Aerodynamics analysis and enhancement of the air intake system of the WSBK Yamaha YZF-R1

Over the past century the design of engine air intakes has played a significant role in the motorsport world. Automotive intake design seeks to maximize static pressure acting on the intake stroke of the engine cylinders, as it enhance engine power. To advance its development, Yamaha Motor started a collaboration with Tatuus Racing to perform computational fluid dynamics (CFD) simulations on their World Superbike Championship YZF-R1 motorbike. After a brief introduction about the championship, this thesis begins with the analysis of the WSBK Yamaha YZF-R1 design, followed development of a robust ANSA model, designed to accommodate modifications to individual components in a fast and efficient manner. A tailored OpenFOAM setup is then established to perform the simulations, complemented by a semi-automated post-processing framework that maximizes efficiency while minimizing the need for manual intervention in result generation. This workflow is subsequently applied to the design of a new intake system, aimed at improving the engine’s performance in response to the critical aspects identified in the existing configuration. The computational fluid dynamics analysis indeed confirms the presence of these issues, motivating the design of an improved intake system and providing insights for future developments. Moreover, the ANSA and CFD models developed within this work offer a versatile foundation that can be further applied to deepen the investigation on internal aerodynamics as well as perform external studies to address the problems identified during the simulations.

Nel corso dell’ultimo secolo la progettazione delle prese d’aria dei motori ha svolto un ruolo significativo nel mondo del motorsport. Infatti, la progettazione dell’aspirazione automobilistica mira a massimizzare la pressione statica che agisce durante la fase di aspirazione dei cilindri del motore, in quanto questa incrementa la potenza erogata dal motore. Per proseguire nello sviluppo, Yamaha Motor ha avviato una collaborazione con Tatuus Racing al fine di eseguire simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) sulla propria YZF-R1 del Campionato Mondiale Superbike. Dopo una breve introduzione sul campionato, questa tesi inizia con l’analisi del progetto della Yamaha YZF-R1 WSBK, seguita dallo sviluppo di un modello ANSA progettato per consentire modifiche ai singoli componenti in modo rapido ed efficiente. Viene quindi definita una configurazione personalizzata di OpenFOAM per eseguire le simulazioni, affiancata da un framework di post-processing semi-automatizzato che massimizza l’efficienza riducendo al minimo la necessità di interventi manuali nella generazione dei risultati. Questo flusso di lavoro viene successivamente applicato alla progettazione di un nuovo sistema di aspirazione, con l’obiettivo di migliorare le prestazioni del motore in risposta agli aspetti critici individuati nella configurazione esistente. L’analisi di fluidodinamica computazionale ha confermato infatti la presenza di tali criticità, motivando la progettazione di un sistema di aspirazione migliorato e fornendo spunti per sviluppi futuri. Inoltre, i modelli ANSA e CFD sviluppati in questo lavoro offrono una base versatile che può essere ulteriormente applicata per approfondire l’indagine sull’aerodinamica interna, nonché per condurre studi esterni volti ad affrontare le problematiche emerse durante le simulazioni.