Desenvolvimento de uma metodologia para a análise de aerofólios com aplicação no automobilismo baseada em simulações numéricas

Abstract

O estudo da aerodinâmica em carros tem como objetivo conhecer a distribuição de pressões e de tensão cisalhante através da passagem do fluido sobre a sua superfície. Com um escoamento mais laminar nessa passagem, a perda de desempenho pelo “arrasto” é minimizada e consequentemente, há um menor consumo de combustível. O bom desempenho em curvas de alta velocidade se deve ao desenvolvimento aerodinâmico, uma vez que se pretende manter o veículo em contato com o solo durante todo o percurso. O fator que mais contribui para uma melhor aderência do pneu é a força que o veículo impõe sobre o solo. Uma forma de maximizar essa força sem aumentar sua massa, é a utilização das forças aerodinâmicas, buscando a máxima força de sustentação em conjunto com a menor força de arrasto. O uso de aerofólios é, assim, um desafio para encontrar um equilíbrio entre elas. Devido aos altos custos de projeto para fabricação e testes, realizar o desenvolvimento em programas computacionais é uma maneira mais econômica de melhorar a aerodinâmica do carro. Este trabalho tem como proposta o desenvolvimento de uma metodologia para simulação computacional de superfícies aerodinâmicas, da asa traseira, para o veículo fórmula SAE da equipe FGRacing da Universidade de Brasília, no Campus Gama. Primeiramente será abordado uma simulação de um perfil de asa bidimensional e seus resultados serão comparados com os valores conhecidos da literatura. Posteriormente, com a consolidação dos resultados, o caso tridimensional da mesma asa será analisado, porém para uma fatia em escala reduzida do comprimento real, a fim de validar o caso 3D. Com a conclusão das etapas anteriores, o perfil de asa em escala real será analisado e seus resultados aplicados ao dimensionamento de superfícies aerodinâmicas para o carro da equipe na segunda parte (TCC2). O software utilizado neste trabalho será o STARCCM+, um programa de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) que emula um túnel de vento. É importante citar que este é um trabalho complementar ao uso de túneis de vento, não o substituindo, mas fornecendo uma alternativa mais econômica e com boa precisão numérica no dimensionamento de superfícies aerodinâmicas. Os perfis escolhidos de asas serão analisados sob diferentes ângulos de ataque para o estudo do estol nas superfícies. O desenvolvimento dessa metodologia será feito em simulações 2D, quasi-2D e 3D, sendo que a aplicação dessa metodologia será utilizada na segunda parte deste trabalho.