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Vom Scan zur aerodynamischen Optimierung: Wenn Extremsport auf das Scansystem von Creaform trifft

Vom Scan zur aerodynamischen Optimierung: Wenn Extremsport auf das Scansystem von Creaform trifft

Straßenrodler dringen dank CFD in neue Geschwindigkeitsdimensionen vor

Die Inhaber des Guinness-Geschwindigkeitsweltrekords im Straßenrodeln (157 km/h), Rodelfreaks aus dem kanadischen Québec, suchten eine neue Herausforderung: die symbolische Grenze von 100 Meilen pro Stunde (ca. 160 km/h) zu überschreiten  – ohne Motor! Einer dieser tollkühnen Abenteurer ist Louis-Étienne Bouchard, Account Manager bei Creaform.

„Mit unserem Rodelteam ‚Die drei Bobs‘ haben wir im September 2008 den Geschwindigkeitsweltrekord gebrochen. Dabei sind wir der magischen Grenze von 100 Meilen pro Stunde sehr nahe gekommen“, berichtet er. „Seitdem feilem wir an unserem Material herum, aber es war sehr schwierig, die Aerodynamik unserer Schlitten zu verbessern, um noch schneller zu werden.“

Also wandten sich Louis-Étienne und sein Team an das Creaform Team für digitale Simulation. Das Ziel bestand darin, Luftströme mithilfe von CFD zu simulieren, um den Luftwiderstand zu reduzieren – und den eigenen Geschwindigkeitsrekord zu brechen!

Erster Schritt: 3D-Scanning

Um Luftströme digital zu simulieren, ist zunächst einmal ein Computermodell des Objekts erforderlich. In diesem Fall wurde nur ein Modell derjenigen Oberflächen benötigt, die mit der Luft in Kontakt kommen, also eine exakte 3D-Darstellung des Rodlers in Rennposition. Die Oberfläche wurde mit dem tragbaren Handyscan 3D von Creaform erfasst und das generierte Gitterflächenmodell an das Team für digitale Simulation weitergegeben.

Zweiter Schritt: Strömungsgitter

Anhand des Oberflächengitters wird die Luftmenge um das Analyseobjekt herum ermittelt. Später wird das Gitter in mehrere kleinere Segmente unterteilt; so entsteht ein Strömungsgitter. In diesem Fall bestand das Ergebnis aus 3 Millionen Elementen. Anschließend wurden anhand der sogenannten Navier-Stokes-Gleichungen die Strömungsmerkmale (Geschwindigkeit, Druck, Temperatur und Turbulenzniveau) für jedes einzelne Element berechnet.

Dritter Schritt: Analyse und Empfehlungen

Die Analyse liefert Informationen zum Fließverhalten der Luft an jedem einzelnen Punkt der berechneten Fläche und ermöglicht damit eine präzise Berechnung der aerodynamischen Formen des Körpers sowie der Luftpartikel.

„Durch die Berechnung der numerischen Strömungsmechanik anhand der gescannten Geometrie waren wir in der Lage, mehrere Möglichkeiten zur Steigerung der Höchstgeschwindigkeit zu ermitteln“, erläutert Creaform Strömungsmechanik-Experte Steve Julien. „Wir fanden heraus, dass wir mit einem neuen Profil im hinteren Schlittenbereich und durch eine geänderte Position des Rodlers die Bereiche mit besonders hohem Druck sowie die Zonen mit Rückströmungen reduzieren konnten. Außerdem fiel uns auf, dass der Rodelanzug im Beinbereich zu rau war und dadurch unnötige Scheuerung verursachte. Mit unseren Modifikationen konnten wir problemlos 5 bis 10 km/h gutmachen. Der hochpräzise Scan des tragbaren Handyscan 3D erwies sich als äußerst hilfreich und lieferte uns zahlreiche Informationen, die wir auf anderem Wege nicht erhalten hätten.“

Vierter Schritt: Der Rekord ist unser!

Am 18. Juni 2012 liegt Weltrekordhalter Cédric Touchette in der kanadischen Provinz Québec auf seinem neuen, aerodynamischeren Rennschlitten – bereit, den berühmten Mount Éboulements hinunterzujagen. Bei einem Testlauf, der noch nicht unter den Augen der Rekordbeobachter von Guinness stattfindet, treten plötzlich mechanische Probleme auf: „Die Räder begannen zu vibrieren und der Schlitten zu wackeln. Ich wurde nach links gezogen und sah die Betonwand auf mich zukommen. Wenn man so schnell unterwegs ist, kann einem da schon angst und bange werden. Ich habe erst einmal genug von der Rekordjagd!“ Schon bei diesem „langsamen“ Testlauf kam der Pilot auf 152 km/h! 

„Ich bin überzeugt davon, dass dieser Schlitten den Rekord brechen kann“, behauptet Steve, „aber leider bin ich nicht waghalsig genug, um mich diesen Berg hinunterzustürzen und damit den Beweis zu erbringen.“

CFD in Kürze

Die numerische Strömungsmechanik (CFD) ermöglicht das Analysieren, Entwerfen und Optimieren jeglicher Systeme mit Flüssigkeiten oder Gasen. Mit CFD sind Sie in der Lage:
• Probleme zu ermitteln, bevor sie auftreten, oder bestehende Probleme zu beheben;
• die physikalischen Gegebenheiten eines Systems besser zu verstehen;
• Einsatzbedingungen zu testen und neue Konzepte zu überprüfen.

Dieses leistungsstarke Engineering-Tool sorgt für Kosteneinsparungen, Verkürzung der Entwicklungszyklus sowie Steigerung der Qualität und Zuverlässigkeit von Produkten. Über die 3D-Engineering-Services bietet Creaform eine große Auswahl verschiedener Methoden der digitalen Modellierung an. Unsere erfahrenen Ingenieure unterstützen Ihr Unternehmen dabei, die effizienteste und zuverlässigste Lösung für strukturelle, dynamische, thermische und strömungsmechanische Probleme zu finden.