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モータースポーツ:空力性能

効率性の追求


今日の経済環境の中、消費者はこれまでになく燃料効率の高い車を求めています。車両エクステリア形状の風の抵抗を減らし、エンジンルームを通過する冷却流れに伴う損失を低減するなど、車両の空力設計は燃費効率に対して大きな影響をもたらします。空力設計は、スタイリングの意図、車室内空間、部品のパッケージングに関する要求を満たす形状とプロポーションに基づいて、車両の初期コンセプトから始まります。エクステリア形状を改良していく中で、空力効率は、角度、半径、寸法などの形状パラメータにより決定されます。通常、これらのパラメータの変更は、スタイリング上の美観を損なうことなく行うことができます。車両の設計がさらに進むにつれて、空力パネルや、スポイラー、ホイールディフレクタ、アンダーボディーカバーなどのデバイスのサイズと配置が決められます。これらは、部品コストやその他の制約とのトレードオフを考慮しながら、主に空力上の効果に基づいて設計されます。設計の各段階を通じて、風による抵抗を最小限に抑えながら、熱交換器への十分な冷却流れを維持する必要があります。

設計の各段階で車両メーカーが直面する課題は、デザイン改善案に対する情報がタイムリーに得られるかということです。空力情報の入手には、従来、車両の詳細なモデルまたはプロトタイプの作成を伴う風洞試験を伴うことから容易ではなく、コストがかかってきました。風洞試験時に、モデルに大幅な変更を加えることや詳細なプロトタイプのサーフェスフィーチャーを変更することは困難であるため、製品開発の後期における設計変更には、多大な時間とコストがかかります。このように、空力に関するプロトタイプ試験は、車両開発のコストと設計サイクルの時間に対する大きな要因となっています。

技術課題

空力シミュレーションは、車両開発プロセスを変え、車両開発におけるコストと設計サイクルの時間の削減を可能とします。シミュレーションでは、開発の各段階で設計に関する豊富なフィードバックが得られ、風洞試験では得られないメリットがあります。シミュレーションを行うことで、デザイナーやエンジニアはデザイン上の美観と空力のバランスを考慮した、革新的な方法を見いだすことができます。設計の初期段階で使用するスケールダウンされたモデルにはない詳細さを捉えることができるため、シミュレーションでは風洞試験に比べ正確な結果を得ることができます。また風洞の壁や床に干渉されず、実際の路面条件を再現できるという利点もあります。風洞試験では正確性の問題により、失敗や遅延により多大なコストが発生する場合があります。シミュレーションでは、追加の部品やコストが発生しない設計の初期フェーズで改善点が明らかになるため、完成車両に至るまでのコストを削減することができます。つまり、シミュレーションを行うことで、コスト削減を図りながら改善を反映させた最終設計を導くことができるのです。

設計に対するフィードバックは、正確かつタイムリーに提供されなければなりません。そのため、空力シミュレーションには高いクオリティが求められます。シミュレーションでは、車両のリアルな高品質形状を扱いながら、路面効果、ホイールの回転など実際のテスト条件や、乱流、突風などの流動条件を再現することで実世界の多様な効果を考慮し、非定常乱流空力のリアルなシミュレーションを実施しなければなりません。PowerFLOWは、空力シミュレーションにリアリティをもたらす、独自に開発された製品です。設計の決定に必要な高い精度と信頼性をご提供するため、PowerFLOWは陸上輸送業界全体を通じて多岐にわたり検証がされています。

ソリューション

空力は、PowerFLOWによるシミュレーションの中核を成しています。PowerFLOW独自の本質的に非定常な格子ボルツマン法に基づく物理特性により、最も複雑な形状に対しても実世界での非定常な条件を正確にシミュレートすることができます。車両周りやエンジンルームおよび床下を通過する流れの発生を時間軸に正確に予測します。オンロードでのホイールの回転は、実際に回転する形状を使用してシミュレートされます。冷却ファンの回転についても、正しい冷却流れの条件が再現されます。熱交換器には、流れに対する抵抗と空力効率に影響する流動損失が正確に与えられます。結果の分析では、全体の空力抵抗、車両の先端から後部にわたる抵抗の配分、さらに各パネルに対する表面抵抗の寄与度などが示されます。表面や流れの流線などを視覚化することで、デザイン変更と空力抵抗の因果関係を示すことができます。

PowerFLOWでは、空力、熱マネージメント、空力騒音の間におけるドレードオフをすばやく解決することができます。これは、PowerFLOWでは非常に詳細な形状を伴うあらゆる解析に対し、単一の物理モデルの使用しているためです。PowerFLOWの結果は、実験との比較検証がされており、空力やその他のアプリケーションに対し高い精度が証明されています。

 

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

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