3D-printen voor aerodynamische voertuigonderdelen de ontwerpcomplexiteit. Met het uitbreiden van de vorm-, hiërarchische, materiaal- en functionele complexiteit, gewichtsvermindering, functionele integratie of superieure esthetiek krijgt u een voorsprong op de concurrentie.

Hoe kan 3D-printen worden toegepast in de autosport, rekening houdend met windtunneltests?

Aangepaste aerodynamische componenten

Motorsportteams maken gebruik van 3D-printen om unieke aerodynamische componenten te produceren voor windtunneltests. Specifieke voorbeelden hiervan zijn onder andere remkanaalinlaten die de luchtstroom optimaliseren voor remkoeling, achtervleugelflappen gemaakt met lay-up tools voor meer neerwaartse kracht, motorzuigers vervaardigd door middel van 3D-printen van metaal om het gewicht te verminderen zonder afbreuk te doen aan de kracht, rolbeugels met lichtgewicht roosterontwerpen voor de veiligheid van de bestuurder en rempedalen met ingewikkelde, spinachtige structuren voor gewichtsvermindering en structurele stabiliteit. 3D-printen maakt een snellere verkenning van ontwerpopties mogelijk en garandeert tegelijkertijd optimale prestaties tijdens aerodynamische tests.

Gereedschap voor windtunnelmodellen


Motorsportteams kunnen 3D-printtechnologie gebruiken om op maat gemaakte gereedschappen, mallen en armaturen te vervaardigen die precies passen bij de specifieke vormen en vereisten van hun aerodynamische componenten, wat de precisie en efficiëntie van windtunneltests vergroot. Bovendien biedt 3D-geprinte tooling flexibiliteit bij ontwerpiteraties en snelle prototyping, waardoor teams hun testmethoden kunnen optimaliseren en betere aerodynamische prestaties kunnen behalen in de competitieve wereld van de autosport.

Productie van reserveonderdelen


In de context van windtunneltesten wordt 3D-printen gebruikt om snel en betaalbaar reserveonderdelen voor windtunnelmodellen te produceren. 3D-printen zorgt ervoor dat motorsportteams hun testapparatuur effectief kunnen onderhouden en downtime tijdens kritieke testfasen kunnen voorkomen.

Welke materialen raden wij aan voor windtunneltesten?

Somos® PerFORM™ van Stratasys® - Geprint op de Stratasys® Neo®800 / Neo®450

Somos® PerFORM™ is een stereolithografisch materiaal van Stratasys®, ontwikkeld voor sterke, stijve, hittebestendige composietonderdelen. Vanwege de detailresolutie en stijfheid is het de optimale keuze voor representatieve prototypeonderdelen voor windtunneltests.

Onderdelen gemaakt met Somos PerFORM™ hebben de laagste viscositeit van elk composiet stereolithografiemateriaal, waardoor ze sneller te produceren zijn, gemakkelijker na te bewerken zijn, superieur zijn in zijwandkwaliteit en een ongeëvenaarde detailresolutie bieden. Somos® PerFORM™ is een keramisch materiaal met extreem hoge hittetolerantie en stijfheid.

De Stratasys® Neo®800 en Neo®450 zijn ontworpen met de klant in gedachten voor betrouwbaar SLA 3D-printen volgens de gouden standaard. Door gebruik te maken van Somos® PerFORM™ produceert u maatvaste onderdelen met uitzonderlijke zijwanden en scherpe functieresolutie, wat resulteert in een reductie van 50% in de nabewerkingstijd.

Stratasys®

Neo®800

Stratasys®

Neo®450s

Photopolymeer

Stratasys® Somos® PerFORM

Eric Meinzer Productie Manager

Laat uw componenten nu 3D printen! Heb je nog vragen? Neem contact op met onze experts!

ST-130 van Stratasys® - Geprint op de Stratasys® Fortus® 450mc

Het Stratasys® ST-130-filament is een oplosbaar 3D-printmateriaal dat voornamelijk wordt gebruikt om composietelementen zoals pijpen, bogen en kanalen te vervaardigen met behulp van opofferingsmateriaal. ST-130 wordt gebruikt in de autosportsector en bij windtunneltests als oplosbare kernen/opofferingsvormen voor composietgereedschap. De procedure omvat het printen van een malvorm met ST-130, het omwikkelen met composietmateriaal, uitharden en vervolgens het onderdeel en de mal onderdompelen in een oplossingsbad. Hierdoor wordt het opofferingsmateriaal van de ST-130 opgelost, waardoor alleen het uiteindelijke holle composietgedeelte overblijft.

ST-130 is autoclaveerbaar en wordt vaak gebruikt met een driehoekig vulpatroon om het oplossen te versnellen, de printsnelheid te verhogen en materiaal te besparen. Het is vooral handig voor het maken van geavanceerde holle composietmallen, waarvoor normaal gesproken meerdelige clamshell-mallen nodig zijn, wat resulteert in naden in het eindproduct. ST-130 maakt de productie van naadloze onderdelen uit één stuk in één enkel productieproces mogelijk.

De Fortus® 450mc levert nauwkeurige, betrouwbare prestaties, waardoor het een revolutie teweeg kan brengen in de toeleveringsketens, de productie kan versnellen en productiekosten kan besparen. De bewezen betrouwbaarheid en de mogelijkheid om ST-130 te gebruiken maken het een vertrouwde 3D-printoplossing voor fabrikanten in onder meer de autosportsector.

Filament

Stratasys® ST-130

Eric Meinzer Productie Manager

Laat uw componenten nu 3D printen! Heb je nog vragen? Neem contact op met onze experts!

FDM Nylon 12CF (koolstofvezel) van Stratasys® - Geprint op de Stratasys® Fortus® 450mc

FDM Nylon 12CF (Carbon Fiber) van Stratasys® is een sterk thermoplastisch filament versterkt met gehakte koolstofvezel, ideaal voor gebruik in onder meer de autosport en windtunneltesten. In de autosport blinkt dit materiaal uit in het genereren van lichtgewicht maar duurzame componenten zoals armaturen en productieonderdelen, met een opmerkelijke stijfheid en sterkte-gewichtsverhouding, waardoor het metalen onderdelen efficiënt kan vervangen.

Voor windtunneltesten is FDM Nylon 12CF belangrijk voor het maken van exacte modellen die aerodynamische omstandigheden effectief simuleren. Deze modellen zijn van cruciaal belang voor het testen en verbeteren van de aerodynamische ontwerpen van motorfietsen. Met zijn hoge sterkte, stijfheid en lichtgewicht eigenschappen is FDM Nylon 12CF een uitstekend materiaal voor het creëren van sterke gereedschappen, functionele prototypes en geselecteerde eindgebruikonderdelen voor windtunneltesttoepassingen.

De Fortus® 450mc levert nauwkeurige, betrouwbare prestaties, waardoor het een revolutie teweeg kan brengen in de toeleveringsketens, de productie kan versnellen en productiekosten kan besparen. De bewezen betrouwbaarheid en de mogelijkheid om FDM Nylon 12CF (Carbon Fiber) van Stratasys® te gebruiken, maken het een vertrouwde 3D-printoplossing voor fabrikanten in onder meer de autosportsector.

Filament

Stratasys® FDM Nylon 12CF (Carbon Fiber)

Eric Meinzer Productie Manager

Laat uw componenten nu 3D printen! Heb je nog vragen? Neem contact op met onze experts!

Somos® WaterShed® Black van Stratasys® - Geprint op de Stratasys® Neo®800

Somos® WaterShed® Black, een geavanceerd stereolithografiemateriaal van Stratasys®, is speciaal ontwikkeld voor toepassingen zoals windtunnelmodellen vanwege zijn uitstekende eigenschappen. Dit materiaal biedt een unieke mix van stijfheid, maatvastheid en een hoge detailresolutie, waardoor het een uitstekende keuze is voor het produceren van nauwkeurige en duurzame windtunnelmodellen. De uitzonderlijke vochtbestendigheid van Somos® WaterShed® Black zorgt ervoor dat deze modellen bestand zijn tegen de strenge omstandigheden van windtunneltests, waardoor nauwkeurige aerodynamische prestatiegegevens worden verkregen.

Bij gebruik voor windtunnelmodellen versnelt Somos® WaterShed® Black op de Stratasys® Neo®800 3D-printer het productieproces tot 50% ten opzichte van conventionele zwarte SL-harsen. Deze efficiëntie bespaart niet alleen tijd, maar verbetert ook de modelkwaliteit. Bovendien elimineert de zuiverdere zwarte kleur van het materiaal de noodzaak van nabewerkingsactiviteiten zoals schilderen, wat resulteert in een professionele afwerking die tijd en geld bespaart.

De Stratasys® Neo®800 fungeert als een ideale oplossing voor het produceren van kleine tot grote modellen. Door deze machine te gebruiken om het Somos® WaterShed® Black-materiaal van Stratasys® te printen, kunt u snel grootformaat SD- en HD-windtunnelmodellen produceren met een fijne resolutie en ingewikkelde, kleine details.

Stratasys®

Neo®800

Photopolymeer

Stratasys® Somos® WaterShed Black

Eric Meinzer Productie Manager

Laat uw componenten nu 3D printen! Heb je nog vragen? Neem contact op met onze experts!

xCERAMIC3280 van Nexa3D® ook bekend als Ultracur3D® RG 3280 van BASF - Geprint op de Nexa3D® XiP Pro

xCERAMIC3280 (Ultracur3D® RG 3280), een keramisch gevulde hars van BASF Forward AM, heeft uitstekende eigenschappen die het ideaal maken voor het vervaardigen van productieonderdelen voor de autosport en windtunneltests. Met een stijfheid van ongeveer 10 GPa en een warmteafbuigtemperatuur van meer dan 280°C biedt dit materiaal uitzonderlijke mechanische prestaties, die cruciaal zijn voor veeleisende toepassingen zoals de autosport.

De hoge stijfheid verzekert de structurele integriteit en het uithoudingsvermogen van componenten die worden blootgesteld aan zware omstandigheden, waardoor het uitstekend geschikt is voor de productie van aerodynamische componenten, motoronderdelen en structurele elementen in de autosport. Het vermogen van het materiaal om stabiel te blijven bij hoge temperaturen, evenals het snelle en gemakkelijke printproces, maken het ideaal voor het vervaardigen van uitgebreide windtunnelmodellen voor aerodynamisch onderzoek.

De XiP Pro-printer van Nexa3D® is een van de ultrasnelle hars 3D-printers die speciaal zijn gemaakt voor de xCERAMIC3280-hars. De unieke LSPc®-technologie van Nexa3D® maakt de snelle productie van hittebestendige componenten met hoge resolutie binnen enkele uren mogelijk.

Nexa3D®

XiP Pro

Photopolymeer

Nexa3D® xCERAMIC3280

Photopolymeer

BASF Ultracur3D® RG 3280

Eric Meinzer Productie Manager

Laat uw componenten nu 3D printen! Heb je nog vragen? Neem contact op met onze experts!

PA11 CF van Nexa3D® - Geprint op de Nexa3D® QLS 260

PA11 CF (koolstofvezel) is een materiaal dat is vervaardigd uit biologische componenten (ricinusolie) en beschikt over uitstekende robuustheid, ductiliteit en slagvastheid, waardoor het een duurzaam alternatief is voor PA12.

Als het gaat om windtunneltesten, komen de kwaliteiten van PA11 CF tot uiting in de creatie van geavanceerde en duurzame modellen voor aerodynamisch onderzoek. De stijfheid van het materiaal, gecombineerd met zijn vermogen om de structurele integriteit onder veranderende omstandigheden te behouden, garandeert dat windtunnelmodellen en productieonderdelen nauwkeurig en betrouwbaar zijn.

Met een ongeëvenaarde cyclustijd van 21 uur gebruikt de Nexa3D® QLS 260 een enkele CO2-laser van 60 watt om PA11 CF-productiecomponenten en windtunnelmodellen met hoge mechanische en thermische eigenschappen te vervaardigen.

Nexa3D®

QLS 260

Poeder

Nexa3D® sPro11CF

Eric Meinzer Productie Manager

Laat uw componenten nu 3D printen! Heb je nog vragen? Neem contact op met onze experts!

Use Cases

  • QLS 230

    Rahal Letterman Lanigan Racing - Engineeringsnelheid en -prestaties verbeteren met de QLS 230

  • ARGO 500

    Ducati - Additieve productie van het hitteschild van de tank van de Ducati Panigale V4 R Superbike