2004 yılında kurulan İTÜ ZES Güneş Arabası Ekibi, bugüne kadar geçen 20 yıllık süreçte 10 adet güneş arabası ve 2 adet otonom araba olmak üzere toplam 12 araç üretmiştir. Bu araçların üretim amaçlarını iki ana başlıkta özetleyebiliriz: hedefleri sürekli daha yükseğe taşımak ve daha prestijli platformlarda yer almak.
Zamanla gelişen şartlarla birlikte, yarışmaların koşullarında da çeşitli düzenlemeler yapılmaktadır. Biz de İTÜ ZES Güneş Arabası Ekibi olarak, okulumuzu ve ülkemizi temsil ettiğimiz bu prestijli yarışlarda yer almaya devam edebilmek için araçlarımızda gerekli regülasyon güncellemelerini yapmaktayız.
Yakın zamanda düzenlenen iLumen European Solar Challenge 2024’e, 2021 yılında üretilen ARIba ZES X modelimizin geliştirilmiş ve yükseltilmiş versiyonu olan ARIba ZES XE aracımızla katıldık. Bir sonraki yarış olan 2026 iLumen European Solar Challenge ve 2027 Bridgestone World Solar Challenge için yeni bir ARIba modeli üretme kararı aldık.
Yeni bir araç üretiminin ilk ve en önemli aşamalarından biri, aracın kabuğunu tasarlamak ve kabuk üretimi yapmaktır. Bu süreçte, aerodinamik performansın en üst düzeye çıkarılması, aracın hem verimliliği hem de dayanıklılığı açısından kritik bir öneme sahiptir. İyi bir kabuk tasarımı, yarış koşullarına uygun bir aracın üretilmesine olanak tanırken aynı zamanda enerji tüketimini azaltarak aracın genel performansını artırır.
Kabuk tasarım sürecinin adımlarını doğru bir şekilde belirlemek, tasarımın daha isabetli sonuçlar vermesi için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) analizlerinde önemli bir rol oynar. Bu süreç, tasarım sırasında ortaya çıkabilecek sorunları önlerken, hedeflenen özelliklere uygun bir araç geliştirilmesine olanak tanır. Ayrıca zamandan ve CPU kullanımından tasarruf sağlar.
KABUK TASARIM SÜRECİ
Kabuk tasarımı süreci, yarış regülasyonlarının okunmasıyla başlar. Güneş arabalarının katıldığı European Solar Challenge (ESC) ve World Solar Challenge (WSC) gibi yarışmalar, pilot güvenliğini sağlamak ve yarışların daha rekabetçi olmasını temin etmek için tasarımla ilgili çeşitli sınırlar koyar. Bu sınırlar, yarışlardan önce yayımlanır ve araç tasarımının bu kurallara uygun olması zorunludur. Bunun yanı sıra, düşük enerji tüketimi ve yüksek verimlilik sağlamak adına aerodinamik açıdan da belirli beklentiler vardır:
Sürüklenme Kuvveti (Drag): Araç, minimum sürüklenme kuvvetine maruz kalmalıdır.
Sürüklenme Kuvveti
Kaldırma Kuvveti (Lift): Kaldırma kuvvetinin oluşması istenmez. Aşağıdaki formüle göre hız arttıkça kaldırma kuvveti de artar ve bu, aracın yerden kalkmasına, sürücü ve araç için tehlikeli kazalara yol açabilir.
Kaldırma Kuvveti (Lift)
Yere Basma Kuvveti (Downforce): Yüksek hızda viraj alma gerekliliği olmadığından, yere basma kuvveti oluşturulmamalıdır. Fazla yere basma kuvveti, aracın yere tutunmasını artırarak enerji tüketimini yükseltir.
Son olarak, kabuk tasarımı, aracın mekanik ve gömülü sistemlerini koruyacak ve dışarıdan görünmeyecek şekilde kapsamalıdır.
KABUK NASIL TASARLANIR?
Kabuk tasarımı, aracın mekanik ve gömülü sistemlerini kaplayacak uygun bir kanat profili (airfoil) seçimiyle başlar.
Kanat Profili
Bu süreçte, farklı kanat profillerinin ne kadar kaldırma ve sürüklenme kuvveti ürettiği analiz edilir ve optimum bir profil seçilir.
Ardından, bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımları kullanılarak sınır çizgileri üzerinden yüzey modeli oluşturulur.
Aracın İskeleti
Yüzey modellemesi sırasında dikkat edilmesi gereken en önemli nokta, yüzeylerin düzgün ve birbirine teğet olmasıdır.
Yüzey Analizi (Reflection Analysis)
Keskin köşelerin bulunması, araç üzerinde durma noktaları (stagnation point) oluşturur ve sürüklenmeyi artırır.
Son aşamada, oluşturulan model CFD analizine tabi tutulur ve tasarımın performansı değerlendirilir. Bu süreçler sonunda, hem aerodinamik hem de mekanik gereklilikleri karşılayan bir güneş arabası kabuğu ortaya çıkar.