Experimental numerical investigation of end-plates geometry on a F1 car rear-wing

The present study investigates how various endplate geometries influence the airflow around an F1 rear wing. This investigation involves a comparison of results from numerical simulations and data obtained from an experimental campaign. The objective is to demonstrate how aerodynamic features, such as cutouts and louvres, impact the development and evolution of tip vortices generated by the wing. Initially, the wing geometry is designed by merging the 2021 F1 regulations with an existing model, developed during a previous thesis, using computer-aided design (CAD) software. To enable a preliminary comparison between cases and guide prototype development and shape refinement, initial evaluations are conducted using computational fluid dynamics (CFD) to extract aerodynamic forces and distributions. Subsequently, 1:2 scale physical models of various endplates are manufactured for the experimental campaign, designed to be integrated with the existing flap and main elements. The experimental tests are conducted at the De Ponte Wind Tunnel of the Politecnico di Milano, focusing on force measurements to validate CFD simulations, using a six element external balance. The campaign is divided into two main phases: the first aims to assess the operational range of the rear wing, while the second focuses on comparing the aerodynamic performance of different prototypes. Once testing is complete, new simulations are conducted, incorporating adjustments made to the model, to address manufacturing variances. Following validation, observations and comparisons are made to deepen the understanding of the physics of the problem. By comparing flow physics, force distributions, and total coefficients obtained from both wind tunnel and simulations, a preliminary assessment of the effectiveness of the applied aerodynamic features can be made. This comparison also provides a deeper understanding of how these features influence the behavior of tip vortices.

Lo studio seguente indaga come, le varie geometrie degli endplate, influenzino il flusso attorno a un’ala posteriore di F1. Questa indagine prevede un confronto tra i risultati delle simulazioni numeriche e quelli ottenuti attraverso una campagna sperimentale. L’obiettivo è dimostrare come le diverse geometrie applicate impattino lo sviluppo e l’evoluzione dei vortici di estremità generati dall’ala. Inizialmente, la geometria dell’ala è stata progettata combinando il regolamento F1 del 2021 con un modello già esistente, utilizzando un software di progettazione assistita (CAD). Una serie di simulazioni preliminari, utilizzando la fluidodinamica computazionale (CFD), sono state eseguite per permettere un primo confronto tra le diverse geometrie. Successivamente, le diverse configurazioni sono state realizzate in scala 1:2, mentre, sono state riutilizzate le due ali (main e flap) già esistenti. I test sperimentali sono stati condotti presso la galleria del vento De Ponte del Politecnico di Milano, concentrandosi sulle misure di forza, utili a convalidare le simulazioni CFD, utilizzando una bilancia esterna a sei componenti. La campagna è stata suddivisa in due fasi: la prima volta a definire la regione di funzionamento dell’ala, mentre la seconda volta al confronto tra i diversi casi. Completati i test, sono state eseguite nuove simulazioni, incorporando le modifiche apportate al modello durante la fase di produzione. Una volta validati i risultati ottenuti, sono state effettuate svariate considerazioni sull’evoluzione dei vortici nei diversi casi. Confrontando la fisica del flusso, le distribuzioni delle forze sui profili e i coefficienti totali ottenuti, sia sperimentalmente che numericamente, è possibile valutare l’efficacia delle appendici aerodinamiche applicate, ottenendo una comprensione più approfondita di come le diverse geometrie influenzino il comportamento dei vortici di estremità.