Макет рестриктора из пластика для гоночного болида

В процессе подготовки к соревнованиям Formula Student 2025 перед нашей студенческой инженерно-гоночной командой UGATU Racing Team встала задача разработать рестриктор для гоночного болида с новым для нас двигателем KTM 690 Duke.

Рестриктор - ограничивающее кольцо, которое необходимо установить во впускной системе двигателя гоночного болида по регламенту соревнований Formula Student, чтобы уравнять все команды по мощности силовой установки.

От геометрической формы рестриктора зависит его пропускная способность и наполняемость двигателя воздухом, что влияет на его эффективность работы в различных режимах, тем самым значительно влияя на динамику гоночного болида и требуя тщательной проработки.

Первым этапом мы спроектировали и провели CFD-расчёты 56 вариантов рестрикторов с различными геометрическими параметрами, где в качестве начальных условий на выходе из рестриктора указали массовый расход воздуха, требуемый для работы двигателя на номинальном режиме.

После выявления лучшего варианта исполнения (по критериям наименьшего расчетного падения давления и большего массового расхода воздуха) рестриктора мы решили экспериментальным методом проверить эффективность данного устройства. Для этого мы изготовили его с помощью технологии 3D-печати, обработав внутреннюю поверхность ацетоном для уменьшения шероховатости.

Печать осуществлялась на принтере PICASO Designer X PRO с нашими стандартными настройками:

— температура сопла 220°

— температура стола 80°

— слой 0,21 мм

Для получения приемлемого качества детали, используя его в эксперименте и примеряя с стальными деталями печать производилась с заполнением 25% и с максимальной скоростью печати 80мм/с для ускорения производства.

В качестве материала мы выбрали доступный для нас пластик ABS от компании REC, который обладает данными физико-химическим свойствами:

— Диаметр нити 1,75 мм

— Температура экструдера: 240–270 °С

— Температура платформы: 90–110 °С

— Плотность: 1,05 г/см

— Прочность при растяжении: 29,6 МПа

— Модуль упругости: 1,27 ГПа

В ходе эксперимента макет рестриктора находится в условиях комнатной температуры (+15–25°C) без каких-либо нагрузок, но требует стабильности размеров и легкости обработки, чего и получилось достичь после печати и его небольшой массе. С помощью специальной установки, измеряющей расход воздуха, и самодельного манометра мы смогли определить массовый расход и разницу давлений перед и после рестриктора. Сравнив данные, полученные в процессе эксперимента и компьютерного моделирования, мы получили расхождение данных в 3%, что является приемлемым показателем, учитывая погрешности при проведении опыта.

С внедрением 3D-печати у нас появилась возможность проводить недорогие и быстрые эксперименты для подтверждения расчетных характеристик и примерять детали на этапе разработки до финального изготовления в металле, что позволяет нам экономить время, материал и усилия.

Для инженеров команды это стало ценным опытом, отработав технологию прототипирования и проведения опытов на макетных деталях. В будущих проектах мы продолжим применять эту технологию, подтверждая корректность расчетов и разработок, снижая риски брака и повышая качество конечных компонентов!