Simcenter STAR-CCM+를 사용하여 Spark Racing Technology가 프론트 윙 프로젝트를 적시에 완료할 수 있도록 지원

팀 구성

모터스포츠는 상용차를 위한 첨단 기술의 시험대가 됩니다. 전기차는 도시와 고속도로에서 개인 모빌리티의 미래가 될 수 있으므로 고성능, 첨단 기술의 전기 포뮬러 클래스 레이싱으로 전환하는 것은 자연스러운 단계입니다. 이에 따라 국제자동차연맹(FIA)은 2012년 Formula E 챔피언십을 구상했고 2014년에 첫 대회를 개최했습니다.

Formula E 레이싱을 위한 미래 지향적인 설계는 전기차 기술의 잠재적 운명을 고려할 때 완벽하게 어울리는 것처럼 보입니다. 동시에 전기 경주용 자동차 설계의 공기역학적 성능은 효율적이면서도 안전과 제조 가능성 요구사항을 충족해야 합니다.

새로운 Formula E 경주용 자동차에서 설계, 제조 가능성, 안전성 및 공기역학적 성능을 결합하는 과제를 해결하기 위해 어떤 팀과 기술이 필요할까요? 그것은 바로 긴밀한 협력 관계를 유지하고 최고급 도구를 갖춘 분야별 전문가들로 구성된 팀일 것입니다.

프론트 윙의 새로운 설계 구현

국제자동차연맹(FIA)은 모터스포츠를 주관하는 기관으로 '전 세계 모든 도로 이용자를 위한 안전하고 지속 가능하며 접근 가능한 모빌리티'에 중점을 두고 있습니다. 지속 가능한 모빌리티의 핵심 기술은 전기차입니다. 실제로 전기차는 개인 모빌리티의 미래가 될 수 있습니다. FIA는 Formula E 챔피언십의 세 번째 시즌을 위해 이러한 미래 지향적인 아이디어를 시각적으로 반영할 수 있는 방식으로 경주용 자동차 설계를 업데이트하고자 했습니다.

Formula E 경주용 자동차의 설계자인 Spark Racing Technology는 프론트 윙을 위한 새로운 설계를 구현해야 했습니다. 그들은 뛰어난 성능을 발휘하고 이전 세대 경주용 자동차와 비슷하거나 더 나은 미래 지향적인 설계를 원했습니다. 게다가 세 번째 시즌을 위해 레이싱 팀에 차량을 인도하는 데 필요한 리드 타임이 예정되어 있어 설계 프로젝트를 2개월 안에 완료해야 했습니다.

이 촉박한 일정을 맞추기 위해 Spark Racing Technology는 AOTECH의 공기역학 전문가에게 도움을 요청했습니다. AOTECH와 Spark Racing Technology의 팀원들은 해당 분야의 최고 전문가이며 이전 프로젝트를 기반으로 긴밀한 협력 관계를 유지하고 있습니다.

일정에는 설계 업데이트, 시뮬레이션, 해석 및 설계 변경에 대한 피드백을 긴밀하게 연계해야 했습니다. Spark Racing Technology와 AOTECH 팀은 설계 데이터, 해석 결과 및 제안된 변경 사항을 원활하게 전송할 수 있도록 설계/CAD(Computer-Aided Design)/시뮬레이션 프로세스를 설정했습니다.

레이싱 고객에게 서비스 제공

AOTECH의 공기역학 관리자인 Christophe Perrin은 어렸을 때부터 모터스포츠를 직업으로 삼았습니다. Perrin은 자동차 및 항공 우주 공학으로 유명한 프랑스 공과 대학 ESTACA에 다녔으며 공기역학을 전공했습니다. 그는 ART 그랑프리 팀에 합류하고 2006년에 Formula 3 경주용 자동차를 설계했으며, 이후 ART 그랑프리에서 공기역학 설계를 담당하게 되었습니다.

ART 그랑프리 팀은 수년간 성공을 거두었습니다. Formula 3 유로 시리즈에서 ART 그랑프리 팀은 2004년부터 2009년까지 팀 및 드라이버 챔피언십에서 무패를 기록했습니다. ART 그랑프리의 공기역학 팀은 2008년에 해석 툴킷에 CFD(전산 유체 역학) 소프트웨어를 추가했습니다.

그 후 2010년 말 AOTECH가 설립되었을 때 합류했습니다. AOTECH는 모터스포츠 및 외부 공기역학 연구를 위한 시뮬레이터를 전문으로 하는 기업입니다. 여러 프로젝트 중에서도 AOTECH 레이싱 시뮬레이터는 Le Mans 24시(24 Hours of Le Mans)에 처음으로 참가할 드라이버에게 교육을 제공하는 데 사용됩니다. 이 회사는 많은 레이싱 고객과 함께 공기역학 연구를 진행하고 있으며, AOTECH는 이후 상업용 자동차 제조업체 및 타이어 제조업체를 고객 목록에 추가했습니다.

다양한 목표 달성

AOTECH는 창립 이래 외부 공기역학 CFD 연구를 위해 Siemens Digital Industries Software의 Simcenter STAR-CCM+ ™ 소프트웨어를 사용해 왔습니다. Simcenter™ 포트폴리오의 일부인 Simcenter STAR-CCM+는 AOTECH의 주요 이점인 외부 CFD 해석을 위한 원활한 워크플로를 제공합니다.

Formula 3과 마찬가지로 Formula E의 공기역학적 설계는 Formula 1 경주용 자동차 설계의 공기역학적 설계 목표와 다른 목표를 가지고 있습니다. Formula 1™ 레이싱의 경우 주요 설계 고려 사항은 다운포스입니다. Formula E의 공기역학적 설계는 공기역학적 효율성, 즉 항력과 다운포스의 비율을 목표로 합니다.

이러한 목표를 위해 Formula E 경주용 자동차의 새로운 설계의 공기역학적 성능은 매우 중요해졌습니다. 다운포스와 항력 모두에 대한 날개의 성능은 중요한 문제였습니다. 새롭고 상상력이 풍부한 설계를 구현할 수는 있었지만 공기역학적 성능이 떨어졌을 수 있습니다. 이 프로젝트는 다음과 같은 네 가지 주요 제약에 직면했습니다.

• 시간: 프로젝트 일정 촉박

• 협업: 설계와 공기역학 분야의 전문가 간 팀워크 필요

• 설계: 공기역학적 성능과 스타일 사이의 균형 찾기

• 제조 가능성 및 안전성: 건설되고 충격을 견딜 수 있도록 보장

성공은 세 가지 요소에 달려 있습니다

이러한 제약 조건은 Spark Racing Technology와 AOTECH 간의 협업을 위한 발판이 되었습니다. 두 회사는 Spark Racing Technology 설계자에서 CAD 모델링으로, 그리고 표면 정리 및 메싱, 시뮬레이션을 위해 Simcenter STAR-CCM+로 원활하게 이어지는 원활한 설계 프로세스를 구축했으며, 마지막으로 후처리 해석까지 진행되었습니다. 프론트 윙 시뮬레이션에는 2억 개의 셀이 포함되어 있었고 복잡한 공기역학 시뮬레이션 문제를 나타내고 있었습니다. 팀은 모델을 정리하고, 준비하고, 다시 메싱한 다음 시뮬레이션을 시작하는 데 반나절이 걸렸습니다. Simcenter STAR-CCM+ 시뮬레이션은 회사의 128코어 클러스터에서 하루 더 실행되었습니다. STAR-View+ 무료 독립형 뷰어를 사용한 후처리 및 해석에 3시간이 소요되었습니다. 두 팀은 시뮬레이션 결과와 설계에 미치는 영향을 검토했습니다. 이러한 원활한 워크플로 및 기술 도구 세트에서 가장 어려운 단계 중 하나는 설계 변경의 다음 수정을 위해 협업하고 소통하는 것이었습니다.

2015년 말까지 쉬지 않고 작업한 AOTECH 팀은 2016년 2월에 Spark Racing Technology에 대한 해석을 완료했습니다. 미래 지향적인 설계는 제조 가능성 및 안전 요구사항 외에도 프로젝트의 시각적 목표 및 성능 목표를 충족했습니다. 팀의 전문성, 협업 관계 및 원활한 기술 프로세스가 성공으로 이끄는 세 가지 요소를 구성했습니다. 생산이 시작되었고 FIA Formula E 레이싱 시리즈의 세 번째 시즌을 위해 각 팀에 차량이 인도되었습니다.