Estudio aerodinámico de un vehículo de competición de Fórmula 1 mediante la Dinámica Computacional de Fluidos

Abstract

En este proyecto se realiza un estudio aerodinámico de un vehículo de competición de Fórmula 1 mediante programas de cálculo numérico basados en la Dinámica Computacional de Fluidos (CFD por sus siglas en inglés). El objetivo del estudio es visualizar y entender el comportamiento del flujo de aire a través del vehículo, diseñando y optimizando cada uno de los elementos aerodinámicos que lo forman. El proyecto se inicia con un estudio teórico sobre la aerodinámica de un Fórmula 1, describiendo los diferentes elementos y explicando los fundamentos físicos en los que basan su funcionamiento. El estudio contempla algunas de las principales evoluciones aerodinámicas llevadas a cabo en la Fórmula 1 entre los años 2009 y 2012 y toma como modelo base el Ferrari F150th de la temporada de 2011 para su estudio CFD. Se utiliza el programa de Diseño Asistido por Ordenador (CAD en inglés) SolidWorks® para la creación de la geometría del vehículo y el programa de métodos numéricos ANSYS FLUENT© para el estudio CFD. Debido a la alta confidencialidad de los parámetros de diseño de los equipos de Fórmula 1, la generación del modelo se realizada de forma totalmente manual en base a las fotografías del vehículo disponibles en la página web de la escudería Ferrari. Tras diseñar y optimizar los principales elementos del monoplaza, se procede a simular el comportamiento completo del vehículo, realizando posteriormente las modificaciones necesarias en sus componentes e introduciendo elementos auxiliares como deflectores y aletas para optimizar el comportamiento del flujo. El objetivo principal durante toda la fase de diseño es maximizar la eficiencia de las fuerzas aerodinámicas generadas. Por último se procede a la interpretación y validación de los resultados finales, obteniendo unas fuerzas aerodinámicas un 35% más bajas que las estimadas por fuentes bibliográficas. Teniendo en cuenta las limitaciones geométricas debidas a la confidencialidad de los diseños originales, así como la limitación de recursos técnicos para la realización de cálculos CFD, se considera esta diferencia aceptable, logrando cumplir con los objetivos principales del proyecto.