利用3D掃描點雲工程改善燃油效率

拖車空氣動力系統有限公司(Aerodynamic Trailer Systems Ltd. ATS)位於奧本俄亥俄州,已經開發出新產品,適合商業拖車門提供更符合空氣動力外形的拖車車尾。目的是「綠色科技」,為了減少排放並且提高路上卡車的燃油效率。該產品boattail是一個空氣動力學設備,減少亂流所造成的空氣阻力,管理拖車尾端的亂流。它有效地改變了平面上的後門的曲線形狀。

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這個設計是在研發拖車的空氣動力系統,是一種充氣boattail構造從重型柔性高分子材料,利用鼓風機和氣門系統在預先設定的高速行駛可自動充氣和放氣。在洩氣狀態克服了設計上的挑戰,允許後門完全開放裝載貨物。

挑戰 – 數位化一個具挑戰性的形狀

「在boattail膨脹時,是一個獨特的曲面形狀,這是非常困難的預先確定的工程矩陣或測量,因此很難模仿,」 Jim Domo說(拖車空力系統首席執行官)。「我們希望測量裝置的空氣動力配置。由於卡車拖車過大,無法安裝在風洞設施,我們需要建立一個縮放比例的模型以準確描述的身體狀況。同時,我們需要一個數字版本boattail,以便執行軟體的CFD分析。

拖車空力系統聯繫掃瞄掃瞄,討論替代傳統的數據收集技術。掃瞄三維公司它是一個測量公司,與北美PolyWorks整合點雲處理軟件合作。他們是皇家橡樹總部設在密歇根州。掃瞄三維技術人員建議非接觸式3D掃瞄儀作為數據收集的方法,帶來一套白光掃瞄設備到公司的工廠。

「我們首先用相機拍攝的方式來定義boattail上面的標籤點,然後我們使用白光掃瞄系統進行了一個完整3D掃瞄。安裝和掃瞄歷時約2小時,包括校準3D掃瞄儀,執行攝影。3D掃瞄過程需時約3小時。

獲得的數據是使用InnovMetric的PolyWorks ®軟體。總共有62筆掃瞄資料被擷取,並定義了攝影測量坐標系。然後在PolyWorks IMAlign™模組中,進行以允許公差控制的原則,將掃瞄資料做最佳擬合。掃瞄資料在對齊處理後,使用PolyWorks IMMerge™模組創建三角網格,它會刪除所有的重疊掃瞄數據,同時將點資料有效減少。

將多邊形模型匯入PolyWorks IMEdit™模組來刪除測量目標以外的物件。在IMEdit曲率的補孔功能來產生密閉的多邊形模型。

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風洞測試

ATS想測試boattail在風洞的表現。 「我們的目標是創建一個檔案,讓我們可以使用快速原型製造過程中,快速創建一個boattail設備 1/8的縮尺模型,用於風洞的性能測試。」

為了要執行模擬,三角網格模型被送往印第安納波利斯的汽車研究中心。這個風洞試驗設施,主要用於測試賽車,是一個開放式的噴射引擎與滾動的道路設計,準確地複製公路條件。

「在正式投產的最後一分鐘前,我們計劃利用該風洞試驗的數據,作出最後的設計更改該設備,所以關鍵是我們計劃的模型要儘可能準確,」瑞安先生說。

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CFD 分析

除了風洞測試,ATS要執行計算流體動力分析。為了執行此CFD分析,掃瞄三維它使用PolyWorks IMEdit™模塊來準備了一份曲面模型(NURBS模型)

首先,使用IMEdit的曲線提取和編輯功能來創建曲線網絡。當曲線完成的同時,自動擬合NURBS曲面程序也跟著完成。在PolyWorks IMInspect™模塊被用來對齊模式向拖車門的全球坐標系,因為boattail必須完全適應,不妨礙門的鉸鏈。

優化的NURBS模型被送往由NASA的專家來執行CFD分析。這軟件提供了一個快速瞭解充氣boattail不同條件下的空氣動力學性能。

該NURBS模型還匯出到ATS的SolidWorks ®軟體,使用它為今後修改和生產的目的。

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Benefits 減少5%的耗油量

根據德摩先生和瑞安先生的說法,在3D掃瞄點雲數據所創造的boattail1/8縮小模型,精確描述全設備尺寸幾乎跟翻版一樣。

「我們有信心,當我們進行的風洞測試中,我們將得到有意義的結果,將直接適用於全比例的設備,」瑞安先生說。測試結果表明,boattail可以減少燃料消耗達百分之五。

「這轉化為減少排放和降低燃油成本,通過改善空氣阻力的拖車,從而降低了有效載荷的拖拉機必須團結一致,從而提高效率,」德摩先生說。 「另外,我們相信,通過一些小的形狀修改的設備,我們可以改善我們的效能,甚至更多。」

他補充說,利用3D掃瞄技術和管理的點雲數據,減少了創建模型的時間。我們能夠得到一個精確的模型,在短短幾天,」他說。掃瞄三維公司說,這個應用程序是獨特的,整個設計和製造過程中依賴於3D掃瞄和完善的點雲數據,加上快速原型(3D列印)。 「傳統的方法來進行產品設計和建設,根本不可能取得的成果,這是公司一直在尋找最佳解決方案。」


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