Comment améliorer les performances d'une voiture de course F3 avec Artec Leo ?

Défi : Améliorer le profil aérodynamique d'une voiture de course F3 en vue de l’obtention d’un master en ingénierie

Solution : Artec Leo, Artec Studio

Résultats : Les scans 3D du véhicule ont permis le développement de l'aile avant, augmentant ainsi la vitesse de la voiture en ligne droite et dans les virages.

Une voiture de course, telle que la Dallara F399/01, est le fruit de plusieurs décennies de progrès techniques. Les moteurs, les châssis et les matériaux ont tous énormément progressé afin de se conformer aux réglementations techniques du sport automobile tout en augmentant les performances. En fait, les percées remarquables déjà réalisées au fil des ans dans l'ingénierie des voitures de course donnent l'impression qu'il ne reste plus beaucoup de place pour d'autres améliorations. Du moins, pas sans investir une quantité considérable de ressources financières et de temps. Dans ces conditions, quelles sont les options possibles si l'on veut obtenir un avantage technique sur la concurrence ? John Hughes, étudiant en ingénierie de troisième cycle à l'Université du Pays de Galles Trinity Saint David (UWTSD), a proposé une réponse simple : l'aérodynamique.

« Chaque petit détail, chaque petit gain que vous obtenez est mieux que rien. Pour le moment, nous avons réussi à gagner environ 10 miles par heure en vitesse en ligne droite, par rapport à ce que nous avions quand nous avons commencé avec la voiture. Juste grâce au développement aérodynamique. »

John a travaillé sur l'aile avant de la Dallara dans le cadre de son projet de maîtrise avec un autre étudiant en aérodynamique et les deux propriétaires de la voiture. Leur objectif a été d'obtenir de meilleures performances du véhicule, qui participe actuellement au championnat britannique de sprint (British Sprint Championship), un championnat prestigieux composé de 16 épreuves par saison qui se déroule sur plusieurs sites au Royaume-Uni. Entre les épreuves, John et son équipe disposent de petits laps de temps pour travailler sur la voiture à l'atelier automobile de l'université, situé juste à côté du port de Swansea.

Pendant un certain temps, l'équipe a utilisé des outils de mesure manuels pour obtenir les dimensions du F3, mais les résultats manquaient de précision en plus de prendre du temps. Ils en sont naturellement venus à la conclusion qu'il leur fallait un moyen fiable d'obtenir de meilleures mesures plus rapidement. C'est là que l'idée des technologies de numérisation 3D est entrée dans leur champ de vision. Au début, ils ont essayé des méthodes de numérisation 3D basiques pour obtenir un modèle CAO sur lequel ils pouvaient travailler, mais ce n'était pas encore assez précis. Dès qu'ils ont eu connaissance des solutions de numérisation 3D professionnelles, ils ont contacté la société Artec 3D Ambassadors Central Scanning, basée au Royaume-Uni, en espérant qu'elle pourrait fournir les résultats escomptés. En voyant les scans préliminaires réalisés avec le tout nouveau scanner 3D Artec Leo, John a su qu'il avait fait le bon choix. « En regardant ce qui a été capturé, la quantité de détails, comparée à ce que j'ai vu auparavant, est inégalable. C'est incroyable, par rapport à ce que j'ai vu produire auparavant », a-t-il déclaré.

Nick Godfrey et Tom White de Central Scanning avaient analysé au préalable la tâche à accomplir et conclu que l'Artec Leo serait le meilleur outil pour ce travail. « Leo est capable de capturer des objets de taille moyenne à grande très rapidement. Il ne nécessite aucune préparation préalable, et la numérisation peut être effectuée directement sur place », a déclaré Nick. « Le scanner est entièrement autonome, ce qui signifie qu'il n'y a pas de câbles ou d'ordinateurs rattachés à lui qui limitent vos mouvements. Nous pouvons capturer pratiquement tout plus facilement qu'avec toute autre solution de numérisation 3D. »

Leo est équipé de sa propre batterie, d'un écran tactile qui montre la numérisation en temps réel, et sauvegarde les données sur une carte mémoire qui peut ensuite être transférée sur un ordinateur. Tom a scanné la Dallara dans l'atelier automobile de l'UWTSD, sans avoir besoin de matériel superflu. En tout, le scan de toute la voiture a pris moins de 2 heures. Les données du scan ont été traitées sur Artec Studio en un jour, et un modèle CAO complet a été envoyé à John quelques jours plus tard.

Il est important de noter que dans le domaine de l'aérodynamique, des changements millimétriques dans la conception peuvent changer beaucoup de choses. L'Artec Leo peut se targuer d'avoir un taux de capture de données impressionnant de 3 millions de points par seconde, avec un traitement 3D en temps réel affiché directement sur son écran. En numérisant la géométrie de l'ensemble de la voiture avec la plus grande précision, John peut effectuer une meilleure simulation de dynamique des fluides numérique (CFD) sur Ansys, en analysant toutes les options pour affiner le profil aérodynamique de la voiture à partir du modèle 3D le plus réaliste.

« Je commence généralement par essayer d'optimiser le composant actuel du mieux que je peux sans modifier la géométrie des composants individuels. Par exemple, l'aile avant actuelle comporte plusieurs éléments, comme des volets et des winglets. J'étudierais si le fait de déplacer la position des volets améliorerait les performances globales de l'aile », explique John. « Ce processus peut prendre des mois. Toutefois, il peut être accéléré grâce à l'utilisation d'un logiciel de conception d'expériences (DoE). Une fois la géométrie d'origine optimisée, je peux ensuite commencer à la développer en étudiant les résultats de la CFD. L'utilisation de cette méthode permet de gagner du temps et de réduire les coûts de fabrication, car j'essaie de conserver autant que possible l'aile avant d'origine. »

Après l'analyse et le travail de conception, les pièces modifiées ont été envoyées à Fibre-Lyte, un fabricant de fibres de carbone spécialisé dans les sports de haute performance. À l'aide d'une fraiseuse 3D, ils sont en mesure de créer des pièces uniques rentables qui peuvent être répétées, ou produites en masse, si des volumes plus importants sont nécessaires.

Les pièces fabriquées ont été installées sur la voiture de course, et John a déjà commencé à remarquer la différence : « Nous avons constaté des gains de vitesse en ligne droite et en virage depuis le début des modifications. J'ai créé un certain nombre d'itérations de la conception de l’aile. Chacune d'entre elles montre des améliorations de performance. Les résultats de la simulation sont très prometteurs en termes d'amélioration des performances. »

Pourquoi utiliser les scanners 3D Artec dans les universités ?

Comme le montre le cas de John, la valeur ajoutée de la numérisation 3D professionnelle dans l’ingénierie, et dans d'autres disciplines telles que l'archéologie, le design et les sciences du sport, est immensément bénéfique pour les étudiants. Apprendre avec les technologies les plus récentes est une garantie qu’ils seront mieux préparés pour leurs futures carrières, et qu’ils seront leaders dans leurs domaines : métrologie, rétro-ingénierie, préservation du patrimoine, etc.

La gamme de produits Artec 3D garantit une numérisation 3D ultra précise, avec des scanners pour des tâches de toute taille. Artec 3D est fier de travailler avec des universités du monde entier, grâce à ses offres éducatives qui gagnent en popularité. Les offres spéciales proposées aux écoles, universités et instituts de recherche sont des occasions parfaites pour les prochaines générations d'experts d'acquérir une expérience pratique avec les outils les plus avancés disponibles sur le marché professionnel.

Suite au succès de leur première expérience de numérisation 3D, l'Université du Pays de Galles Trinity Saint David a manifesté son intérêt à poursuivre l'utilisation des produits Artec 3D sur divers projets d'ingénierie, y compris la numérisation de motos et de side-cars.