挑战
Stewart-Haas Racing 和其他 NASCAR 福特赛车队的空气动力学工程团队需要一种方法来测试数百种不同的车身面板形状以确定新的2024 NASCAR 福特野马黑马的最佳空气动力学形状。 此 NASCAR 提交项目涉及框架数月的大量全尺寸风洞测试。 由于全尺寸风洞测试的成本非常高因此在每次测试过程中能够测试数十种不同车身面板形状的最有效方法是什么
解决方案
在向 NASCAR 提交新的赛车车身形状时福特赛车队需要满足 NASCAR 确定的特定空气动力学系数规格。 在项目结束时通过对所提交的车身进行全尺寸风洞测试可以理想地实现这一点。 为了使最终提交测试取得成功需要进行以下开发流程。
- 车身面板形状使用 CFD 软件进行测试。CFD（计算流体动力学）分析师在 CAD 软件中设计多个车身面板形状概念。 这些概念代表了可能改善赛车空气动力学性能的各种形状。 然后使用代表虚拟风洞的 CFD 软件对这些表面模型进行处理以测试这些表面模型的空气动力学系数。 对结果进行分析并将显示出良好性能潜力的概念确定为要在全尺寸风洞中进行测试的概念。
- 将 CFD 曲面转换为实体 CAD 模型以进行3 D 打印。然后设计工程师将 CFD 曲面模型转换为可以3 D 打印的实体 CAD 模型。 实体曲面模型被分成大小合理的块在打印和组装时代表原始 CFD 曲面模型的形状。 这些模块旨在粘贴到要在风洞中进行测试的全尺寸汽车的底盘子框架上。
- 使用3 D Systems 的 SLA 打印机打印部件。然后将这些实体 CAD 模型发送到位于密歇根州迪尔伯恩的福特增材制造中心或外部打印服务在 Stewart-Haas Racing 内部进行3 D 打印。 3 D 打印技术人员然后在3 D Systems 的3 D Sprint® 软件中调整 CAD 模型的方向将它们放置在需要打印的位置。 这些文件可用于最大程度缩短打印时间、最大程度提高打印质量以及最大化每个建模平台的部件数量。 3 D Systems 的3 D Sprint 软件使用直观直观使技术人员能够快速设置要打印的 CAD 模型。
然后可以将生成的文件发送到ProX 800 SLA 打印机以便以所需材质快速、准确地打印部件。 3 D Systems 提供许多不同的材料其中一些材料专为打印部件进行风洞测试而开发。 这使得部件具有光滑的表面光洁度这对于风洞测试至关重要。 对于此类提交项目通常需要打印数百个大型部件。 3 D Systems SLA 打印机的可靠性是打印如此多部件的关键。 通常这些部件是在风洞中进行测试而打印出来的因此 SLA 打印机的可靠性非常重要。3 D Systems SLA 打印机功能强大可打印部件24 / 7只需极少维护。
- 将3 D 打印部件组装到隧道测试车上。然后可以将3 D 打印的部件固定到原尺寸汽车的子结构上。这样就可以通过这3 D 打印的块来定义整个车身的形状。然后可以对生成的主体形状进行3 D 扫描以验证3 D 打印的形状是否等于原始 CFD 曲面文件形状。
- 汽车正在风洞中进行测试。在风洞中对汽车进行测试时可能会在汽车上添加或移除额外的3 D 打印块以测试正在开发的各种概念。 每次“运行”代表一个正在测试的概念并记录和分析由此产生的空气动力学系数。 有些概念可以提高车身的空气动力学性能有些则不能。这样空气动力学工程师就能够优化车身形状以便在未来的赛道上发挥最佳性能。
重复步骤1 – 5直到汽车满足提交的空气动力学系数规格。经过数个月的打印部件和多次风洞测试后汽车准备好向 NASCAR 进行最终提交风洞测试。 在此提交测试中如果车身面板形状通过空气动力学系数规格车身形状将作为2024 NASCAR 福特野马黑马的最终赛车车身形状提交给 NASCAR。
- 生产生产级车身面板。然后设计工程师将代表最终提交车身形状的实体 CAD 模型转换为 CAD 曲面即用于生产的最终车身面板尺寸。 然后将这些生产文件发送给各个碳纤维供应商生产碳纤维车身面板这些面板将用于2024年的赛车赛季。
成果：
3 D Systems 的3 D Sprint 软件和3 D 打印 SLA 打印机是完成此类提交项目并取得成功的理想工具。 这些工具及其所用的开发过程为福特野马黑马赛车生产了赛车车身该赛车外观与2024的量产车相似但具有空气动力学性能使福特车队的赛车能够赢得比赛和 NASCAR 杯系列赛冠军！
