Het is vandaag weer wetenschapswoensdag! De dag waarop wij jullie een stukje wijzer maken over de technische aspecten van ons project. Deze week: wat houdt aerodynamisch ontwerpen in, welke keuzes moet je als ontwerper maken en voor welke slimme aerodynamische ontwerpkeuzes is er gekozen in Red One, de runner up van de Bridgestone World Solar Challenge 2015?
Aerodynamica: de basis
Het woord aerodynamica is afgeleid van de Griekse woorden ‘aerios’, lucht, en ‘dynamis’, kracht. Aerodynamica is de leer van beweging van objecten door de lucht en de krachten die de beweging mogelijk maken of veranderen. Om ervoor te zorgen dat de zonneauto zo efficiënt mogelijk rijdt, is het bij het aerodynamisch ontwerp belangrijk te begrijpen en te optimaliseren hoe de lucht stroomt rondom de body. Door hier goed over na te denken is het mogelijk de luchtweerstand van de zonneauto te verminderen, waardoor onze zonneauto sneller kan! Hierbij is een aantal principes heel belangrijk.
Stromingsleer: Is het een zonneauto? Of is het een zweefvliegtuig?
Stromingsleer gaat in op hoe lucht rondom een voorwerp beweegt en welke invloed deze uitoefent op het ontwerp. De stroming rondom een voorwerp kan laminair of turbulent zijn. Laminaire stroming houdt in dat de lucht zich in stroomlijnen om het voorwerp heen beweegt. De moleculen direct aan het oppervlak worden door de wrijving “meegesleept” en hebben dus geen snelheid ten opzichte van het voorwerp. Hierdoor blijft de luchtweerstand zo laag mogelijk. Turbulente omstroming geeft een hogere weerstand dan laminaire omstroming, omdat de lucht zich niet alleen langs, maar ook dwars op het oppervlak beweegt. De luchtstroom ‘laat los’, wat voor weerstand zorgt. Dit willen wij voorkomen! Hierbij kijken wij bijvoorbeeld naar profielen van zweefvliegtuigen hoe zij omgaan met luchtstroming.
©Jerôme Wassenaar
Let op! Turbulentie.
Omstroming kan laminair beginnen en later overgaan in turbulent. Dit gebeurt soms al binnen enkele millimeters! Bij een stomp voorwerp kan de omstroming al direct turbulent zijn. Om dit te voorkomen is het belangrijk ervoor te zorgen om zo lang mogelijk de laminaire stroming vast te houden door de juiste ontwerpkeuzes te maken. Een mooie manier om omstroming te visualiseren is de stroomlijn testen in een windtunnel. In een windtunnel wordt wind, waar rook aan is toegevoegd, op het ontwerp geblazen zodat je kan zien waar de lijnen strakker moeten. Een goed voorbeeld van een onderdeel van ons ontwerp wat hier veel mee te maken heeft is de canopy, wil je weten hoe dit is opgelost bij Red One? Kijk dan onderstaande video waar teamlid Luc een aantal vragen over de aerodynamica van Red One beantwoord!
De weg van de minste weerstand!
Een efficiënte zonneauto heeft een lage luchtweerstand. Hierin spelen verschillende krachten een rol, waaronder frontale druk en zog. Frontale druk wordt veroorzaakt wanneer lucht rondom de voorkant probeert te stromen. Wanneer de miljoenen luchtmoleculen de voorkant van de zonneauto benaderen, worden ze samengedrukt en botsen ze tegen de voorkant aan. Hierdoor stijgt de luchtdruk voor de zonneauto wat voor een grotere luchtweerstand zorgt.
Zog veroorzaakt een soort ‘gat’ in de lucht wanneer een voertuig zich door lucht beweegt (zie bovenstaande afbeelding). Wanneer de auto rijdt veroorzaakt de hoekige vorm van de sedan een gat in de luchtstroom, een soort vacuüm. Deze gaten zijn het resultaat van de luchtmoleculen die niet snel genoeg de gaten kunnen vullen wanneer de auto snelheid maakt. Dit heeft als gevolg dat er een continu vacuüm zuigt in tegengestelde rijrichting van de auto, wat de auto vertraagd. Het effect van deze loslating wordt groter naarmate de auto meer snelheid maakt. Voor een efficiënt design is het belangrijk de zonneauto zo te ontwerpen dat loslating wordt geminimaliseerd. Dit kan bijvoorbeeld door de luchtmoleculen zo strak mogelijk langs de contouren van de shell te geleiden. Ook dit is iets waar onze aerodynamici rekening mee houden met het ontwerpen van de ideale shell vorm!
Wetenschapswoensdag recap:
- Aerodynamica is belangrijk om de luchtweerstand van de zonneauto te verminderen waardoor deze een efficiëntere race kan rijden.
- Minimaliseer de oppervlakte aan de voorkant van het ontwerp, hoe kleiner het gat is waar jouw ontwerp doorheen moet des te beter kan het ontwerp accelereren.
- Laat het ontwerp langzaam aflopen, wanneer je een vorm drastisch laat afnemen creëer je een turbulente luchtstroom waardoor er meer weerstand op je ontwerp komt!
Ben jij benieuwd hoe het de teamleden vergaat en welk technische aspect de volgende keer belicht wordt? Dat kan! Schrijf je in voor onze nieuwsbrief Red News, en volg ons op Facebook, LinkedIn, Twitter en Instagram.
Sta jij ook achter het ontwikkelen van nieuwe technologieën én wil je een steentje bijdragen aan de auto van morgen? Dat kan! Ga naar onze site en adopteer een zonnecel!
Recent Comments