Estudio Del Diseño Y Análisis De Los Apéndices Aerodinámicos En Motogp

Estudio del diseño y análisis de los apéndices aerodinámicos en MotoGP Memoria Autor: Borja González Arcos Director: Pedro Javier Gámez Montero Trabajo de final de grado Grado en Ingeniería en Vehículos Aeroespaciales Escuela Superior de Ingenierias Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa Universitat Politècnica de Catalunya Junio 2020 Índice general Índice general i Índice de figuras v Índice de tablas xv Resumen xvii Objetivo xxi Alcance xxiii Requerimientos xxv Motivación xxvii Justificación xxix Punto de partida xxxi 1 Introducción a la aerodinámica en las motos1 1.1 Resistencia aerodinámica........................ 2 1.2 Sustentación............................... 2 1.3 Evolución histórica de la aerodinámica en MotoGP ......... 3 1.3.1 Aerodinámica en MotoGP desde los inicios hasta 2015... 3 1.3.2 Aerodinámica en MotoGP en los últimos años........ 8 1.3.2.1 Implementación de la centralita única ....... 8 1.3.2.2 Inicio de la evolución aerodinámica en MotoGP.. 9 2 Implementación de los alerones 13 2.1 Alerones paralelos al suelo....................... 13 i ÍNDICE GENERAL 2.2 Alerones con diedro negativo...................... 14 2.2.1 Análisis del rendimiento de los alerones con diedro negativo 17 2.2.1.1 Coeficiente de interferencia ............. 17 2.2.1.2 Análisis mecánico de las fuerzas que actúan en un moto con un alerón con diedro negativo en curva . 18 2.2.1.3 Cálculos........................ 23 2.2.1.4 Análisis de resultados ................ 24 2.3 Apéndices integrados en el carenado.................. 31 2.3.1 Análisis mecánico de las fuerzas que actúan en un moto con alerones integrados en curva.................. 32 2.3.1.1 Análisis de resultados ................ 35 2.4 Alerones de la actual parrilla de MotoGP............... 40 2.4.1 Apéndices tipo Yamaha .................... 40 2.4.2 Apéndices tipo Suzuki ..................... 41 2.4.3 Apéndices tipo Ducati ..................... 43 3 Normativa FIM para MotoGP 2020 47 4 Diseño CAD 53 4.1 Diseño MotoGP sin apéndices aerodinámicos............. 53 4.2 Cumplimiento de normativa...................... 55 4.3 Diseño de los apéndices aerodinámicos ................ 57 4.3.1 Diseño de apéndices tipo Yamaha............... 57 4.3.2 Diseño de apéndices tipo Suzuki................ 58 4.3.3 Diseño de apéndices tipo Ducati................ 58 5 Preproceso 61 5.1 OpenFOAM............................... 61 5.2 Mallado ................................. 63 5.2.1 blockMesh............................ 63 5.2.2 snappyHexMesh......................... 65 5.2.2.1 Parámetro y+..................... 65 5.2.3 Independencia de la malla................... 67 5.2.4 checkMesh............................ 69 5.2.5 Resultado final de la malla................... 69 ii ÍNDICE GENERAL 6 Simulación 71 6.1 Introducción a la simulación...................... 71 6.2 Solver .................................. 72 6.2.1 Algoritmo SIMPLE....................... 72 6.3 Modelo turbulento ........................... 73 6.3.1 Inicialización de los campos de la turbulencia . 73 7 Resultados 75 7.1 Modelo de referencia sin apéndices aerodinámicos.......... 75 7.1.1 Convergencia de la simulación................. 75 7.1.2 Coeficientes aerodinámicos................... 77 7.2 Modelo con los apéndices tipo Yamaha................ 79 7.2.1 Convergencia de la simulación................. 79 7.2.2 Coeficientes aerodinámicos................... 81 7.2.3 Análisis de los apéndices.................... 82 7.3 Modelo con los apéndices tipo Suzuki................. 85 7.3.1 Convergencia de la simulación................. 85 7.3.2 Coeficientes aerodinámicos................... 86 7.3.3 Análisis de los apéndices.................... 87 7.4 Modelo con los apéndices tipo Ducati................. 90 7.4.1 Convergencia de la simulación................. 90 7.4.2 Coeficientes aerodinámicos................... 91 7.4.3 Análisis de los apéndices.................... 93 7.5 Comparación de los Cp de los distintos modelos ........... 96 8 Conclusiones 97 8.1 Trabajos futuros ............................100 9 Presupuesto 103 9.1 Equipo informático...........................103 9.2 Software.................................104 9.3 Material de oficina ...........................105 9.4 Recursos humanos ...........................105 9.5 Presupuesto total............................105 10 Impacto medioambiental 107 iii ÍNDICE GENERAL 11 Planificación 109 A Codigo de Matlab 115 A.1 Aleta simple...............................115 A.1.1 Código del gráfico de velocidad en función del radio de curvatura..............................115 A.1.2 Código del gráfico de velocidad en función del ángulo de inclinación............................116 A.1.3 Código del gráfico de la fuerza normal en función del ángulo de inclinación..........................117 A.1.4 Código del gráfico de la fuerza lateral en función del ángulo de inclinación..........................118 A.1.5 Código del gráfico del coeficiente de fricción en función de la velocidad...........................119 A.2 Apéndice integrado...........................121 A.2.1 Código del gráfico de la fuerza normal en función del ángulo de inclinación..........................121 A.2.2 Código del gráfico de la fuerza lateral en función del ángulo de inclinación..........................123 A.3 Códigos de gráficos comparativos entre aleta simple y apéndice integrado .................................126 A.3.1 Código del gráfico de velocidad en función del radio de curvatura..............................126 A.3.2 Código del gráfico de velocidad en función del ángulo de inclinación............................128 A.3.3 Código del gráfico de la fuerza normal en función del ángulo de inclinación..........................129 A.3.4 Código del gráfico de la fuerza lateral en función del ángulo de inclinación..........................131 A.3.5 Código del gráfico del coeficiente de fricción en función de la velocidad...........................132 Referencias 135 iv Índice de figuras 1.1 Fuerzas que actúan sobre una motocicleta. Fuente: Ela- boración propia...................... 3 1.2 Leslie Graham, primer campeón del mundo de 500cc en 1949 con la AJS Porcupine E90. Fuente: [1]..... 4 1.3 Giulio Cesare Carcano con la Moto Guzzi. Fuente: [2]. 4 1.4 Mike Hailwood a lomos de la Honda RC181 no4 en 1967. Fuente: [3] ..................... 5 1.5 Rodger Freeth a lomos de la Yamaha TZ750 con la implementación de alerones en 1977. Fuente: [4].... 6 1.6 Barry Sheene a lomos de la Suzuki RG500 en 1979. Fuente: [5]......................... 7 1.7 Valentino Rossi a lomos de su Ducati en los test pre- paratorias para la temporada 2010. Fuente: [6]..... 7 1.8 Imagen de la cámara a bordo trasera de Márquez en el momento del impacto. Fuente: [7] .......... 10 1.9 Comparación de los distintos carenados de MotoGP implementados para 2017. Fuente: [8].......... 10 1.10 Michele Pirro, piloto probador de Ductai en el GP de Qatar 2019. Fuente: [9].................. 11 2.1 Representación gráfica de las componentes de las fuerzas generadas por un alerón paralelo al suelo en curva. Fuente: [10]........................ 14 2.2 Representación gráfica de como actúan los alerones con diedro negativo en recta y curva. Fuente: Elaboración propia........................... 15 v ÍNDICE DE FIGURAS 2.3 Representación gráfica de la interferencia del piloto con el alerón interior en curva. Fuente: Elaboración propia........................... 16 2.4 Representación gráfica de las fuerzas que actúan sobre el paquete moto-piloto en una curva. Fuente: Elabora- ción propia ........................ 19 2.5 CL en función del ángulo de ataque α para un perfil NACA 23015 con 0,2 m de cuerda. Fuente: [11] . 21 2.6 Representación gráfica de la aleta con la distancia má- xima a respetar por normativa. Fuente: Elaboración propia........................... 22 2.7 Velocidad en función del radio de curvatura para un o ángulo de inclinación constante de ρinclinacin= 50 . Fuen- te: Elaboración propia (A.1.1) ............. 25 2.8 Circuito de Barcelona-Catalunya. Fuente: [12] . 25 2.9 Velocidad en curva en función del ángulo de inclinación para un radio de curvatura constante de rc= 300m. Fuente: Elaboración propia (A.1.2)........... 26 2.10 Fuerza normal, N, en curva en función del ángulo de inclinación para un radio de curvatura, una velocidad y un coeficiente de interferencia constantes de rc= 300m, v= 50m/s y CI =0,7, respectivamente. Fuente: Elabo- ración propia (A.1.3) .................. 28 2.11 Fuerza lateral, µsN, en curva en función del ángulo de inclinación para un radio de curvatura, una velocidad y un coeficiente de interferencia constantes de rc= 300m, v= 50m/s y CI =0,7, respectivamente. Fuente: Elaboración propia (A.1.4) ............... 29 2.12 Coeficiente de fricción µs en función de la velocidad en curva para un radio de curvatura, un ángulo de incli- nación y un coeficiente de interferencia constantes de o rc= 300m, ρinclinacin= 50 y CI =0,7, respectivamente. Fuente: Elaboración propia (A.1.5)........... 30 vi ÍNDICE DE FIGURAS 2.13 Representación gráfica de las fuerzas que actúan sobre el apéndice aerodinámico en una curva. Fuente: Ela- boración propia...................... 32 2.14 Velocidad en función del radio de curvatura para un o ángulo de inclinación constante de ρlean= 50 y para los tres casos estudiados. Fuente: Elaboración propia (A.3.1) .......................... 35 2.15 Velocidad en función del ángulo de inclinación ρlean para radio de curvatura constante de rc=300 m y para los tres casos estudiados. Fuente: Elaboración propia (A.3.2) .......................... 36 2.16 Fuerza

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