Neues Auto für KVRC – Optimierung mit CAESES und Blender

Nachdem MantiumRay, die virtuelle Scuderia von MANTIUMCAE, den vorhergesagten dritten Platz im letzten Rennen der KVRC challenge erreicht hat, war die Zeit reif für bessere Methoden.

Der Wettbewerb ist eine ausgezeichnete Möglichkeit neue Software testen zu können. Das Auto wurde zum Beispiel mit Blender modelliert. Blender reicht nicht, um CAD Software zu ersetzen. Es eignet sich aber sehr gut schnell schwierige Formen auf die Schnelle zu erzeugen. Außerdem lassen sich im Anschluss schöne Bilder rendern.

Für das nächste Rennen, welches wieder am Nürburgring stattfinden wird, sollte CAESES getestet werden. CAESES ist eine ausgezeichnete Software, um Geometrien zu parametrisieren, DoEs und Optimierungen z.B. mit CFD Software durchzuführen und anschließend auszuwerten.

Zunächst wurde ein neuer Heckflügel entwickelt, um den Regeln besser zu entsprechen. Hierfür musste das zweite Element eine größere Dicke aufweisen. Während dies für die Performance eigentlich nicht zuträglich ist, zeigte sich dieser Flügel, was den Abtrieb angeht, als etwas besser verglichen mit dem vorherigen Design:

newTwoElWing

Heckflügelprofil

Um ein besseres Verständnis über das Verhalten des Fahrzeugs zu gewinnen, wurde mit Hilfe von CAESES eine DoE durchgeführt. Hierzu wurde das Blendermodel entsprechend vorbereitet. Hauptsächlich mussten Vertexgroups angelegt werden. Diese werden von einem Pythonscript angesprochen und in ihrer Position modifiziert. CAESES greift auf das Script zu und setzt Werte für die Modifikationen. Anschließend startet CAESES automatisch eine CFD Simulation zu jedem Design. Die Ergebnisse der DoE können hier heruntergeladen werden: MantiumRAY_DoE. Die Namen der meisten Design Variablen sollten helfen zu verstehen was sie bedeuten.

Die Ergebnisse der DoE wurden für eine Optimierung genutzt. Hier zeigte sich im Bereich des Unterbodens ein erstaunliches Ergebnis. Daher wurde eine gesonderte Optimierungen, beschränkt auf diesen Bereich, durchgeführt. Die folgende Animation zeigt einen Teil der Geometrieparametrisierung:

floor_morphing

Diffuser morphing in Blender

Normalerweise sollte der Diffusor stetig die Querschnittfläche vergrößern, um den Druck der Strömung langsam wieder zu erhöhen. Die Optimierung zeigt aber, dass kurz vor dem Ende des Bodens der Querschnitt nochmal verringert wird. Dies manuell zu korrigieren zeigte keine Verbesserungen der Performance. Das Ergebnis entspricht zwar nicht den üblichen Erfahrungen, funktioniert aber in diesem Fall. Ob dies allgemein funktioniert, nur an diesem Auto oder ob es an den groben KVRC-CFD-Einstellungen liegt, wurde noch nicht getestet. Im folgenden ist eine Strömungsvisuallisierung des Unterbodens zu sehen:

crazyFloor_02small

CFD Ergebnisse Unterboden

Während die Optimierung wohl noch nicht nach ganz oben auf das KVRC-Podium führen wird, sind die Erkenntnisse der Optimierung dennoch interessant:

  • CAESES zu benutzen war recht einfach und problemlos
  • Blender eignet sich als Geometrietool für Optimierungen.
  • Die Ergebnisse einer Optimierungen hängen von der Ausgangsbasis ab. Nach der DoE und der Optimierung ist klar, dass das Fahrzeug das falsche Konzept hat.
  • Optimierungen liefern manchmal nicht-intuitive Ergebnisse, wie in diesem Fall beim Unterboden. Es ist zu klären, ob der ungewöhnliche Unterboden durch das KVRC-CFD-Setup zustande kommt. Einen solchen Boden findet man sicherlich nicht in der Fachliteratur.

Die beiden nächsten Bilder zeigen das Fahrzeug für das kommende Rennen:

MR_NBR02_frtIso_small

Vordere Ansicht MantiumRacer

 

MR_NBR02_rrIso_small

Hintere Ansicht MantiumRacer

 

Die Ergebnisse des nächsten Rennen sollten bald veröffentlicht werden. Für dieses Rennen wird MANTIUMRay wohl etwas Glück brauchen. Die dann folgenden Rennen werden ein komplett anderes Fahrzeug erfordern. Ein leeres Blatt Papier, CAESES und dann auch XFlow werden zeigen müssen, ob das die Kombination wird, die zum Sieg führt.