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De la numérisation 3D à l’optimisation aérodynamique : quand le sport extrême profite de l’inventivité de Creaform

De la numérisation 3D à l’optimisation aérodynamique : quand le sport extrême profite de l’inventivité de Creaform

La CFD permet de repousser les limites de vitesse en luge de rue

Tenants en titre du record Guinness de vitesse en luge de rue (157 km/h), une équipe de passionnés de Québec a voulu relever un nouveau défi : franchir le cap symbolique de 100 mi/h, et ce, sans moteur! Parmi ces amateurs de sensations fortes se trouvait Louis-Étienne Bouchard, chargé de comptes chez Creaform.

« Notre équipe de luge, les 3 Bob, avait réussi à battre le record du monde de vitesse en septembre 2008 et nous étions passés à un cheveu d’atteindre 100 milles à l’heure, explique-t-il. Depuis, nous avons depuis apporté des améliorations à notre équipement, mais nous comprenions mal comment optimiser l’aérodynamique de nos luges pour gagner encore plus de vitesse. »

Louis-Étienne et son équipe ont alors fait appel au groupe de simulation numérique de Creaform. L’objectif : se servir la modélisation numérique des écoulements, la CFD, pour simuler l’écoulement d’air et ainsi réduire la traînée aérodynamique et battre leur propre record de vitesse!

 

1re étape : La numérisation 3D

Pour faire la simulation numérique de l’écoulement, il fallait d’abord un modèle informatique de l’objet à l’étude. Dans ce cas, on avait seulement besoin de la représentation des surfaces en contact avec l’air, et il fallait disposer de la représentation 3D exacte du lugeur en position de descente. Cette étape a été réalisée très facilement à l’aide d’un scanneur laser à main portable Handyscan 3D développé par Creaform. Par la suite, le maillage surfacique obtenu a été transféré au groupe de simulation numérique.

2e étape : Le maillage fluide

Le maillage surfacique est utilisé comme de point de départ pour définir le volume d’air autour de l’objet à analyser. Ce volume est ensuite fractionné en plusieurs petits éléments pour créer le maillage fluide. Dans ce cas, le fichier comptait près de 3 millions d’éléments. À l’aide de lois physiques appelées équations de Navier-Stokes, les caractéristiques de l’écoulement telles que la vitesse, la pression, la température, le niveau de turbulence ont été calculés pour chacun de ces éléments.

3e étape : Analyse et recommandations

On connaît alors le comportement de l’écoulement en tout point du volume de calcul, et on est en mesure de calculer précisément les forces aérodynamiques sur le corps ainsi que la trajectoire des particules d’air.

« En effectuant les calculs CFD à partir de la géométrie réelle numérisée, nous avons pu identifier plusieurs avenues pour augmenter la vitesse de pointe », explique Steve Julien, spécialiste en dynamique des fluides chez Creaform. Nous avons constaté qu’avec un nouveau profilé sur la partie arrière de la luge et en corrigeant la position du lugeur, il était possible de limiter les zones de haute pression tout en réduisant les zones de recirculation d’écoulement. Nous avons aussi constaté que la combinaison causait beaucoup de rugosité au niveau des jambes et augmentait inutilement le frottement. Les modifications apportées permettent aisément de gagner entre 5 et 10 km/h. Le fichier de numérisation de grande exactitude obtenu avec le scanneur 3D portable Handyscan 3D nous a été très précieux puisqu’il nous a fourni une mine d’information dont nous n’aurions pas disposé autrement. »

4e étape : on s’attaque au record!

Le 18 juin 2012, Cédric Touchette, actuel détenteur du record Guinness, est allongé sur sa nouvelle luge plus aérodynamique, fin prêt à s’élancer du haut de la célèbre côte des Éboulements dans la région de Charlevoix. Lors d’une descente de pratique précédant la descente officiellement supervisée par l’organisation des records Guinness, des ennuis mécaniques surviennent : « Il y a eu des vibrations au niveau des roues et ma luge s’est mise à osciller. J’ai été déporté vers la gauche et je voyais le mur de béton s’approcher rapidement. Quand on va aussi vite,  ça fait très peur!  La chasse au record est terminée pour aujourd’hui! »  Lors de cette « lente » descente de pratique, l’amateur de sensations fortes a tout de même atteint la vitesse de 152 km/h!

« Je reste convaincu que la nouvelle luge permet de battre le record, insiste M. Julien, sauf que je ne suis pas assez téméraire pour m’élancer du haut de la côte à cette vitesse pour le prouver! »

La CFD en quelques mots

Véritable laboratoire virtuel, la dynamique des fluides numérique permet l’analyse, le design et l’optimisation de tout système impliquant un liquide ou un gaz. Elle permet de :

  • détecter un problème avant qu’il ne survienne ou corriger un problème existant;
  • avoir une meilleure compréhension physique du système;
  • tester des conditions d’opérations et valider des nouveaux concepts.

Ce puissant outil d’ingénierie permet de réduire les coûts et le temps de développement tout en améliorant la qualité et la fiabilité des produits. Par l’entremise de ses Services d’ingénierie 3D, Creaform offre un vaste éventail d’approches de modélisation numérique. Nos ingénieurs qualifiés vous aideront à trouver la solution la plus efficace à vos problèmes structurels, dynamiques, thermiques ou de mécanique des fluides.

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