De Thorpedo
De Thorpedo is onze 3e auto. Deze auto in elk aspect superieur aan zijn voorgangers en komt voort uit de cumulatie van onze ervaring en kennis van de afgelopen 6 jaar. Momenteel wordt er nog aan deze auto gewerkt, maar het is gegarandeerd dat deze auto binnen 6 maanden af is en we ermee naar de SEM 2026 gaan. Met deze auto verwachten we een eindscore neer te zetten die rivalerend is aan dat van de meeste universiteiten teams. Het doel is om in de top-10 te eindigen deze SEM, wat nogal ambiteus is maar de Thorpedo maakt dit doel haalbaar.
De belangrijkste weerstandsfactoren waarmee rekening gehouden moet worden zijn rolweerstand en luchtweerstand. Laten we het eerst hebben over luchtweerstand en hoe deze geminimaliseerd is in ons ontwerp.
Laten wij eerst een kijkje nemen naar de formule voor luchtweerstand en daaruit bepalen welke factoren er van invloed zijn:
Luchtweerstandkracht in Newton = 0.5 * dichtheid van de lucht * (snelheid in m/s)^2 * frontaal oppervlak in m^2 * luchtweerstandcoefficiënt
F,w,l = 0.5 * 1.229 * v² * A * Cw
Een aantal van deze factoren kunnen wij controleren en veranderen met het ontwerp, maar een aantal andere ook niet. De dichtheid van de lucht ga je moeilijk kunnen aanpassen, en de rijsnelheid moet gemiddeld rond de 28km/h zijn om op de SEM de rondes op tijd te rijden. Je kunt sneller rijden, maar in de formule zien we dat een hogere snelheid leid tot een hogere weerstand. Dus je probeert altijd de minimale snelheid aan te houden, en deze zit dus vast op gemiddeld 28km/h.
Het frontaal oppervlakte en luchtweerstandcoefficiënt kunnen we wel aanpassen doormiddel van het ontwerp, maar niet allebei even makkelijk. Het frontaal oppervlakte verminderen is een simpele zaak, maar dit kan leiden tot een hogere luchtweerstandcoefficiënt afhankelijk van hoe je dit doet. De luchtweerstandcoefficiënt is namelijk een eenheidsloze getal die simpelgezegd omschrijft hoe gestroomlijnd de kap is. De enige manier om deze soort van voorspelbaar te verminderen is doormiddel van simulaties of windtunnel tests. Je kijkt dan naar hoe de lucht om de kap heen stroomt, en welke delen van de kap op welke manier welke delen van de luchtstroom beïnvloeden. Voor de kap van de Thorpedo hebben wij vele simulaties gedraaid in het CAD programma Solidworks. En na maandenlang het ontwerp te testen en te verfijnen zijn wij uitgekomen op dit ontwerp:
De kap van de Thorpedo in Solidworks
Dit ontwerp heeft zo min mogelijk frontaal oppervlak (ongeveer 0.4m^2) en een super lage luchtweerstandcoefficiënt van 0.137. Laten wij met deze gegevens berekenen hoeveel Joule aan energie nodig zou moeten zijn op de SEM 2026 in Polen:
(0.5 * 1.229 * 60.49 * 0.4 * 0.137) * 14.850 = 30.249.1 J
Ongeveer 30.000J om 14.85km af te leggen. Dat is 1768km per kWh aan stroom.
Maar natuurlijk is luchtweerstand niet de enige vorm van weerstand. De auto heeft natuurlijk ook rolweerstand. Laten wij weer eens naar de wiskunde ervan kijken:
Rolweerstand in Newton = Normaalkracht in Newton * rolweerstandcoefficiënt
Fw = Fn * Cw
In dit geval kunnen wij alle variablen beïnvloeden. De normaalkracht is de kracht die het wegdek op de band uitoefent, en die is gelijk aan de zwaartekracht die de auto via de band op het wegdek uitoefent, en de zwaarte kracht is dus afhankelijk van de massa. Een lichtere auto heeft dus minder rolweerstand. Verder is er de rolweerstandcoefficiënt, en deze beschrijft simpelgezegd de ruwheid van het oppervlakte van de band en die van het wegdek. Die van het wegdek kunnen we moeilijk beïnvloeden, maar gelukkig voor ons is de baan op de SEM van glad asfalt. Die van de banden kunnen we wel aanpassen middels de bandkeuze.
De Thorpedo behaalt dus een lage rolweerstand doordat het 1) een zeer lage massa van rond de 30kg zal hebben en 2) zal rijden met de high-performance slick banden van het merk Schwalbe, namelijk de Schwalbe Pro One die aan ons geleverd zullen worden door fietswinkel en onze sponsor Gait Rigter. We wouden eerst gebruik maken van Tubeless banden (banden zonder binnenband) omdat die nog lagere rolweerstandcoefficiënten hebben, maar velgen hiervoor vinden zou te lastig zijn. Maar de Schwalbe Pro One is als nog een zeer goede band, met een zeer lage rolweerstandcoefficiënt van 0.00424.
Laten wij hiermee weer het verwachte energieverbuik rekenen bij 28km/h:
((30 * 9.81) * 0.00424) * 14.850 = 18.530 J
Dit is zeer weinig energieverbruik. Maar dit getal klopt niet aangezien wij het gewicht van de bestuurder niet hebben meegerekend. Gemiddeld zijn onze drivers zo’n 60kg, dus dubbel zo zwaar als de auto zelf zou moeten worden. Laten wij met het extra gewicht van de driver opnieuw deze berekening doen
((90 * 9.81) * 0.00424) * 14.850 = 55.590 J
Dit is een stuk meer energieverbruik, maar nog steeds zeer weinig als je het vergelijkt met dat van onze vorige auto’s de Road Thunder en de Orka One.
Laten wij nu met de rolweerstand, luchtweerstand en nog eens de verwachte elektrische weerstand van de elektra van de auto en de benodigde kinetische energie berekenen wat de eindscore van de auto op de SEM 2026 zou moeten zijn:
55.590 + 30.249 + (45 * 60.49) + (4 * 2190) = 97.321 J
3.600.000 / (97.321 / 14.85) = 549 km/kWh
Ter vergelijking: de hoogste score van de Road Thunder ooit was 206km/kWh. De Thorpedo zou dus uiteindelijk dubbel zo hoog moeten kunnen scoren.
Maar hoe weten we dit allemaal zeker? De verwachte massa van de auto bijvoorbeeld, hoe weten we zeker dat die rond de 30kg zou uitkomen als hij nog geen eens gebouwd is?
De twee onderdelen die het meeste bijdragen aan de massa van de auto zijn de kap en het frame. In onze vorige auto’s waren deze allebei redelijk zwaar, met als uitzondering de carbon fibre kap van de Road Thunder, maar die bevatte alsnog een redelijk zware kern van 3d print. De nieuwe auto heeft een kap met een sandwich constructie van 3 lagen carbon fibre, en 1 kernlaag PVC foam. De foam zelf is heel zwak en ook heel licht, maar in combinatie met de carbon fibre voegt het heel veel sterkte toe doordat de dikte van het materiaal erg toeneemt. De stijfheid van een materiaal is namelijk direct gecorreleerd aan de dikte, dus door met heel licht materiaal best wat dikte toe te voegen krijg je alsnog een sterke constructie. Zo is de kap nog steeds heel lichtgewicht maar ook heel sterk. Het eind gewicht valt makkelijk te berekenen op basis van de massa van de materialen, en de benodigde hoeveelheid epoxy, met als uitkomst ongeveer 10kg.
Hetzelfde geldt voor het frame. Deze wordt gemaakt van zeer sterke chroommolybdeen buizen, die door het hoge sterkte van het materiaal maar 1mm dik hoeven te zijn om het voertuig en de bestuurder te dragen. En ook hier kan het eind gewicht berekend worden doormiddel van de dichtheid van chroommolybdeen en het volume van de buizen, wat ook op ongeveer 10kg uitkomt.
Het frame van de Thorpedo die gelast wordt bij LUX038
Vervolgens gaan we ervan uit dat alle andere onderdelen als de wielen, accu, elektra, stuursysteem, etc ook rond de 10kg zullen uitvallen. Deze massa komt ook ongeveer overeen met die van onze vorige auto’s.
Conclusie: De Thorpedo beloofd een groot succes te worden. Met verbeteringen in de constructie methodes, mechanica en aerodynamica zal deze auto de doorbraak van ons team vormen op de SEM 2026