El nacimiento de un F1 – Parte III

El proceso de diseño

© Renault F1

Desde el primer diseño en borrador hasta las pruebas invernales en Barcelona, toma aproximadamente 12 meses producir un chasis de Fórmula 1. En nuestra tercera entrega de la entrevista con Nick Chester sobre el nacimiento de un auto de F1, explica las herramientas y etapas asociadas a la etapa de diseño.

Doble restricción

Una vez que todo el concepto general del auto de Fórmula 1 está listo y se ha establecido un cronograma de producción, los ingenieros del equipo ahora se enfrentarán a la abrumadora tarea de dibujar y producir cada una de la 20.000 partes que componen un cargador moderno!

Para simplificar las cosas, el proceso de diseño de las partes no mecánicas ( carrocería, monocasco, etc) se debe tener en cuenta dos aspectos clave: los volúmenes, para garantizar una aerodinámica eficiente, así como la rigidez para garantizar que la estructura general es los suficientemente rígida.

Ambos factores son más o menos cruciales, dependiendo de si la parte es un elemento externo o interno. Por ejemplo, una alerón delantero deberá tener una cierta geometría definida por el rendimiento aerodinámico, pero debe tener suficiente rigidez. Los componentes mecánicos (amortiguadores, elementos de dirección, transmisión, frenos, etc.) deben diseñarse para la rigidez, peso mínimo y la función.

© Renault F1

 Formas

Los aerodinamistas tienen dos herramientas principales cuando se trata de dar forma a un auto de F1: El túnel de viento y la dinámica de fluidos computacional o CFD por sus siglas en inglés.

El CFD puede verse como un a especie de túnel de viento virtual, lo que permite a los equipos visualizar y cuantificar el flujo de aire alrededor de la carrocería del auto. Básicamente, confían en el trabajo del CFD para obtener algunas ideas antes de que los diseños más prometedores se conviertan en modelos a escala que se ponen a prueba y evalúan en el túnel de viento real.

Trabajar en los túneles de viento no ofrece la misma gama de oportunidades que el CFD en términos de visualización, que sólo proporciona datos con un número determinado de sensores. Aún así, como una herramienta no virtual y experimental, el túnel de viento es el complemento perfecto para el CFD.

Dentro de sus túneles de viento, los equipos de F1 colocan modelos a escala del 60% en diversas configuraciones, ya que intentan reproducir las condiciones experimentadas durante el frenado (con el auto volcado hacia adelante) o al tomar las curvas (con el auto rodando). El túnel de viento tiene una pista móvil para simular el efecto del auto rodando sobre la pista. Lo que buscan los aerodinamistas es generar una carga estable en una gran variedad de situaciones, en lugar de tratar de obtener una alta carga aerodinámica en una ventana operativa ajustada.

© Composite World

Rigidez

Cualquier máquina Grand Prix viene bajo muchas cargas diferentes. El monocasco, por ejemplo, experimenta fuerzas desde las suspensiones delanteras, mientras que el conjunto de transmisión-motor acomoda la carga de la suspensión trasera. Mientras tanto, las alas y el piso tienen que soportar tremendas cargas aerodinámicas.

¿Cómo saben los ingenieros de F1 los niveles requeridos de rigidez? Dos fuentes de información pueden ayudar a tener una buena idea de cuánta carga tendrá que soportar el próximo chasis. Por un lado, están los datos de telemetría recopilados en el automóvil anterior. Por otro lado, están las cargas obligatorias de prueba de la FIA; necesarias para aprobar las pruebas de homologación y deflexión.

Para calcular los niveles de rigidez requeridos, los ingenieros de F1 utilizan el Análisis de Elementos Finitos (Finite Element Analysis – FEA), por el cual una estructura se divide en un número finito de elementos antes de que se sometan a una serie de cargas. De esta forma, los equipos pueden estimar los diferentes niveles de deformación en toda la parte. Es costumbre exagerar los movimientos de las partes distorsionadas para resaltar las áreas que necesitan un fortalecimiento crucial.

© Renault F1

Etapas de diseño

“Tiende a ser una evolución del auto anterior”, comenta Chester a F1i. “Empezamos el trabajo con el CFD, luego pasa al túnel de viento para tensión (o stress en inglés)  y entonces a diseño. Pero en cuanto a tensión y diseño, si es difícil hacer funcionar un ala volvemos a CFD. A veces pasamos diseños por el del departamento de tensión para el Análisis de Elementos Finitos (Finite Element Analysis – FEA)  bastante temprano, por lo que se puede realizar un estudio de factibilidad para ver ver si tenemos que cambiar la geometría.”

“Para los componentes mecánicos, que no tienen impacto directo en la aerodinámica, siguen teniendo una optimización significativa. Por ejemplo, la suspensión trasera interna, que es instalada en la caja de cambios, se itera. El diseñador viene con un esquema en CAD y lo pasará al departamento de tensión para FEA para estudiarlo y diga que necesitamos fortalecerlo o que sea un poco más ligera. Puede volver al diseñador y volver a FEA, hará círculo para ahorrar peso y mejorar la rigidez. Hay un ciclo de diseño en todas las áreas”

© Renault F1

Banco de pruebas

La computadora de análisis de tensión sigue un método virtual que debe validarse con ensayos en el dinamómetro que reproduzcan las condiciones de carrera lo más fiel posible.

Las fábricas de los equipos de F1 están equipadas con varios tipos de dinamómetros, como plataformas de carga para las suspensiones, dinamómetros para las cajas de cambios, dinamómetros para el motor, etc.

Las fallas de partes son casi siempre resultado de pequeños detalles que no fueron tenidos en cuenta durante el diseño, es por eso que el los test en los bancos de pruebas son extremadamente importantes para resaltar las deficiencias antes de ponerlos en pista.

Una vez que se hayan teóricamente las formas y el nivel de rigidez, el dibujo digital se transformará en una verdadera parte, como veremos en el cuarto y último capítulo de nuestra serie.

Fuente: http://en.f1i.com/magazine/magazine-technical/290275-tech-f1i-the-birth-of-a-formula-1-car-the-design.html

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

w

Conectando a %s