Studenci Politechniki Białostockiej zaprojektowali i zbudowali pierwszy hybrydowy bolid klasy Formula Student. Za kilkanaście dni auto pojedzie w zawodach na torze Red Bull Ring w Austrii.
Bolid CMS-09 został zbudowany przez zespół Cerber Motorsport złożony ze studentów Wydziału Mechanicznego, Wydziału Elektrycznego i Wydziału Informatyki Politechniki Białostockiej. To pierwszy skonstruowany przez nich bolid hybrydowy. Silniki elektryczne będą wykorzystywane tylko w wolnych zakrętach i w trakcie konkurencji akceleracji.
W porównaniu z poprzednią konstrukcją, nos auta został obniżony, środkowa część monocoque dopasowana do nowej kinematyki przedniego zawieszenia, a tylna przeprojektowana, by można było umieścić elementy układu hybrydowego. Zmiany geometrii wymusiły całkowitą zmianę ergonomii kierowcy, nowa pozycja zapewni niezbędną wygodę, bezpieczeństwo oraz sterowność przy jednoczesnym zachowaniu niskiego środka ciężkości kierującego – opisuje Julian Rząca, student mechaniki i budowy maszyn.
Studenci odświeżyli projekt stalowej ramy przestrzennej umiejscowionej w tylnej sekcji bolidu. Wykonana została z cienkościennych rur ze stali chromowo molibdenowej, co pozwoliło na uzyskanie wysokiej sztywności przy zachowaniu niskiej masy. Zoptymalizowano również struktury kompozytowe monocoque, przeprojektowano układ włókien węglowych oraz wykorzystano takie o niższej gramaturze, co pozwoliło na uzyskanie wyższej sztywności skrętnej przy jednoczesnej redukcji masy. Członkowie zespołu poprawili również aerodynamikę bolidu.
Udało się nam zoptymalizować kąty natarcia, co przy symulacji przepływowej pokazało, że siła nośna wzrosła o 30%, a opór dynamiczny spadł o 21%. Zmieniliśmy skrzydła boczne, by dostosować się do nowego systemu chłodzenia. Wykorzystanie pełnego potencjału geometrii zaowocowało zmniejszeniem siły oporu o około 10% – raportuje Karol Myszkiewicz, student mechaniki i budowy maszyn.
Implementacja układu hybrydowego wymagała wprowadzenia licznych modyfikacji, m.in. w układzie hamulcowym, gdzie wprowadzono elektroniczną zmianę rozkładu siły hamowania pomiędzy przednią a tylną osią. Dzięki temu zmian można dokonać prosto z poziomu kierownicy, nawet podczas jazdy na torze.
Największe zmiany wprowadziliśmy jednak w układzie zawieszenia. Instalacja układu hybrydowego w przednich kołach wymusiła na nas kompletne przeprojektowanie geometrii zawieszenia, zarówno przedniego, jak i tylnego. Małe silniki elektryczne umieściliśmy w 10-calowych obręczach koła. Od podstaw zaprojektowaliśmy nową zwrotnicę, piastę oraz przekładnię planetarną. Poza samym umiejscowieniem silników musieliśmy umożliwić odpowiedni skok zawieszenia oraz kąt skrętu kół, unikając przy tym jakiejkolwiek kolizji układu hybrydowego z ruchomymi częściami zawieszenia, takimi jak drążki czy wahacze. W układzie tylnego zawieszenia zastosowaliśmy nowy stabilizator poprzeczny oraz wprowadziliśmy układ dynamiczny zmiany zbieżności kół wraz z pionowym ruchem koła z możliwością regulacji intensywności tego efektu. To innowacyjny układ, który wraz ze skróconym rozstawem osi prowadzi do zwiększenia zwinności i polepszenia kierowalności auta podczas pokonywania ciasnych i krętych fragmentów torów – wyjaśnia Piotr Cywoniuk, również student kierunku mechanika i budowa maszyn.
Opracowana na nowo kinematyka umożliwia odpowiedni ruch zawieszenia oraz zapewnia maksymalną przyczepność opony. Studenci zastosowali sprawdzone już lekkie i wytrzymałe felgi magnezowe oraz wyścigową oponę typu slick w najbardziej miękkiej mieszance. Dzięki szerokiemu wachlarzowi regulacji układu podwozia, można przeprowadzić szeroki zakres testów oraz walidować obliczenia numeryczne z rzeczywistością na podstawie wbudowanej telemetrii, czyli ze wskazań czujników umieszczonych w bolidzie.
Sercem bolidu jest spalinowy silnik z motocykla Honda CBR 600 RR.
Zamontowaliśmy specjalnie zaprojektowane wałki rozrządu i dostosowaliśmy skrzynię biegów do naszych wymagań oraz torów, na których będziemy rywalizować, a wprowadzenie nowego sterownika silnika umożliwiło nam więcej opcji strojenia i ciągłe monitorowanie parametrów auta – opowiada Szymon Wasilewski, student automatyki i robotyki.
Szereg zmian przeszedł układ chłodzenia. Studenci zastosowali jedną chłodnicę w sidepodzie, zaprojektowaną i zoptymalizowaną do pracy na najwyższych obrotach. Zainstalowali również wydajniejszą pompę wody, aby zwiększyć końcową wydajność układu chłodzenia.
Układ smarowania został z kolei zaadaptowany do nowej geometrii i zoptymalizowany pod kątem uzyskania wyższego ciśnienia oleju.
Zmniejszyliśmy jego masę, zachowując niezawodność. Na podstawie badań zoptymalizowaliśmy zbiornik w celu uniknięcia kawitacji oleju. Układ dolotowy, podobny do poprzednich projektów, został zaprojektowany oraz wykonany w oparciu o obliczenia i badania przepływów, aby zapewnić równomierne napełnianie cylindrów. Dzięki technologii druku SLS uzyskane elementy są lekkie i wytrzymałe – zapewnia Wasilewski.
Oprócz napędu hybrydowego opracowano nowy system łączności, który przyspieszy analizę danych z ponad 30 sensorów umieszczonych w bolidzie.
Na pierwsze zawody hybrydowy bolid CMS-09 wyruszy do Austrii. Tam, na torze Red Bull Ring, odbędą się pierwsze w tym sezonie zawody Formula Student.
MK, źródło: PB