Validação de Conceitos Aerodinâmicos Através do Fabrico Aditivo

No desenvolvimento aerodinâmico, a simulação é apenas uma parte do processo de engenharia. Embora a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) forneça informações valiosas sobre o comportamento do fluxo de ar e o desempenho aerodinâmico, a validação física continua a ser essencial antes de tomar decisões finais de fabrico.

A Formula Student FEUP é a equipa de Formula Student da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, onde os estudantes projetam, constroem e competem com um carro de corrida no âmbito da competição internacional de engenharia Formula Student.

A ACE apoiou a Formula Student FEUP através da produção de componentes para testes aerodinâmicos por fabrico aditivo, os quais foram integrados nos modelos de túnel de vento utilizados durante o processo de validação.

Fabrico de Componentes para Teste de Conceito

Durante a fase de conceito, a equipa necessitava de modelos físicos capazes de suportar testes em túnel de vento de diferentes configurações aerodinâmicas e de validar os resultados das simulações de CFD antes da tomada de decisões finais de design.

Os componentes produzidos permitiram a avaliação de diferentes configurações de asas e conceitos aerodinâmicos sob condições de teste controladas.

Após a avaliação dos conceitos, o projeto avançou para a validação do design detalhado, exigindo componentes que representassem com precisão o pacote aerodinâmico final.

Produção do Modelo Final de Validação

A ACE produziu diversos componentes através de fabrico aditivo para apoiar ambas as fases de desenvolvimento. Para a validação do conceito, foram fabricadas múltiplas configurações de asas dianteiras e traseiras, juntamente com componentes dos cubos de roda utilizados no modelo à escala.

Para a fase de design detalhado, a ACE produziu a asa dianteira para o modelo final de túnel de vento, fabricada a uma escala de aproximadamente 1:3 relativamente ao veículo final. Devido à sua geometria e aos requisitos aerodinâmicos, a asa dianteira representou o componente mais complexo produzido para o modelo de validação aerodinâmica. Após o fabrico, os componentes foram integrados no modelo aerodinâmico completo utilizado durante a validação em túnel de vento.

A Importância da Qualidade de Superfície

Em aplicações de testes aerodinâmicos, a qualidade de fabrico influencia diretamente a fiabilidade dos resultados. Mesmo pequenas imperfeições superficiais podem perturbar o fluxo de ar, gerar turbulência indesejada e afetar o desempenho aerodinâmico medido. Da mesma forma, desvios dimensionais causados por empeno, contração ou deformação do material podem reduzir a correlação entre a simulação e os dados experimentais.

Para modelos de testes aerodinâmicos, a precisão de fabrico é essencial para garantir que o desempenho medido reflete o próprio design e não desvios introduzidos durante a produção.

Por este motivo, dois requisitos foram críticos ao longo de todo o projeto:

Qualidade de Superfície

As superfícies aerodinâmicas devem ser produzidas com um acabamento de alta qualidade para minimizar perturbações no fluxo de ar e assegurar condições de teste representativas.

Estabilidade Dimensional

Os componentes devem reproduzir com precisão a geometria CAD pretendida, evitando distorções, contrações ou expansões durante o fabrico. O cumprimento destes requisitos garantiu que as medições em túnel de vento refletissem o próprio design aerodinâmico e não desvios de fabrico.

O fabrico aditivo oferece vantagens significativas quando são necessárias múltiplas iterações de design e geometrias complexas. Ao permitir a produção eficiente de componentes altamente detalhados, suporta atividades de desenvolvimento, teste e validação antes do início do fabrico final.

Em projetos de desenvolvimento aerodinâmico, o fabrico aditivo permite a produção rápida de modelos à escala, possibilitando a avaliação e validação de conceitos de design antes do compromisso com soluções finais de fabrico.

A colaboração com a Formula Student FEUP demonstra como o fabrico aditivo pode contribuir para projetos de engenharia onde a precisão, a repetibilidade e o rigor geométrico são críticos. Para além dos resultados técnicos, parcerias como esta proporcionam aos estudantes experiência prática de engenharia, ao mesmo tempo que reforçam a ligação entre a indústria e o meio académico.

A Formula Student foi, possivelmente, o projeto de engenharia mais desafiante da minha vida. A falta de experiência, combinada com a complexidade técnica do projeto e os prazos exigentes, ajudou-me a desenvolver muitas das competências de engenharia que ainda hoje utilizo. Por essa razão, é um enorme prazer voltar a colaborar com a minha antiga equipa e ajudar a proporcionar a mesma oportunidade que um dia recebi: ganhar experiência real de engenharia enquanto ainda estudo para ser engenheiro.
João Almeida, Mechanical Engineer (ACE Portugal)

A parceria entre a Formula Student FEUP e a ACE permitiu-nos passar a teoria do fabrico aditivo à prática e fabricar alguns dos componentes mais complexos do pacote aerodinâmico para o FS FEUP 03. O elevado nível de detalhe de impressão alcançado permitiu à equipa obter resultados de grande precisão, validando as ferramentas de desenvolvimento aerodinâmico criadas internamente.
André Teixeira Pinto, Team Leader (FS FEUP)

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