Estudio, diseño y creación de alerones modulares con la posibilidad de control automático electrónico para una moto de competición

Abstract

El presente proyecto explica cómo se ha llevado a cabo el diseño y creación de un sistema de alerones modulares para una motocicleta de competición, cuyo sistema se basa en la “modularidad” de la posición de los alerones, habilitando su movimiento para ajustar su posición y poder generar las fuerzas aerodinámicas necesarias. Otro aspecto que se ha tenido en cuenta para el diseño ha sido habilitar la posibilidad de implementación de un sistema automático electrónico que sea capaz de regular la posición de los alerones de forma automática. El proceso seguido para la creación del sistema de alerones modulares y el cumplimiento de los objetivos propuestos es el siguiente: Primeramente, se analiza la evolución histórica de la aerodinámica de las motocicletas de competición para comprender las mejoras que se han ido desarrollando a lo largo del tiempo. También se analiza la evolución del modelo utilizado por Ducati para el campeonato de MotoGP. Una vez se ha visto la historia y evolución, se procede a exponer los conceptos teóricos más importantes a entender y que servirán de base y fundamentos para la realización de los cálculos. También se explica detalladamente las diferentes partes que componen un alerón. Seguidamente, y gracias a la comprensión de los fundamentos teóricos, se realizan los cálculos para poder diseñar los alerones. Posteriormente, se calculan las fuerzas aerodinámicas y el comportamiento que presentarán los alerones en varias situaciones de velocidades distintas. Se diseñan cuatro versiones distintas de alerones para lograr diferentes objetivos. Después de llevar a cabo los cálculos del alerón, se procede a calcular la generación de fuerzas según la variación de la posición del alerón en el sistema modular. Una vez se han llevado a cabo todos los cálculos, se realizan análisis y simulaciones de las cuatro versiones del alerón para ver cual presenta mejor rendimiento y se compara los efectos que aportará cada uno. También se realiza una simulación de un modelo 3D de una motocicleta de competición con alerones y sin alerones para ver los efectos positivos que generan los alerones. Finalmente se selecciona el mejor material para la fabricación de los alerones teniendo varios parámetros en cuenta como las propiedades mecánicas y aspectos medioambientales de los diferentes materiales analizados, se propone un posible sistema de regulación automática y se lleva a cabo la impresión 3D de un prototipo y su instalación en una motocicleta de competición.

This project explains how the design and creation of a modular wing system for a racing motorbike has been carried out, whose system is based on the "modularity" of the position of the wings, enabling their movement to adjust their position and to be able to generate the necessary aerodynamic forces. Another aspect that has been considered in the design has been to enable the possibility of implementing an automatic electronic system that can regulate the position of the wings automatically. The process followed for the creation of the modular aileron system and the fulfilment of the proposed objectives is as follows: Firstly, the historical evolution of the aerodynamics of racing motorbikes is analysed to understand the improvements that have been developed over time. The evolution of the model used by Ducati for the MotoGP championship is also analysed. Once we have seen the history and evolution, I proceed to explain the most important theoretical concepts to understand and that will serve as a basis and foundation for the calculations. The different parts that make up an aileron are also explained in detail. Afterwards, and thanks to the understanding of the theoretical foundations, the calculations are made to be able to design the wings. Subsequently, the aerodynamic forces and the behaviour of the ailerons in various speed situations are calculated. Four different versions of wings are designed to achieve different objectives. After the wing calculations have been carried out, the force generation is calculated according to the variation of the aileron position in the modular system. Once all the calculations have been carried out, analyses and simulations of the four versions of wings are carried out to see which one performs best and to compare the effects that each one will bring. A simulation of a 3D model of a racing motorbike with and without wings is also carried out to see the positive effects generated by the wings. Finally, the best material for the manufacture of the wings is selected considering several parameters such as the mechanical properties and environmental aspects of the different materials analysed, a possible automatic regulation system is proposed and the 3D printing of a prototype and its installation on a racing motorbike is carried out.