Sviluppo motore ad alte prestazioni per vettura Formula SAE

Questo articolo analizza lo sviluppo teorico e sperimentale del motore che equipaggerà la monoposto dell'Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia (UNIMORE) per le competizioni della Formula SAE, nel corso del 2011. I criteri di progettazione generale seguiti dal team UNIMORE sono di seguito discussi e confrontati con quelli scelti da altri concorrenti. In particolare, vengono illustrate in dettaglio le ragioni a sostegno della scelta del tipo di motore (monocilindrico Husqvarna). L'adozione di un monocilindrico, invece dei più potenti quattro cilindri, ha richiesto uno sforzo molto maggiore per ottenere un buon livello di potenza. Pertanto, lo sviluppo è stato massicciamente supportato da simulazioni CFD (sia 1D che 3D) e da prove sperimentali. Si è constatato che le aree di progettazione più importanti per il monocilindrico riguardano: il sistema di aspirazione, comprensivo della restrizione da 20 mm, ed il silenziatore. GT-Power è stato il principale strumento CFD utilizzato nel progetto. Dopo la calibrazione sperimentale del modello del motore originale sono state eseguite simulazioni a pieno carico, al fine di ottimizzare i parametri geometrici del motore, tenendo conto di una serie di vincoli decisi dal team o imposti dal regolamento. L’ottimizzazione effettuata non ha avuto solo l’obiettivo di ottenere il massimo della potenza, ma anche quello di trovare il miglior pacchetto motore-veicolo. È stato inoltre utilizzato un codice CFD 3D (STAR-CD) per simulare il flusso attraverso la restrizione, fornendo un aiuto fondamentale per la progettazione del Venturi e per calibrare le perdite di carico nel modello GT-Power del motore. Oltre ai calcoli stazionari condotti a pieno carico, sono state effettuate simulazioni di transitori, nella fattispecie prove di accelerazione. Sono state monitorate anche le emissioni acustiche del sistema di scarico nelle condizioni di prova indicate dal regolamento. Infine, è stata effettuata una caratterizzazione completa delle prestazioni del motore ottimizzato, prima di iniziare i test al banco. Sono state infatti elaborate delle mappe per i principali parametri prestazionali, che hanno consentito di accelerare il processo di calibrazione della centralina e di scelta dei rapporti di trasmissione per la gara di Endurance.