Ansys博客
February 21, 2024
比利时学生蝉联普利司通世界太阳能挑战赛冠军
比利时天主教鲁汶大学（鲁汶大学）的学生在2023普利司通世界太阳能挑战赛（BWSC）上再登冠军宝座。这项竞赛要求来自世界各地的学生设计、制造太阳能汽车，并在从达尔文到阿德莱德的横跨澳大利亚3,021公里的路线上进行速度角逐。该比赛通常每两年举办一次，但2021 BWSC因新冠疫情被取消了，因此本次比赛距离上届比赛已有四年之久（2019年到2023年）。
鲁汶大学Innoptus太阳能团队由33名成员组成，在耗时大约一年的时间设计和研发其太阳能汽车Infinite后，他们于近期取得了胜利。Innoptus团队的成员年龄在21至24岁之间，其中包括来自工业、民用和商业学科的工程专业学生。
比利时天主教鲁汶大学（鲁汶大学）Innoptus太阳能赛车队庆祝在2023世界太阳能挑战赛上夺冠。
Infinite具有未来感十足的尾翼，其可在侧风中展开加速并降低能耗。
仿真助力太阳能汽车速度表现
Innoptus采用了多种不同的工具，包括Ansys Mechanical有限元分析（FEA）软件、Ansys Fluent CFD仿真、Ansys SpaceClaim 3D建模以及Ansys Maxwell机电设备分析软件。
该团队使用Mechanical执行汽车底盘结构设计，使用Fluent分析整车流体及空气动力学行为。SpaceClaim主要被其用于准备几何结构并创建详细的2D与3D模型，而Maxwell则被用于设计和配置电机磁体阵列。此外，该团队还使用Mechanical和Fluent以对这辆车在不同风向下的表现进行仿真，以提高其在大风条件下的稳定性，这非常有助于完善创新尾翼概念。
流线的动态仿真揭示了汽车在空气动力学方面的强大性能，展现了通过流体力学实现阻力最小化的复杂模式，最终提高了整体空气动力学效率。
对于Innoptus而言，将源于帆船航行的灵感运用到赛车比赛中并非新鲜事。他们2019年的赛车Bluepoint，就以不同的方式运用了这一原理。这辆赛车采用四轮转向，其实现了横漂或侧身行驶。采用这种转向，后轮可以在一定程度和角度上模仿前轮，实现对角运动。该设计提高了车辆在侧风条件下的稳定性，不过，在2019年比赛结束后，BWSC禁止车队应用这一原理进行设计。于是，尾翼构想由此诞生，Innoptus于2022年研发了用于测试的早期版本。
Innoptus太阳能团队成员兼市场营销主管Thomas Declerq表示：“在2022年，我们的尾翼结构取得了成果，结合风洞测试和Ansys软件进行进一步验证后，我们决定进一步研究这一概念。在本届比赛前一周，我们向参赛者展示了我们的秘密武器——尾翼比以前更大，能够主动控制尾翼旋转。这种能力的优势在于，能创造出更大的应用范围，因此，与竞争对手相比，我们能更有效地利用侧风来发挥我们的优势。”
分析汽车特定区域周围的气流，不仅可降低能耗，而且还可提高整体设计效率，从而可优化道路性能。
Infinite有三个车轮，采用流畅的空气动力学设计，长5米（BWSC允许的最大长度）、宽1.2米，高度为1米（不计尾翼）。附加的0.4米尾翼位于该车座舱顶部，基于美国国家航空咨询委员会（NACA）的一种翼型轮廓设计而成。该尾翼可以在侧风中展开，使汽车更平稳地行驶，能耗可降低最高达四倍。
团队将在电池包充满电的情况下比赛。Innoptus在其自主设计的电池包上下了很大的功夫，这使得Infinite不依靠太阳能也能行驶达900公里。
剪应力分析图为空气动力学设计过程提供了指导，再通过深入分析并调整表面曲率，打造出一辆平衡且高效的赛车。
再度直面挑战
Infinite Simulation Systems（Ansys精英渠道合作伙伴）是Innoptus的合作伙伴，也是团队赛车命名来由，其向Innoptus介绍了Ansys高校计划，从而使该团队能够将Ansys仿真纳入到开发中。
事实证明，Ansys的仿真和高性能计算（HPC）功能对于Declerq及其团队成员来说是无价的，尤其是在寻求高效空气动力学与最佳太阳能电池板容量之间的平衡之际。
“就空气动力学而言，我们希望太阳能电池板表面的高度尽可能低，但就能量利用而言，我们又希望电池板面积尽可能大——不过这一切都受到规则限制，”他表示，“借助Ansys仿真和HPC，我们可以对设计进行多次迭代。因此，与使用‘普通’计算相比，我们可以测试更多的设计，而且我们能更好地做出明智的决策。”
当前蝉联两届BWSC冠军的Innoptus太阳能赛车队，自2004年以来一直在打造太阳能汽车。
比赛时间通常长达两周，包括7天的主要比赛以及大约5天的技术检查——预赛包括机械及电气检查以及动态测试，例如U形转弯和“8”字形机动等。
裁判员还会评估道路的合法性，这是检查的一个环节。和普通公路车辆一样，每辆车都需要检查指示灯、其它照明系统、安全带和喇叭。为了安全起见，车手也要接受紧急撤离测试，这要求车手能在发生紧急情况时在15秒内下车。Innoptus是今年第一支通过各轮技术检查的车队。
在主要赛事中，会有3名车手每2到4小时轮换一次，每天早上8点发车，下午5点收车。
Innoptus经常表示，他们造车不单单是因为有趣，他们制造太阳能汽车，主要是为了展示绿色能源的强大动力，并证明比利时的相关技术处于创新的前沿。现在，作为两届BWSC冠军，他们再次证明了这一点。
如欲了解有关Innoptus的更多信息，请访问他们的网站。如欲了解有关Ansys提供学生团队支持的更多信息，敬请浏览Ansys学生团队合作指南并申请合作伙伴关系。