Riprogettare la slitta di Babbo Natale con SolidWorks

SolidWorks Flow Simulation come strumento di analisi del modello

Possiamo ora analizzare il modello con Flow Simulation per scoprire i punti problematici, in termini di zone di alta pressione e di comportamento generale dell’aria intorno alla sagoma.

Qui è opportuno uno “studio esterno” con: aria come fluido di progetto, Mach 2.74 come velocità, una mesh globale di livello 3 e un refinement automatico durante la simulazione (usato per focalizzare la mesh negli strati vicino al modello, laddove le variazioni delle proprietà sono più brusche). Per il refinement locale vicino alle superfici è stato impostato un livello di 2 nelle celle fluide e di 3 nelle celle miste.

I grafici in sezione qui sotto evidenziano le zone di pressione sul davanti della slitta, più precisamente intorno ai bordi di attacco. L’alta pressione crea un’onda d’urto, dietro alla quale la velocità relativa dell’aria passa da 950 m/s a soli 340 (meno della metà rispetto all’aria circostante).

Anche all’interno della slitta, nella zona dei passeggeri, la velocità cala bruscamente; in alcuni punti ricircola in avanti. Altre onde d’urto si verificano sopra lo schienale, sul retro del vano regali e nella zona centrale sotto la slitta. Tutte queste perturbazioni nel flusso portano ad aumentare molto la resistenza e quindi l’energia richiesta alle renne.

Ora che abbiamo visto le parti della slitta che potrebbero beneficiare di qualche miglioria, possiamo procedere alla modifica della geometria per ottimizzare le prestazioni aerodinamiche.

Con la collaborazione del Solid Solutions Management technical support team, la slitta è stata rimodellata, coi risultati visibili qui sotto.

Sono stati aggiunti un’ogiva conica e un tettuccio, delle alette stabilizzatrici verticali e orizzontali e un ulteriore cono di uscita posteriore.

La versione rivista è stata rimessa al vaglio di Flow Simulation, con le stesse condizioni al contorno del modello precedente. Le sezioni seguenti mostrano intorno all’ogiva un’onda d’urto acuta che interagisce molto meno con le parti della slitta e presenta una pressione di circa 315 kPa sul bordo d’attacco (molto meno che nel modello tradizionale, che presentava un valore di 890 kPa).

Grazie al tettuccio sono spariti i problemi di interazione turbolenta con le rientranze dell’abitacolo; in questo modo la resistenza all’avanzamento sarà ulteriormente ridotta.

E grazie a SolidWorks Visualize siamo riusciti ad ottenere questi rendering realistici della nostra slitta, ridisegnata con SolidWorks.