O que se estuda na aerodinâmica?

A aerodinâmica é a área responsável pelo estudo do fluxo de ar e das forças exercidas por ele sobre o carro. Esse estudo é imprescindível para melhorar o desempenho, consumo e estabilidade, seja em carros de passeio ou de fórmula.

Na aerodinâmica, há duas forças que são a ênfase do estudo: Força de sustentação descendente (downforce) e arrasto. O arrasto é uma força horizontal gerada pelo atrito do ar com a superfície do carro, no sentido contrário do deslocamento, diminuindo o desempenho do carro. O downforce é uma força vertical descendente, gerada pela diferença de pressão entre as partes superiores e inferiores dos dispositivos aerodinâmicos, e consequentemente do veículo como um todo, e seu principal objetivo é o aumento da Força Normal sobre os pneus, resultando em um aumento de aderência em curvas e uma diminuição no ângulo de escorregamento dos pneus, o que resulta em um melhor desempenho do carro em curvas.

Ao ter dispositivos que geram downforce, inevitavelmente há um aumento do arrasto. Assim, apresenta-se o maior desafio da aerodinâmica: o projeto de seus componentes tem por objetivo aumentar a força aerodinâmica vertical descendente sem, no entanto, prejudicar o desempenho do carro com o aumento excessivo do arrasto. Além disso, é necessário que os componentes não acrescentem peso em excesso ao carro.

O TR-05 foi o primeiro carro do Fórmula UFMG a implementar um estudo aerodinâmico mais aprofundado. São os dispositivos aerodinâmicos: asa traseira, asa dianteira e difusor.

Os componentes foram desenhados no software SolidWorks e submetidos a simulações de fluidos no software StarCCM+. Foram analisadas várias geometrias até que convergíssemos para a que melhor atendia aos objetivos da equipe e ao mesmo tempo se adequasse ao regulamento da competição Fórmula SAE, já que esse é bastante restrito em relação à localização de dispositivos aerodinâmicos. Além disso, foram feitas simulações de esforços no software ANSYS para garantir a rigidez e resistência dos componentes.

As asas são dispositivos que geram downforce devido a um gradiente de pressão, o qual é derivado de uma diferença de velocidade entre o escoamento das superfícies superior e inferior dessas. Ambas foram laminadas com fibra de carbono, e seus moldes foram usinados em MDF. Na asa traseira, tanto a estrutura interna quanto os suportes são de alumínio .Já na asa dianteira, a estrutura interna foi de alumínio e os suportes de aço 1020, por ser um material mais resistente, já que a asa possui poucos pontos de fixação.

O difusor é um dispositivo que se localiza debaixo do carro, e tem como principal objetivo conduzir o ar de forma a não causar grandes choques com a estrutura, gerando downforce, e ajudando na diminuição do arrasto do conjunto. Sua construção foi feita por meio de laminação sanduíche de fibra de vidro e balsa, e seus moldes foram confeccionados em isopor.

Por último, mas não menos importante, temos a carenagem e o bico. Eles são imprescindíveis para que o escoamento do fluxo de ar no carro seja o melhor possível. Ambos foram laminados com fibra de vidro, e seus moldes foram usinados em isopor.

A escolha de todos os materiais foi baseada em suas propriedades mecânicas, densidade e disponibilidade. Assim, garantimos que o material suportará os esforços solicitados e que a peça não será superdimensionada.

Como todo bom projeto, há também as validações. A validação da aerodinâmica se divide em duas partes: testes em pista e teste em túnel de vento. O teste em túnel de vento consiste em medir as forças aerodinâmicas em um modelo em escala do carro e, por meio dos resultados obtidos, calcular coeficientes adimensionais e compará-los com os obtidos na simulação de fluídos. Já no teste em pista, simulamos as provas dinâmicas da competição e medimos o tempo do carro com e sem os dispositivos aerodinâmicos, e assim, comparamos os resultados.

A construção de todos os componentes da aerodinâmica só foi possível devido à ajuda de nossos patrocinadores. As fibras foram disponibilizadas pela Fibertex, o isopor para a confecção dos moldes pela Termominas, o alumínio pela Fibraer e o aço pela RDmec. Todos os moldes foram usinados pelo CEA -Centro de estudos aeronáuticos da UFMG- e as geometrias de estrutura interna e suportes das asas foram feitas por corte à agua, pela empresa JOTALUX.