Challenge

Invente, projete e construa veículos movidos à força humana que ultrapassam os limites do que é possível.

Solution

Implemente o software de projetos e análise SOLIDWORKS Premium e de análise da dinâmica de fluidos computacional (CFD, computational fluid dynamics) SOLIDWORKS Flow Simulation.

Results

  • Superação do recorde de velocidade em bicicleta movida por um ser humano
  • Bicicleta, helicóptero e ornitóptero movidos por um ser humano projetados, criados e testados
  • Superação de outros quatro recordes de velocidade em bicicleta movida por um ser humano
  • Resultados computacionais combinados com o conhecimento adquirido para melhorar a aerodinâmica

Os co-fundadores Todd Reichert e Cameron Robertson estabeleceram a Aerovelo para tornar possível o impossível — voo com propulsão humana e velocidades com propulsão humana que chegam a 160 km/h. Combinando a paixão de Reichert pelo atletismo e projeto aerodinâmico e a paixão de Robertson por estruturas e materiais, a Aerovelo está empenhada em inspirar o interesse público em ciência, tecnologia e engenharia ambientalmente consciente. A empresa realizou uma série de projetos de veículos movidos à força humana que atraíram um grupo diversificado e apaixonado de pessoas com o desejo de fazer algo incrível. O núcleo das equipes de projeto tem sido principalmente estudantes de engenharia da Universidade de Toronto — Reichert e Robertson são ex-alunos — e jovens profissionais, mas os projetos não teriam sido possíveis sem a rede estendida de uma comunidade de voluntários, amigos e familiares.

A Aerovelo também precisava de ferramentas de engenharia e projeto 3D para inventar, projetar e construir a bike, o helicóptero e o ornitóptero (uma aeronave que voa batendo as asas) movidos à força humana, os quais representam o conjunto da obra da empresa. De acordo com o Vice-presidente/Estruturas Robertson, a Aerovelo precisava de um software CAD 3D e de análise de CFD não apenas para criar esses veículos, mas também para levá-los aos livros dos recordes.

“Sem o CAD 3D, não teria sido possível projetar veículos de forma eficaz, como a bicicleta movida à força humana”, explica Robertson. “Os cronogramas e as restrições orçamentárias em que trabalhamos não são realmente viáveis sem a velocidade, a eficiência e a automação proporcionadas pelas ferramentas computacionais. Também trabalhamos estreitamente com alunos da Universidade de Toronto e precisamos de uma plataforma de desenvolvimento comum para comunicar e gerenciar o trabalho.”

Como os fundadores usaram o software SOLIDWORKS® e o SOLIDWORKS é o software CAD ministrado na Universidade de Toronto, a combinação de projeto/análise do SOLIDWORKS Premium e do software de análise de CFD SOLIDWORKS Flow Simulation foi a escolha óbvia.

“Eu sempre achei o SOLIDWORKS fácil de usar, e os alunos que trabalham conosco o conhecem”, diz Robertson. “Também gostamos do fato de o software SOLIDWORKS Flow Simulation poder ser integrado à plataforma de modelagem.”

 

PROJETO RÁPIDO, ALTERAÇÕES NO PROJETO AINDA MAIS RÁPIDAS

A Aerovelo desenvolveu primeiramente o ornitóptero movido à força humana Snowbird, que sustentou a altitude e a velocidade do ar por 19,3 segundos em 2010, tornando-se o primeiro ornitóptero movido à força humana de sucesso do mundo. Em seguida, veio o helicóptero movido à força humana Atlas, que venceu o Desafio Igor I. Sikorsky da AHS (American Helicopter Society) e seu prêmio de US$ 250.000 em 2013, graças ao voo de 64 segundos que bateu um recorde. A Aerovelo aumentou o uso das ferramentas SOLIDWORKS para o próximo projeto desafiador: o desenvolvimento da Eta, a bike de ciclismo de estrada detentora de recordes.

“O SOLIDWORKS nos permite projetar o veículo com rapidez e fazer mudanças necessárias no projeto ainda mais rapidamente”, explica Robertson. “Por exemplo, usamos o SOLIDWORKS para modificar e realocar o desviador e o câmbio. As ferramentas do SOLIDWORKS serviram para determinarmos os melhores locais. Conseguimos melhorar o projeto de carenagem composta usando ferramentas como listras de zebra e indicadores de curvatura de superfície, e a análise de desempenho do CFD SOLIDWORKS, e então o construímos e o finalizamos manualmente.”

Com a ajuda de ferramentas computacionais do SOLIDWORKS, chegamos perto de 144,84 km/h (90 mph) e devemos ser capazes de atingir pelo menos 148 km/h (92 mph) após os refinamentos. Quebrar a barreira dos 161 km/h (100 mph) é possível, mas é um grande desafio e pode exigir uma estrada maior, uma máquina mais poderosa, alguma forma de recuperar a energia térmica da máquina, ou componentes ativos/inteligentes que se adaptam sozinhos aos fluxos de ar para reduzir o arrasto.

Cameron Robertson
Vice President/Structures

Como parte de seus esforços para avançar a tecnologia além do recorde anterior de velocidade sobre uma bike movida à força humana, que havia dominado o Desafio de Velocidade Movida à Força Humana em Battle Mountain nos últimos 15 anos, a Aerovelo decidiu otimizar o software de análise de CFD SOLIDWORKS Flow Simulation para levar a sua bike a um novo nível. “Com o SOLIDWORKS Flow Simulation, obtivemos insights importantes e desenvolvemos inovações fundamentais que nos ajudaram a dar um grande salto em termos de aerodinâmica da carenagem”, destaca Robertson.

“Embora outras equipes usem a análise de CFD, decidimos combinar nossos resultados de CFD com a experiência real, usando-os mais como um guia”, observa Robertson. “Usamos os perfis de pressão do SOLIDWORKS Flow Simulation para praticar nossa estratégia aerodinâmica. O fluxo laminar é definitivamente melhor para o desempenho do que o fluxo turbulento, e nós queremos o máximo de fluxo laminar possível. No entanto, criar uma forma de carenagem que alcance uma execução estendida do fluxo laminar natural é uma tarefa de projeto muito delicada e sofisticada, com a qual o software SOLIDWORKS Flow Simulation ajudou.”

 

MISSÃO DE CHEGAR A 160 KM/H PEDALANDO UMA BIKE

Usando o projeto do SOLIDWORKS e ferramentas de análise de CFD para melhorar o desempenho de sua bike de ciclismo de estrada Eta, a Aerovelo quebrou o recorde anterior de velocidade movida à força humana de 133,78 km/h em 2015. Desde então, a empresa refinou e aprimorou o projeto da bike, o que permitiu que a Aerovelo quebrasse seu próprio recorde mais quatro vezes, culminando na impressionante marca de 144,17 km/h em 2016.

“Com a ajuda das ferramentas computacionais do SOLIDWORKS, chegamos perto de 145 km/h e poderemos alcançar pelo menos 148 km/h após os ajustes”, diz Robertson. “É possível quebrar a barreira de 160 km/h, mas isso é um desafio enorme e pode exigir uma estrada mais longa, um piloto mais forte, alguma forma de recaptura de energia térmica do piloto ou componentes de carenagem ativos/inteligentes que se adaptem aos fluxos de ar por conta própria para reduzir a resistência.”