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La voiture hybride solaire/à vent devient réalité grâce à une conception basée sur la simulation
Lorsqu’une équipe d’ingénieurs conçoit et pilote une voiture solaire, elle doit tirer le maximum de chaque joule. C’est pourquoi l’équipe Punch Powertrain Solar Team (Solar Team) utilise la conception par simulation pour s’assurer que sa voiture capture et consomme l’énergie de manière optimale.
L’une des innovations qui ont épaté la concurrence est la capacité du véhicule à capter l’énergie éolienne comme une voile de traction. Cette prouesse, comme d’autres améliorations apportées à la voiture de la Solar Team, est le fruit de plus de 500 simulations réalisées en cinq mois.
Le travail acharné et le système de voile innovant de la Solar Team ont porté leurs fruits. Elle a terminé :
- Première à la Carrera Solar Atacama au Chili, en 2018.
- Troisième au World Solar Challenge en Australie, en 2017.
- Deuxième au European Solar Challenge de Belgique, en 2016.
“Toutes les équipes sont venues voir comment le système de voile était intégré », se souvient Adrian Baiets, ancien membre de la Solar Team. « Le World Solar Challenge a été si impressionné que nous avons raflé le prix de l’innovation technique de l’Organisme gouvernemental australien pour la recherche scientifique (CSIRO). Je ne serais pas surpris de voir d’autres équipes concevoir un mécanisme similaire dans les années à venir.”
Pendant que les autres équipes tentent de rattraper leur retard, l’équipe Punch Powertrain Solar (entre-temps rebaptisée Agoria Solar), utilisera le logiciel de simulation ANSYS grâce au sponsoring et à l’assistance technique de CadCorner, partenaire de distribution d’ANSYS.
Conception d’une voiture hybride solaire/à vent
La transformation d’une voiture solaire en une hybride à vent ne s’est pas faite du jour au lendemain. Après l’éclair de génie initial, il a fallu une planification minutieuse.
“Au départ, il était question de doter la voiture solaire de quatre roues motrices », explique Adrian Baiets. « De cette façon, les carénages des roues peuvent être plus étroits, ce qui améliore l’aérodynamisme. ”
Une certaine partie du circuit australien du World Solar Challenge est connue pour ses vents latéraux. La Solar Team a décelé l’opportunité de capter une énergie supplémentaire.
"Nous avions déjà quatre roues motrices", poursuit Adrian Baiets, "alors pourquoi ne pas mettre toutes les roues dans la même direction et le corps de la voiture en biais pour que le nez ne pointe pas vers l’avant ? La voiture peut désormais orienter son nez vers un angle de lacet maximal de 3 degrés. Cet angle confère à la voiture un effet de propulsion et de meilleures performances aérodynamiques."
Ce petit angle de lacet a nécessité beaucoup de travail supplémentaire. Habituellement, la voiture est simulée et conçue pour un vent de face. Mais cet angle de lacet a obligé la Solar Team à mener une série de simulations différentes incluant le vent latéral. Pour réaliser cette simulation et d’autres simulations aérodynamiques, l’équipe a automatisé le flux de travail dans ANSYS Fluent.
Optimisation de la voiture hybride solaire/à vent avec l’automatisation des flux de travail
Deux années s’écoulent entre deux World Solar Challenge. Mais si l’on tient compte du temps nécessaire pour tester, fabriquer et peaufiner la voiture, l’équipe de simulation dispose d’environ cinq à six mois pour mettre au point la conception du véhicule.
Cela laisse peu de temps pour trouver un concept, l’optimiser et s’assurer qu’il est conforme à tous les règlements de la compétition. La Solar Team a donc dû faire preuve d’une grande efficacité dans ses simulations.
"Nous avons adopté une approche itérative », explique Emmerick Vandervelpen, qui travaille sur la conception aérodynamique de la voiture. « À partir d’une conception de base, nous avons essayé d’optimiser chaque pièce une par une. Grâce à cette approche, nous sommes tombés amoureux des simulations. Nous avons dû être rapides et efficaces, et effectuer autant de simulations que possible pour déterminer les caractéristiques de la voiture et la manière dont elles affectaient la traînée."
"J’ai mis au point un flux de travail qui m’a permis d’effectuer des simulations en permanence », ajoute-t-il. « En utilisant la fonction journal de Fluent, j’ai pu configurer les simulations et les laisser tourner pendant la nuit. Le système chargeait automatiquement les nouvelles simulations. J’évaluais ensuite les résultats dans la matinée et mettais la série de simulations suivante en file d’attente."
La méthode de travail de la Solar Team s’est avérée si efficace que l’équipe a pu effectuer plus de 500 simulations sur une période de 5 mois.
La conception basée sur la simulation a assuré le succès de la voiture hybride solaire/à vent
Grâce aux données obtenues lors de ces simulations, la Solar Team a pu réduire la traînée de sa voiture de 20 % par rapport au modèle précédent.
"Sans simulation, il est difficile de comprendre l’effet d’une modification », explique Emmerick Vandervelpen. « Il a fallu du temps pour réaliser les simulations, mais au bout d’une journée, nous étions en mesure de comprendre les effets d’une modification sur l’aérodynamique. Nous nous sommes donc rapprochés, un peu plus chaque jour, de la conception idéale."
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