Editiessep
16
World Solar Challenge
Na alle successen van het Nuon Solar Team met de Nuna’s zijn er inmiddels kapers op de kust. Sterker nog: tweevoudig winnaar TU Delft krijgt concurrentie uit eigen land en wel van de Technische Universiteit Twente. In totaal zullen een dertigtal teams strijden om de eerste plek in de drieduizend kilometer lange tocht van Darwin naar Adelaide.
Alle teams zijn gebonden aan maximale afmetingen: lengte van 5.0 meter, breedte 1.80 meter, hoogte 1.60 meter. Waar het om gaat bij deze race zijn de zonnecellen. Deze zijn mede beschikbaar gesteld door de Raedthuys Groep. De race is mede bedoeld voor promotie van duurzame energiebronnen en dan met name de zonne-energie. Dit was voor de Raedthuys Groep een directe reden om het team te sponsoren. De cellen die gebruikt worden door het Raedthuys Solar Team zijn hoogrendement cellen die normaliter in de ruimtevaart worden gebruikt. Deze hebben een rendement van gemiddeld 24% en dat is heel wat hoger dan de gemiddelde consumentencel, met een rendement van zo’n 12 tot 15%. Het hoge rendement vertaalt zich direct door in de prijsstelling. Door marktontwikkeling, die veroorzaakt zal worden door het nodig hebben van alternatieve energiebronnen en gestimuleerd wordt door bijvoorbeeld de World Solar Challenge, zullen de prijzen voor deze hoogrendementcellen ook betaalbaar gaan worden voor consumenten.
Tweevoudig winnaar TU Delft (met de Nuna’s) krijgt concurrentie uit eigen land en wel van de Technische Universiteit Twente, dat aan de start zal verschijnen met de Solutra. Bovenstaande afbeelding is ook in een betere kwaliteit beschikbaar: techtekening-nuna.pdf (550 kb). Gebruik de rechtermuisknop en ‘doel opslaan als’ om deze op de eigen computer op te slaan
Er zijn op de auto zo’n 2.500 cellen geplaatst. Deze zijn eerst door het team gesoldeerd, daarna gelamineerd en gesneden en vervolgens gemonteerd op de auto. Deze zullen in totaal een vermogen opleveren van 1800 Watt. Met deze opbrengst hoopt het team een gemiddelde snelheid te halen van 100 km/u. De auto is opgedeeld in vijf panelen, waarbij rekening is gehouden met de zonnestanden tijdens de race zodat de beste cellen het meeste licht krijgen. Bij een race met auto’s op zonnecellen is het opslaan van de verkregen energie van groot belang. Hoe groter deze buffer is des te meer voordeel men er uit kan halen tijdens de race. Er zijn echter enkele randvoorwaarden aan het aantal accu’s dat tijdens de race gebruikt kan worden. De accu’s dienen in de auto te passen en vanwege de aërodynamische vorm is deze vrije ruimte niet al te groot. Daarnaast mag het gewicht niet te groot zijn aangezien dit nadelig is voor de energie die nodig is om dit gewicht te verplaatsen. De gebruikte accu’s, afkomstig van WorleyParsons uit Singapore, zijn klein van formaat en hebben een hoge opslagcapaciteit. Het Raedthuys Solar Team heeft in het ontwerp de functies van chassis en carrosserie geïntegreerd, waardoor veel gewicht bespaard wordt. De resulterende body is gemaakt van lichtgewicht composieten die het gewicht van de auto verlagen naar ongeveer 190 kg. Dit is gedaan met enerzijds koolstof- en aramideweefsel van Ten Cate Advanced Composites en anderzijds epoxy hars van Huntsman. Het proces waarmee dit gedaan is heet vacuüminjectie. Vacuüminjectie houdt in dat het koolstof- of aramideweefsel op een vooraf bepaalde manier in de mal wordt gelegd. Hierover wordt een aantal speciale lagen van folies en gaas gelegd om de stroming van de hars te bevorderen; waarna de mal luchtdicht wordt afgesloten.
Vacuüminjectie
Door nu aan één kant een vacuümpomp te installeren en aan de andere kant de hars te injecteren, wordt de hars als het ware door het weefsel in de mal getrokken. Het grote voordeel van vacuüminjectie is naast de relatief lage kosten, dat de harsfractie teruggebracht kan worden tot wel 40 à 50%, omdat alle overtollige hars door het vacuüm wordt weggezogen. Er blijft natuurlijk wel genoeg hars aanwezig om de body voldoende stijfheid en sterkte te geven. Ter vergelijking; bij nat lamineren is 70% harsfractie niet ongebruikelijk. Met deze productiemethode is dus ook veel gewicht bespaard. Gewone autobanden zijn uit den boze vanwege hun grote rolweerstand, gewone fietsbanden zijn niet slijtvast genoeg. Het is voor een bandenfabrikant een uitdaging een band te ontwikkelen die slijtvast is, weinig rolweerstand heeft en bijna niet lek kan gaan. Zo heeft Vredestein voor het team de band die zij hebben voor dit soort toepassingen verbeterd. Deze banden worden normaliter voor de ligfietsenindustrie gebruikt. Waar de andere teams doorgaans op Michelins rijden, wil het Raedthuys Solar Team in samenwerking met Vredestein een winnende factor creëren op het gebied van de banden.
Watts-stangenstelsel
Uitgangspunten bij de achterwielophanging zijn het overbrengen van de krachten naar de sterke punten in het chassis, het voorkomen van overmatige bandenslijtage en het minimaliseren van gewicht. Daarbij moest uiteraard rekening worden gehouden met de beschikbare ruimte en de sterkte van de constructie. De sterkte van de auto komt voornamelijk voort uit de inwendige ribbenstructuur. De twee hoofdschotten in de lengterichting hebben een onderlinge afstand van 70 cm om ruimte te kunnen bieden aan de coureur die hier tussen ligt. Dit betekent dat de bevestigingspunten ook ongeveer deze afstand uit elkaar moeten liggen om de ophanging aan de hoofdschotten te kunnen bevestigen; hierdoor wordt dus de afmeting van de ophanging bepaald. Een goed ontworpen ophanging kan bandenslijtage minimaliseren. Uitgangspunt is hierbij dat de band tijdens het inveren niet naar voor of naar achter beweegt. Met een mechanisme (Watts-stangenstelsel) is een nagenoeg perfecte verticale beweging te realiseren. Om de ophanging echter eenvoudig te houden en vanwege de beschikbare ruimte is gekozen voor een ophanging met een enkele trailingarm. Door de arm lang te maken en de bevestigingspunten verstandig te kiezen is een verticale beweging te benaderen; zeker gegeven de kleine invering. In samenwerking met sponsor Hyperpro, is er voor gekozen een zo sterk en stijf mogelijke ophanging te maken met zo min mogelijk gewicht middels een aluminium doosconstructie. De twee hoofddragers waaraan het wiel is bevestigd, zijn vervaardigd uit gefreesde stukken aluminium; de rest van de doos wordt uit plaatmateriaal gemaakt. Voor een zo goed mogelijke aërodynamica is het van belang de breedte van de wielkap te minimaliseren. Dit betekent dat het deel dat in de wielkap komt smal moet zijn. De torsie- stijfheid van de constructie wordt gecreëerd door de doos die zich buiten de wielkap bevindt.
Dubbele triangels
Na een basisontwerp van de ophanging is deze geoptimaliseerd. Hiervoor zijn computersimulaties uitgevoerd om de belasting in alle delen van de ophanging te berekenen. Hierna zijn op de weinig belaste plaatsen gaten gemaakt om de ophanging lichter te maken, terwijl op de zwaar belaste plaatsen materiaal is toegevoegd om daar de belasting te verminderen. Dit proces is herhaald tot een optimale afweging tussen gewicht en sterkte was gevonden. Bij de voorwielophanging is er gekozen voor ophanging met behulp van dubbele triangels. Deze triangels leveren een lichte ophanging en zorgen voor een goed weggedrag en zijn van aluminium geconstrueerd. Net zoals het fuseestuk tussen deze twee triangels en het wiel. Wegens de beperkte afmetingen van de naaf is daar echter voor staal gekozen. Ook deze zijn afgeveerd met behulp van een veerdempercombinatie van Hyperpro. De hoek en lengte zijn zo gekozen dat deze dezelfde hardware hebben als de schokdemper achterop. Hierdoor zijn ze onderling uitwisselbaar. Door de vele afstelmogelijkheden is het mogelijk om de veerdemper specifiek voor zijn taak af te stellen. De twee fuseestukken zijn verbonden met een stuurstang.
| De krachtenverdeling op de achterwielophanging van de Solutra, waarmee de Technische Universiteit Twente deelneemt aan de World Solar Challenge. |
Er is gekozen voor twee stuurhendels, net als in een tank. Deze zijn door middel van Dyneema kabels met de stuurstang verbonden. De kabels lopen rondom de cockpit, wat de spanning ervan ten goede komt. Hiervoor zijn onderdelen uit de zeilwereld gebruikt. Deze methode is licht en robuust. Ook is het mogelijk om een progressief stuurgedrag te krijgen door de schijven waar de kabels overheen lopen excentrisch te maken. Het reglement stelt verplicht dat er twee van elkaar gescheiden remsystemen aanwezig zijn die allebei functioneren wanneer het elektrische systeem uitvalt. Bij het remmen wordt de grootste druk op de voorwielen geplaatst. Het is daardoor handig dat de voorwielen geremd worden. De remklauwen en schijven die daarvoor gebruikt worden, passen niet volledig in het wiel. Hierdoor wordt de benodigde breedte in de wielkappen, die nodig is om het wiel, de remmen en de ophanging te plaatsen, enkele tientallen millimeters groter. Voor een tweede remklauw per schijf is geen extra ruimte nodig. Normaal wordt geremd door de motor in het achterwiel als dynamo te gebruiken. Als naast dit achterwiel een remschijf en klauw geplaatst zou worden, zorgt dat ervoor dat de achterwielkap ook enige tientallen millimeters groter wordt. Dit levert aërodynamisch een nadeel op. Er is dus uiteindelijk gekozen voor de afwijkende constructie van twee aparte hoofdremcilinders die elk een remklauw rechts en links aansturen (om te voorkomen dat bij uitval van een systeem de auto naar één kant trekt). Het remsysteem is opgebouwd uit onderdelen die normaal in de kartsport gebruikt worden. Hiervoor is gekozen omdat ten eerste deze onderdelen voor de competitie gemaakt zijn en hierdoor al een optimale gewicht/prestatie verhouding hebben. Ten tweede zijn deze uitgerust met veren die de remblokken van de schijf wegtrekken wanneer er niet geremd wordt. Bij veel andere remklauwen schuren de remblokken iets tegen de remschijven. Dit levert dan extra weerstand op wat weer posities kan kosten. Bij de keuze van de remklauwen is er gekozen voor een model dat zo smal mogelijk is. Ook weer om de breedte van de wielkappen zo smal mogelijk te houden. Om deze reden is ook het aansluitpunt van de remslangen, in samenwerking met de firma Berenpas, verplaatst van de zijkant naar de bovenkant van de klauwen. Deze firma levert het team ook de op maat gemaakte remslangen. Normaal levert deze firma slangen aan de vliegtuigindustrie en voor andere hoogwaardige toepassingen. Het gewicht van de slangen is daardoor erg laag en de vervorming van de slangen bij het remmen is minimaal. In tegenstelling tot de rubberen slangen die normaal in een auto gebruikt worden, reageren de remmen veel beter op de pedaaluitslag.
Wielkappen
De weg waarop gereden wordt in Australië bevat weinig scherpe bochten. Een eis van de organisatie is echter dat de auto binnen een straal van 16 meter kan keren. De wielkappen zouden hierdoor twee keer zo breed moeten worden dan wanneer er alleen rechtuit gereden wordt. Er is om deze reden gekozen om een gedeelte van de wielkap met het wiel mee te laten sturen. De kleine uitslagen van het wiel zullen binnen de kap plaatsvinden maar bij de grotere stuurbewegingen, die bij lage snelheden gemaakt zullen worden, zal een deel van de wielkap meedraaien. Hiermee wordt winst behaald op de aërodynamica. De wielkap is opgehangen in teflon waardoor deze soepel draait. De kap wordt met een stangensysteem aan het stuurmechanisme verbonden.