White Eagle Racing - projektowanie ramy bolidu Formuły Student

Poprzednim razem opublikowaliśmy ogólne informacje na temat bolidu zespołu White Eagle Racing. Dzisiaj mam dla Was coś wyjątkowego – opowiem, jak była projektowana rama kratownicowa tego pojazdu.

Ze względu na złożoność budowy samochodu nie ma jednoznacznie określonych szczegółowych norm przedstawiających cykl projektowania. Każdy, kto chociaż raz miał stworzyć projekt związany z podstawami konstrukcji maszyn, czyli na przykład prostą przekładnię zębatą, połączenie spawane itp., wie, że jest wiele podręczników, które krok po kroku opisują te zagadnienia.

W przypadku tak złożonego zadania jak konstrukcja pojazdu każdy producent ma własne procedury. To pokazuje, jak dużym wyzwaniem jest stworzenie bolidu Formuły Student. Jedyną podpowiedzią, jaką dostaje konstruktor, są przepisy zawodów. Pozwalają one w pewnym zakresie wstępnie ukierunkować proces projektowania. Pomocna może okazać się również analiza dokonań innych zespołów. Jak więc widać zawód mechanika czy konstruktora w dziedzinie samochodów wyścigowych nie jest łatwy.

Wymagania dotyczące konstrukcji ramy są następujące:

• wymagania funkcjonalne (zapewnienie punktów zamocowania dla podzespołów pojazdu);
• wymagania wytrzymałościowe (odpowiednia sztywność, przenoszenie sił eksploatacyjnych, oraz spełnienie norm bezpieczeństwa).

Projektowanie przeprowadza się właśnie w tej kolejności. Pierwsze założenie przyjmowane podczas tworzenia konstrukcji to rozmieszczenie przestrzenne elementów, czyli zawieszenia, silnika itp. Umożliwia to opracowanie wstępnego projektu, w którym trzeba także uwzględnić funkcjonalność miejsca kierowcy.

By zapewnić maksymalną ergonomię kierowcy w pojeździe White Eagle Racing, czyli wstępnie zoptymalizować funkcjonalność konstrukcji, zbudowano prototyp z rurek PCV. Pozwolił on w rzeczywistości dopasować pozycję za kierownicą. Było to konieczne, bo nawet najlepszy model wygenerowany na komputerze nie umożliwi sprawdzenia, czy osoba, która ma później prowadzić bolid, będzie miała zagwarantowaną odpowiednią ergonomię.

Dopiero gdy spełnione są wymagania stawiane ze względów funkcjonalnych, można przystąpić do dopasowania modelu ramy do potrzeb związanych z jej wytrzymałością. Następnie na podstawie wyników obliczeń wytrzymałościowych projekt jest optymalizowany.

Obliczenia wytrzymałościowe rozpoczyna się od zdefiniowania obciążeń, jakie działają na pojazd podczas jazdy. W tym celu przeprowadza się symulację ruchu pojazdu po drodze, która jest podzielona na pięć różnych odcinków. Każdy z nich ma inne ukształtowanie, między innymi muldy czy łuk, dzięki czemu można oszacować siły działające na pojazd.

Najczęściej krytyczny jest przejazd pojazdu po niesymetrycznych nierównościach (ze względu na działanie największych obciążeń powodujących skręcanie). Także podczas projektowania bolidu White Eagle Racing skupiono się przede wszystkim na tym przypadku.

Z uwagi na sztywność skrętną (jeden z najważniejszych parametrów opisujących konstrukcję nośne pojazdów) konstrukcję oblicza się metodami quasi-statycznymi (obliczanie dynamiki za pomocą metod statyki). Są one szybsze od metod dynamicznych, a zapewniają wystarczającą dokładność.

Następnym krokiem podczas projektowania bolidu White Eagle Racing było stworzenie modelu do analizy metodą elementów skończonych (MES). Jest to ostateczna weryfikacja konstrukcji przed rozpoczęciem rzeczywistej budowy. Umożliwia ona między innymi obliczenie odkształceń ramy pod działaniem sił, co pozwala z kolei ocenić poprawność projektu.

Podczas projektowania ramy trzeba zdecydować się na materiał, z którego zostanie ona wykonana. Wybór padł na stal St3S przeznaczoną do spawania. Jak wcześniej wspomniałem, najważniejsza była sztywność skrętna ramy. Przy jej wyznaczaniu najważniejszy parametr materiałowy to moduł Younga. Jest on dla każdej stali jest taki sam, dlatego pozostając w zakresie odkształceń sprężystych (odkształcenia ustępujące po usunięciu siły), sztywność nie zależy od gatunku stali.

Poniżej odpowiedzi zespołu na pytania zadane przez Was na forum.

artur+fan_f1: Czy nie potrzebujecie kierowcy?

White Eagle Racing: O kierowcach informacja pojawi się niebawem. Nabór już wkrótce.

theneedforspeed: Jak się dostać do zespołu i co trzeba umieć?

White Eagle Racing: Teoretycznie nie trzeba nic umieć, aby dostać się do zespołu. Wystarczą chęci do nauki i robienia czegokolwiek. Choć fajnie, jeśli już ktoś coś umie. Aby dostać się do zespołu, najlepiej pojawić się na jednym z cotygodniowych spotkań w pokoju koła naukowego na wydziale SiMR w celu uzyskania dalszych informacji.‎ Podstawowym wymogiem jest jednak status studenta.

Lucky_Boy: Gdzie młodzi inżynierowe testują swój wynalazek? Jakoś trzeba przecież to wszystko zgrać, wysterować, sprawdzić, a jak się domyślam, uczelnie raczej torami nie dysponują. Wyjazd na wyścig to od razu rzut na głęboką wodę? Są jakieś treningi wcześniej? Jeśli tak, to gdzie?

White Eagle Racing: Staramy się wykorzystać każdą okazję, aby sprawdzić nasz bolid, gdzie się tylko da. Tak, w Polsce ogólnie trudno o prawdziwy tor, dlatego alternatywą są np., jak poprzednio, zamknięty odcinek drogi. Planujemy również w tym roku wykonać jazdy testowe na autodromie automobilklubu polskiego (na Bemowie) oraz, w miarę możliwości, na torze kartingowym w Radomiu.

Oczywiście będziemy starać się o pozyskiwanie nowych lokalizacji. Jako ciekawostkę dodam, że zdarza się, że zespoły odbywają swój dziewiczy przejazd dopiero na zawodach, ale to już naprawdę ekstremalne sytuację, których nie polecamy.

Już wkrótce kolejna dawka informacji o poczynaniach zespołu White Eagle Racing. Dowiecie się, jak projektowano zawieszenie bolidu.