CROSSwind stability of road vehicles under thunderSTORMs: CFD aerodynamic characterization and experimental validation of DrivAer and Small Lorry models

Crosswind effects pose a significant challenge to vehicle stability and safety, especially under strong lateral gusts such as those generated by thunderstorms. Accurately predicting aerodynamic forces in such conditions is essential for improving vehicle design and implementing effective safety measures. Within this context, the present thesis—developed as part of the PRIN project CROSS-STORM, which aims to develop methodologies for assessing the risk of vehicle instability under thunderstorm-like conditions—focuses on the aerodynamic response of two representative road vehicles: a streamlined DrivAer passenger car model and a more squared Small Lorry model. Firstly, CFD simulations were conducted across a full range of yaw angles (0–180°) to replicate critical crosswind scenarios. The aerodynamic behaviour of both scaled models was analysed and validated against experimental data obtained through wind tunnel testing. The simulations adopt a steady-state RANS approach, combined with a Non-Conformal Coupled surface automation algorithm designed to reduce both computational time and the need for user intervention. Finally, a detailed CFD-based flow analysis was carried out to improve the understanding of aerodynamic behaviour under severe crosswind, investigating how key flow-affecting parameters influence the flow field, thereby contributing to a more comprehensive understanding of vehicle aerodynamics in thunderstorm-induced wind conditions.

Gli effetti del vento trasversale rappresentano una sfida importante per la stabilità e la sicurezza dei veicoli, soprattutto in presenza di raffiche intense come quelle generate dai temporali. Prevedere con precisione le forze aerodinamiche in queste condizioni è fondamentale per migliorare il design dei veicoli e adottare misure di sicurezza più efficaci. In questo contesto si inserisce la presente tesi, sviluppata nell’ambito del progetto PRIN CROSS-STORM, che si propone di elaborare metodologie per valutare il rischio di instabilità dei veicoli in condizioni meteorologiche simili a quelle dei temporali. Il lavoro si concentra sull’analisi aerodinamica di due modelli rappresentativi di veicoli stradali: una vettura DrivAer dal profilo aerodinamico e un modello più squadrato, denominato Small Lorry. Sono state effettuate simulazioni CFD considerando un ampio intervallo di angoli di imbardata (0–180°) per ricreare scenari critici di vento trasversale. Il comportamento aerodinamico di entrambi i modelli in scala è stato quindi studiato e validato con dati sperimentali raccolti in galleria del vento. Le simulazioni sono state condotte con un approccio RANS stazionario, integrato da un algoritmo automatico basato su superfici Non- Conformal Coupled, che consente di ridurre sia i tempi di calcolo che l’intervento manuale. Infine, è stata svolta un’analisi approfondita del campo di flusso ottenuto con la CFD, con l’obiettivo di comprendere meglio come i principali fattori che influenzano il flusso aerodinamico impattino sul comportamento complessivo del veicolo in condizioni di vento trasversale estremo, contribuendo così a una conoscenza più completa dell’aerodinamica dei veicoli esposti a venti generati dai temporali.