Diseño estructural y análisis aerodinámico de un vehículo híbrido biplaza

Abstract

La presente memoria trata del desarrollo de la estructura soporte (chasis) de un vehículo híbrido de dos plazas y tres ruedas, que está destinado a participar en una carrera de categoría mundial, y de su comportamiento aerodinámico en base a condiciones externas establecidas. Los responsables de este vehículo forman parte de un grupo de estudiantes llamado USM Zero. En el desarrollo del trabajo, se aplica una metodología de diseño enfocada en las soluciones eficientes, a fin de optimizar la geometría de la estructura y obtener resultados satisfactorios luego de que se somete a cargas definidas. A través de un largo proceso iterativo, se logra un modelo conceptual del chasis que debe pasar por una serie de pruebas de análisis estático. Gracias a las herramientas computacionales disponibles hoy en día, se puede predecir eficazmente el comportamiento de la estructura y cómo reacciona a distintos casos de solicitaciones mecánicas, lo cual permite tomar la decisión de materializar el diseño propuesto con la seguridad de que se comportará apropiadamente en base a los requerimientos y condiciones establecidas tanto por la organización de la carrera como personales. Luego, se toma un diseño propuesto de USM Zero para el carenado y se analiza su comportamiento aerodinámico, aplicando como condiciones de borde las características para las cuales el vehículo ha sido diseñado, mediante simulación computacional. Se evalúan sus coeficientes de arrastre, levante y tendencia al volcamiento en base a ciertas condiciones de viento cruzado. Finalmente, se sintetizan y analizan los resultados, dejando propuestas de mejora futuras para las venideras generaciones de estudiantes que se aventuren a la continuación del desarrollo del vehículo solar que formó parte de este trabajo.

This thesis is about the development of a chassis of a three-roller two-seated hybrid vehicle which is intended to participate in a world class race, and its aerodynamic performance based on external predefined conditions. The people involved in this project are part of a group of stundents called USM Zero. In this, a design methodology is applied based on efficient solutions in order to optimize the geometry of the structure, making sure that acceptable results are obtained after the element is loaded. Through a long iterative process, a conceptual model of the chassis is obtained and must be studied using a static analysis. Thanks to nowadays computational tools, a confident prediction of the reaction of the structure to different scenarios of stress can be made, which makes possible to take appropriate decisions and let the chassis be manufactured without any concern about its performance, based on the personal and imposed requirements by the organization of the race. Then, a proposed design of the exterior geometry of the vehicle (fairing) is taken to apply an aerodynamic study using the boundary conditions which the vehicle has been designed for. Drag and lift coefficients and the rollover tendency are evaluated in predefined scenarios of cross wind. Finally, results are synthetized and analyzed in order to provide feedback and improvement proposals for the upcoming generations of students who will accept the challenge to develop a hybrid two-seated vehicle and attempt to modify the structure/fairing to make its performance even better.