Progettazione di una carena
aerodinamica e di un roll bar di
sicurezza per un go kart da land speed
record
Gruppo di Ricerca Tor Vergata Karting
Dipartimento di Ingegneria Meccanica
Università di Roma Tor Vergata
XXXVII Convegno Nazionale AIAS
Roma, 10-13/09/2008
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Land Speed Record
“Competizione atta a determinare la massima
velocità raggiunta da un veicolo terrestre”
• Esistono specifici regolamenti che
definiscono:
-Le “classi” di appartenenza dei veicoli che vi
partecipano;
-I vincoli e le misure di sicurezza da
rispettare;
-Le modalità di svolgimento.
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Land Speed Record
Location:
Aeroporto
Bonneville
militare
Salt Lake
di Pratica
Flats di
(Utah,
MareUSA)
(Roma)
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Land Speed Record with Kart
Analisi
Scelta della traiettoria del Record
Libera
Percorso
Spazio didi
Percorrenza
a
accelerazione
valutazione
arresto
Zona
dicostante
spinta
velocità
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Land Speed Record with Kart
Analisi
Sperimentazione
Sviluppo
Verifica
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• Test di set-up:
• RollBar:
Regolamenti:
• Definizione dell’assetto ottimale del
••kart;
Modalità
svolgimento;
Test
didi“Coast
Progettazione
strutturale;
•
Omologhe Kart.
• • Definizione
della posizione pilota;
Realizzazione.
Down”
Determinazione
dei
• ••Valutazione
comportamento
carena
Sopralluogo
presso
•e sistemi
Carena:
parametri
caratteristici del
di fissaggio.
laProgettazione
location:
• Kart;
Analisiottimizzazione:
di sensibilità;
aerodinamica;
• •• Test
Sceltadi
della pista;
• • Valutazione
Previsione
parametri
Realizzazione.
accoppiamento
• Definizione
della traiettoria.
obbiettivo;
propulsore - veicolo;
• Propulsore:
Stima spazi di del miglior
• Determinazione
• accelerazione.
Ottimizzazione
curve di
rapporto
di trasmissione;
coppie e potenza;
• Simulazione del record.
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Land Speed Record with Kart
Analisi
Statuto FIA
Regolamenti Nazionali
ed Internazionali
per il
riconoscimento
dei Record
• Appendice D
(svolgimento)
• Appendice B
(classificazione
veicolo)
Rules
Statuto FIK
Omologhe Kart
per le norme dei
campionati
Naz.-Internaz.
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• Fiches
tecniche:
-Propulsore
-Telaio
-Pneumatici
-Imp. Freni
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Land Speed Record with Kart
Sperimentazione
Valutazione sperimentale delle
resistenze passive tramite test di
“Coast Down”
Go kart: CRG 100 Road
Rebel
Motore: Maxter 100 2T
Circuito: ISAM Anagni
Pilota: Gianmaria Gabbiani
Strumentazione: PI Delta
Clubman Kart Kit
Supporto tecnico: Racing
Team CIK, PI Research
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Nell’ordine: centralina
PI “Delta Clubman”,
cruscotto PI “X-Kart”,
sensore velocità
sistemato sulla ruota
anteriore, sensore
RPM e sensore
temperatura dell’acqua
Strumentazione di telemetria
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Il design del roll bar di sicurezza
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Il RollBar
Sviluppo
RollBar per vetture
da competizione
RollBar
per FSAE
Rules
RollBar per kart
per disabili
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Allegato J
2008 FSAE
Rules
Regolamento
Nazionale
Karting
Art. 253.8.4
Art. 3.3.4
R.N.K. 10
Art. 2.2
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Il RollBar: “design”
Sviluppo
Il punto di arrivo….
partenza….
….rollbar
….rollbar
per il per
Record
disabili.
di Velocità.
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La modellazione FEM
Modello ad
elementi BEAM;
Giunzioni
modellate con
materiale “rigido”
Vincoli: traslazioni
bloccate alle
interfacce;
Condizioni di
carico conformi
all’allegato J
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Carico (N)
Z
Y
X
Direzione
X
Y
Z
Δθx
Δθy
3.5  Pesoveicolo  150
0
0
-1
5°
25°
7.5  Pesoveicolo  150
0
0
-1
0
0
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Il RollBar: progettazione strutturale
Sviluppo
•
Analisi FEM della struttura sottoposta ai
carichi imposti dai regolamenti.
Materiale di riferimento:
Acciaio 4130
Limite di snervamento
460 MPa
Modello
Max Stress
Peso
Sicurezza
Tubi 32mm
322 MPa
13.4 Kg
30 %
Tubi 30mm
376 MPa
12.5 Kg
Tubi 28mm
445 MPa
11.8 Kg
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Diametro tubi: 28
30 mm
32
18.3 %
Max Stress: 445
376 MPa
322
3.3 %
Peso: 11,8
12,5 Kg
13,4
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Il RollBar: l’assemblaggio
Sviluppo
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•• Accoppiamento
Accoppiamento con
con la
il telaio
carena
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Il design della carena aerodinamica
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Obiettivi e vincoli di progetto
Minimizzazione area
frontale;
Raffredamento
motore;
Aderenza ruotestrada;
Stabilità;
Peso;
Integrazione del roll
cage di sicurezza;
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M
C
F
x
P
g
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C
z
F
p
L’evoluzione della carena
Step 1: geometria e
ingombri;
Step 2:
minimizzazione area
frontale;
Step 3:integrazione
del roll bar;
Step 4: variazione di
forma;
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Analisi CFD
Pulizia e
semplificazione CAD;
Mesh di superficie
(ANSA 12.0.3);
Mesh di volume
(TGRID 3.6.8);
Soluzione (Fluent
6.3.26)
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I parametri di soluzione
Software: Fluent 6.3.26
Solver: 3D, pressure based, steady
Viscous Model: K-, Realizable, non equilibrium wall functions
Materials: Aria, ρ=1.225 Kg/m3 ν=1.7894e-5kg/ms
Boundary condition:


In: velocity inlet (65m/s)
Out: pressure outlet (p=101325 Pascal)




Turbulence specification method:
Intensity (I=0.1%) and length scale (=0.05m)
Strada: moving wall, translational (65 m/s)
Ruota: moving wall, rotational (502 rad/s)
Solution Controls: Default
Parametri: Turbulence Intensity e numero totali di iterazioni
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Risultati
La decide
Si
configurazione
quindi di a fondo
adottare
piatto
genera
la soluzione
un ottimo
con
coda rialzata
valore
di Cx, ma
di 6°,
ci sono
che
presenta migliori
problemi
di instabilità
caratteristiche
(momento
di beccheggio)
di stabilità
Piatto
FD
CD
FL Myra CL
[N]
Piatto
500
[N]
[N][Nm] [N]
832-538 0.069
0.183
Venturi 3°
Venturi 3°
561
0.211
637
Venturi 6°
600
0.224
Venturi 6°
802
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133
-9.2
Mxra
CP
Mzcg
[Nm]
x [m]
4.63~0
y [m] [Nm]z [m]
5.99 -12 0
0.053
~0
4.24
6.01
0.066
4.05
~0
6
21
-3.1
0
0
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La carena: realizzazione
Sviluppo
Realizzazione stampo
Applicazione “distaccante”
Misura e taglio forme di tessuto
Applicazione strati
di tessuto e resina
Separazione dallo stampo
Rifinitura: taglio eccessi di
materiale e lucidatura
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Conclusioni
E’stato presentato l’iter di
progettazione di roll bar e
carena per un go kart da
land speed record;
Il lavoro di progettazione
è stato poi seguito dalla
realizzazione fisica dei
componenti;
Prossimi sviluppi
interesseranno
l’ottimizzazione del
propulsore e la campagna
di test in pista.
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Il team LSR Go Kart
Marco E. Biancolini
Fabio Renzi
Marco Urbinati
Gianluca Manieri
Gianmaria Gabbiani
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Gli sponsor…
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aerodinamica e di un roll bar di
sicurezza per un go kart da land speed
record
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