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Munich University of Applied Sciences
Master Program Computational Engineering
http://www.me.hm.edu/tbm
Altair Techday
10. OKTOBER 2016, LEIBNIZ RECHENZENTRUM
External aerodynamics on a vehicle
for the Hydro2Motion Team
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
2Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Carbon Monoquoque
Windows PMMA
Steer-by-Wire with high Reliability
and Redundancy
Mikrocontrollers and PCB‘s for
Control of Fuel Cell and
Energy Management
Test Rigs for vehicle and
components
Development of Solutions for
Datalogging
Live Telemetry
Modern Lightweight Materials and
Manufacturing Technologies
Added Manufacturing
Titanium, Aluminum, CFC, PA, PC
CFD-Simulation and
Wind Tunnel Testing
Development of
Electric Drives
Maximizing Efficiency
Factors
Design/Optimization of Mechanical
Components
Objectives: minimal Weight and
Driving Resistances
Optimized Driving Strategy
GPS-based
…
www.hydro2motion.de
- AN INTERDISCIPLINARY STUDENTs PROJECT
3Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
VEHICLE BODY CONCEPT AND ITS CHARACTERISTICS
• Dimensions: 2.780 m x 0.760 m x 0.607
• Mass: 12.32 kg
• Material: Carbon Fiber + Foam
• Drag Coefficient cd: 0.170
• Frontal ref. area Aref: 0.382 m2
• Drag Area: 0.065 m2
3
MASS
AERODYNAMIC PERFORMANCE
STRUCTURAL INTEGRITY
FEASIABILITY
VISIBILITY
PACKAGINGSAFETY
CONDITIONS THAT WERE TAKEN INTO ACCOUNT:
4Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
• Flexible generation of new geometry
• Evaluation of new concepts with 3-D modelling
• Exploration of more conceptual variables
Sketches
CADCAE
FROM SKETCHES TO A VEHICLE CONCEPTSAVING TIME IN DIFFERENT STEPS
5Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
CREATION OF THE PARAMETRIC MODEL
6Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
ΔX=-100 mm
USING THE PARAMETRIC MODEL
7Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
PAC-Car II of the Swiss Federal Institute of Technology (ETH) 2005
Ecorunner V of the Eco-Runner Team Delft. 1st place in Shell Eco-Marathon 2015
HM Hydro2Motion – current vehicle design
8Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
A low fuel consuming vehicle is very dependent on a low drag shape.
• Aerodynamic Shape
• Low Aerodynamic Drag
9Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Dimensions of the wind tunnel
Mesh in flow direction
Mesh in cross direction
35 km/h = 9.72 m/s
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Wind Tunnel Simulation
10Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 1.0
Frontal ref. area Aref 0.382 m2
Lift Coefficient cl 0.033
Drag Coefficient cd 0.246
Aref x cd 0.094 m2
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
11Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Pressure contours for the Shape 1.0 (pressure in Pa)
Streamlines for the Shape 1.0 (velocity in m/s)
Velocity contours for the Shape 1.0 (velocity in m/s)
12Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 2.1: nose shifted down
Shape 2.2: longer nose
Nose Region
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
13Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 3.1: higher tail
Shape 3.2: longer tail
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Tail Region
14Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 3.3: smaller tail profile
Shape 3.4: inclined tail profile
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Tail Region
15Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 3.5: higher and longer tail
Shape 3.6: lean tail
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Tail Region
16Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 4.1: front wheels fairing with master points aligned and x=-150 mm
Shape 4.2: front wheels fairing with master points aligned and x=-300 mm
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Front Wheels Fairing
17Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 5.1: rear wheel fairing
with master points aligned
and x=-150 mm
Shape 5.2: rear wheel fairing
with master points not aligned
and x=-150 mm
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Rear Wheel Fairing
Shape 5.3: rear wheel fairing
with master points not aligned
and x=-300 mm
18Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 1.0 2.1 2.2
Frontal ref. area Aref 0.382 m2 0.382 m2 0.382 m2
Drag Coefficient cd 0.246 0.245 0.240
Aref x cd 0.094 m2 0.093 m2 0.092 m2
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Nose Region
19Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 1.0 3.1 3.2
Frontal ref. area Aref 0.382 m2 0.382 m2 0.382 m2
Drag Coefficient cd 0.246 0.248 0.249
Aref x cd 0.094 m2 0.095 m2 0.095 m2
Shape 3.3 3.4 3.5
Frontal ref. area Aref 0.382 m2 0.382 m2 0.382 m2
Drag Coefficient cd 0.244 0.244 0.248
Aref x cd 0.093 m2 0.093 m2 0.095 m2
Shape 3.6
Frontal ref. area Aref 0.382 m2
Drag Coefficient cd 0.240
Aref x cd 0.092 m2
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Tail Region
20Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 1.0 4.1 4.2
Frontal ref. area Aref 0.382 m2 0.382 m2 0.382 m2
Drag Coefficient cd 0.246 0.226 0.197
Aref x cd 0.094 m2 0.086 m2 0.075 m2
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Front Wheels Fairing
21Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 1.0 5.1
Frontal ref. area Aref 0.382 m2 0.382 m2
Drag Coefficient cd 0.246 0.227
Aref x cd 0.094 m2 0.087 m2
Shape 1.0 5.2 5.3
Frontal ref. area Aref 0.382 m2 0.382 m2 0.382 m2
Drag Coefficient cd 0.246 0.226 0.219
Aref x cd 0.094 m2 0.086 m2 0.084 m2
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Rear Wheel Fairing
22Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 6.1: combination of the better shapes for the aerodynamic performance
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Final Design
23Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 1.0 6.1
Frontal ref. area Aref 0.382 m2 0.382 m2
Drag Coefficient cd 0.246 0.170
Aref x cd 0.094 m2 0.065 m2
Cd = -31%
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Final Design
24Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Seated Driving Position
Shape 7.1: seated driving position
25Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
Shape 1.0 6.1 7.1
Frontal ref. area Aref 0.382 m2 0.382 m2 0.517 m2
Drag Coefficient cd 0.246 0.170 0.140
Aref x cd 0.094 m2 0.065 m2 0.073 m2
Cd = -43%
A = +35%
Cd*A = -23%
Cd = -31%
CONCEPT DEVELOPMENT / AERODYNAMIC CONCEPT
Seated Driving Position
26Altair Techday | 10. OKTOBER 2016 | LEIBNIZ RECHENZENTRUM
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• Zweite Ebene• Dritte Ebene
• Vierte
Sérgio Yuri Ribeiro B.Sc.
THANK YOU FOR YOUR ATTENTION
Sérgio Ribeiro B.Sc.
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Master Program Computational Engineering
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