Une entreprise innovante utilise Simcenter STAR-CCM+ pour aider la société Spark Racing Technology à achever son projet de conception d'aileron avant dans les délais impartis

Constituer une équipe

Les sports mécaniques constituent un terrain d'essai de haute technologie pour les véhicules commerciaux. Les voitures électriques pourraient bien être l'avenir de la mobilité personnelle dans nos villes comme sur nos routes, de sorte que le passage à des courses de Formule électrique de haute performance et de haute technologie s'impose comme une étape naturelle. Par conséquent, la Fédération internationale de l'automobile (FIA) a conçu le championnat de Formule E en 2012 et l'événement inaugural a eu lieu en 2014.

Un design futuriste pour le véhicule de course Formule E semble parfaitement adapté au destin potentiel de la technologie des voitures électriques. Dans le même temps, les performances aérodynamiques des voitures de course électriques doivent être efficaces tout en répondant aux exigences de sécurité et de fabricabilité.

Quel type d'équipe et de technologie sont nécessaires pour relever le défi consistant à combiner conception, fabricabilité, sécurité et performances aérodynamiques dans une nouvelle voiture de course de Formule E ? Il s'agit d'une équipe de spécialistes du domaine qui travaillent en étroite collaboration et disposent d'outils de pointe.

Création d'une nouvelle conception pour l'aileron avant

La FIA est l'organe directeur du sport automobile. En outre, l'organisation se concentre sur "une mobilité sûre, durable et accessible pour tous les usagers de la route à travers le monde." Les véhicules électriques revêtent un intérêt technologique clé pour la mobilité durable. En effet, les véhicules électriques pourraient être l'avenir de la mobilité personnelle. La FIA souhaitait actualiser la conception du véhicule de course pour la troisième saison du championnat de Formule E de manière à refléter visuellement cette idée futuriste.

Le concepteur de la voiture de course de Formule E, Spark Racing Technology, devait créer un nouveau design pour l'aileron avant. Il recherchait un design futuriste qui soit performant et qui ressemble à la voiture de course de la génération précédente, voire qu'il l'améliore. En outre, compte tenu des délais prévus pour la livraison des véhicules aux équipes de course pour la troisième saison, le projet de conception devait être achevé en deux mois.

Pour respecter ce calendrier, Spark Racing Technology a fait appel aux experts en aérodynamique d'AOTECH. Les membres des équipes d'AOTECH et de Spark Racing Technology sont des experts de premier plan dans leurs domaines respectifs et ont établi des relations de travail étroites lors de leurs projets antérieurs.

Le calendrier exigeait un couplage étroit entre les mises à jour de la conception, la simulation, l'analyse et le retour d'information pour les modifications de la conception. Les équipes de Spark Racing Technology et d'AOTECH ont mis en place leurs processus de conception/conception assistée par ordinateur (CAO)/simulation pour faciliter le transfert des données de conception, des résultats d'analyse et des modifications proposées.

Servir les clients du secteur des courses automobiles

Le responsable de l'aérodynamique chez AOTECH est Christophe Perrin, qui s'est orienté dès son plus jeune âge vers une carrière dans le sport automobile. Il a fréquenté une école d'ingénieurs française, l'ESTACA, connue pour ses études d'ingénieur dans les domaines de l'automobile et de l'aéronautique, et s'est tourné vers des études sur l'aérodynamique. Il a trouvé une place dans l'équipe ART Grand Prix, dont il a conçu la voiture de course de Formule 3 en 2006, avant de devenir responsable du design aérodynamique chez ART Grand Prix.

L'équipe d'ART Grand Prix a connu plusieurs années de succès. En Formule 3 Euro Series, l'équipe ART Grand Prix est restée invaincue dans les championnats des équipes et des pilotes entre 2004 et 2009. En 2008, l'équipe aérodynamique d'ART Grand Prix a ajouté un logiciel de mécanique des fluides numérique (CFD) à sa panoplie d'outils d'analyse.

Christophe Perrin a ensuite rejoint AOTECH lors de la création de l'entreprise fin 2010. AOTECH est spécialisée dans les simulateurs pour les sports automobiles et dans les études d'aérodynamique externe. Entre autres projets, les simulateurs de course AOTECH sont utilisés pour former les pilotes qui vont participer pour la première fois aux 24 heures du Mans. L'entreprise travaille avec de nombreux clients du secteur de la course automobile sur des études aérodynamiques, et AOTECH a depuis ajouté à sa liste de clients des constructeurs automobiles commerciaux et des fabricants de pneus.

Répondre à différents objectifs

Depuis sa création, AOTECH utilise le logiciel Simcenter STAR-CCM+™ de Siemens Digital Industries Software pour les études aérodynamiques externes concernant la mécanique des fluides numérique. Simcenter STAR-CCM+, qui fait partie du portefeuille Simcenter™, favorise un flux de travail fluide pour l'analyse CFD externe : un avantage clé pour AOTECH.

À l'instar de la Formule 3, les conceptions aérodynamiques de la Formule E ont des objectifs différents de ceux des voitures de course de Formule 1. Pour les courses de Formule 1™, la principale considération en matière de conception est l'appui aérodynamique. Pour la Formule E, la conception aérodynamique vise l'efficacité aérodynamique, qui est un rapport entre la traînée et l'appui aérodynamique.

C'est pourquoi la performance aérodynamique du nouveau design de la voiture de course de Formule E est extrêmement importante. Les performances de l'aileron en termes d'appui aérodynamique et de force de résistance ont été déterminantes. Il était possible de créer un nouveau design imaginatif, mais les performances aérodynamiques risquaient d'être amoindries. Le projet a été confronté à quatre contraintes majeures :

• Temps : l'échéancier du projet a été comprimé

• Collaboration : un travail d'équipe entre experts de la conception et de l'aérodynamique était nécessaire

• Conception : trouver l'équilibre entre performance aérodynamique et style

• Fabricabilité et sécurité : s'assurer que le véhicule puisse être construit et qu'il survive à l'impact

Le succès repose sur trois piliers

Ces contraintes sont à l'origine de la collaboration entre Spark Racing Technology et AOTECH. Les entreprises ont mis en place un processus de conception sans faille, passant du concepteur de Spark Racing Technology à la modélisation CAO, puis à Simcenter STAR-CCM+ pour le nettoyage des surfaces et le maillage, la simulation et, enfin, l'analyse post-traitement. La simulation de l'aileron avant contenait 200 millions de cellules et représentait un problème de simulation aérodynamique complexe. L'équipe a eu besoin d'une demi-journée pour nettoyer, préparer et remailler le modèle, puis lancer une simulation. La simulation Simcenter STAR-CCM+ a fonctionné pendant une journée supplémentaire sur le cluster 128-core de l'entreprise. Trois heures ont été nécessaires pour le post-traitement et l'analyse avec la visionneuse autonome gratuite STAR-View+. Les deux équipes ont examiné les résultats de la simulation et les implications pour la conception. Avec un flux de travail et un ensemble d'outils technologiques aussi fluides, l'une des phases les plus difficiles a été la collaboration et la communication pour la prochaine révision des modifications de conception.

Travaillant sans relâche jusqu'à la fin de 2015, l'équipe d'AOTECH a terminé l'analyse pour Spark Racing Technology en février 2016. La conception futuriste a répondu aux objectifs esthétiques et de performance du projet, en plus des exigences de fabricabilité et de sécurité. L'expertise des équipes, la relation de collaboration et la fluidité du processus technique ont constitué les trois piliers de cette réussite. La production a commencé et les voitures ont été livrées aux équipes pour la troisième saison de la série de courses FIA Formule E.