Estudio de los efectos aerodinámicos sobre el fondo plano de un monoplaza

Abstract

La aerodinámica ha sido uno de los factores que más importancia ha cobrado en los últimos años en el mundo de las competiciones automovilísticas. Su utilización eficiente permite aumentar la adherencia del vehículo al suelo, mejorando el paso por curva a altas velocidades. Este proyecto responde a una propuesta del equipo de competición Pons Racing, con el objetivo de estudiar el comportamiento aerodinámico del fondo plano del Formula Renault 3.5, monoplaza con el que compiten en las World Series by Renault. Para estudiar este comportamiento, se tendrán en cuenta los efectos de la rotación de las ruedas y del movimiento relativo entre el vehículo y el suelo. El objetivo del estudio consiste en obtener las fuerzas resultantes generadas por el fondo plano para tres configuraciones de altura de las suspensiones utilizadas en el equipo Pons Racing. Para ello, se creará un modelo 3D del monoplaza en Solid Edge V18 y se utilizarán técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional mediante el software Ansys 13. A lo largo del trabajo se comprueba cómo los resultados obtenidos cumplen con las afirmaciones teóricas sobre el funcionamiento de este dispositivo aerodinámico. Esta teoría indica que la downforce generada aumenta al reducirse la distancia entre el monoplaza y el suelo, y disminuye al avanzar longitudinalmente hacia la parte trasera del vehículo, donde se encuentra el difusor. Los resultados también verifican cómo el fondo plano genera una gran cantidad de downforce sin apenas producir resistencia aerodinámica. Por último, cabe destacar que el hecho de tener en cuenta la rotación de las ruedas y el movimiento relativo del suelo implica una diferencia considerable en los resultados finales. Esto demuestra la importancia de hacer que las condiciones de la simulación se adecuen lo máximo posible al problema físico que se está estudiando.

English: Aerodynamics has been one of the factors which have gained more importance in the world of motorsport over the last years. Its efficient use allows increasing the adherence of the vehicle to the ground, resulting in an improvement of cornering at high speeds. This project corresponds to a proposal by Pons Racing Team, in order to study the aerodynamic behavior of the undertray of the Formula Renault 3.5, which is the car they use to compete in the World Series by Renault. For the study of this behavior, the effects of rotation of the wheels and relative motion between the vehicle and the ground will be taken into account. The aim of this study is to obtain the resulting forces generated by the undertray of the racing car for three suspension height settings commonly used by Pons Racing. In order to do this, a 3D model of the car will be created in Solid Edge V18, and Computational Fluid Dynamics techniques will be used through the software Ansys 13. Throughout the analysis it is shown how the results comply with the theoretical statements on the aerodynamic performance of this device. This theory indicates that the generated downforce increases by decreasing the distance between the car and the ground, and decreases when moving longitudinally towards the rear part of the vehicle, where the diffuser is placed. The results also verify how the undertray generates a large amount of downforce barely producing aerodynamic drag. Finally, note the fact that taking into account the rotation of the wheels and the relative movement of the ground implies a considerable difference in the final results. This shows the importance of setting properly the boundary conditions of the simulation in order to adapt as well as possible to the physical problem which is being studied.