Challenge

Inventer, concevoir et construire des véhicules à propulsion humaine qui repoussent les limites du possible.

Solution

Installer le logiciel de conception/analyse SOLIDWORKS Premium et le logiciel d'analyse de la dynamique des fluides (CFD) SOLIDWORKS Flow Simulation.

Results

  • Pulvérisation du record de vitesse pour un vélo à propulsion humaine
  • Conception, construction et test d'un vélo, d'un hélicoptère et d'un ornithoptère à propulsion humaine
  • Quatre nouveaux records de vitesse pour un vélo à propulsion humaine
  • Intégration des résultats des calculs aux connaissances acquises pour améliorer l'aérodynamique

Todd Reichert et Cameron Robertson ont fondé Aerovelo dans le but d'accomplir l'impossible : le vol à propulsion humaine et une vitesse de près de 160 km/h à la seule force humaine. Combinant la passion de Todd Reichert pour l'athlétisme et la conception aérodynamique, et la passion de Cameron Robertson pour les structures et les matériaux, Aerovelo vise à susciter l'intérêt du public pour les sciences, la technologie et l'ingénierie durable. L'entreprise s'est lancée dans une série de projets impliquant des véhicules à propulsion humaine qui ont interpellé un groupe passionné et disparate d'individus aspirant à faire des choses incroyables. Les équipes de conception sont majoritairement constituées d'étudiants en ingénierie de l'Université de Toronto (dont sont issus Todd Reichert et Cameron Robertson) et de jeunes professionnels. Mais ces projets n'existeraient pas sans une vaste communauté de bénévoles, d'amis et de proches.

Aerovelo avait également besoin d'outils d'ingénierie et de conception 3D pour inventer, créer et construire le vélo, l'hélicoptère et l'ornithoptère (machine qui vole en battant des ailes) à propulsion humaine autour desquels est axé le travail de l'entreprise. Selon Cameron Robertson, vice-président et chargé des structures, Aerovelo avait besoin de logiciels de CAO 3D et d'analyse de la dynamique des fluides (CFD) non seulement pour créer ces véhicules, mais aussi pour les faire entrer dans le livre des records.

« Il n'aurait pas été possible de concevoir efficacement des véhicules tels que le speedbike à propulsion humaine sans logiciels de CAO 3D », explique Cameron Robertson. « Le calendrier et les contraintes budgétaires auxquels nous sommes soumis ne sont pas viables sans la vitesse, la puissance et l'automatisation offerts par les outils de calcul. En outre, nous collaborons étroitement avec des étudiants de l'Université de Toronto et avons besoin d'une plate-forme de développement commune pour communiquer et gérer le travail. »

Puisque les fondateurs avaient utilisé SOLIDWORKS® et que SOLIDWORKS est le logiciel de CAO enseigné à l'Université de Toronto, le choix s'est tout naturellement porté sur la combinaison de SOLIDWORKS Premium pour la conception et l'analyse et de SOLIDWORKS Flow Simulation pour l'analyse de la dynamique des fluides (CFD).

« J'ai toujours trouvé SOLIDWORKS facile à utiliser, et les étudiants avec lesquels nous travaillons le savent », explique Cameron Robertson. « Nous apprécions également le fait que le logiciel SOLIDWORKS Flow Simulation s'intègre à notre plate-forme de modélisation. »

 

UNE CONCEPTION RAPIDE ET DES MODIFICATIONS ENCORE PLUS RAPIDES

En 2010, Aerovelo a tout d'abord développé l'ornithoptère à propulsion humaine Snowbird, qui pouvait voler pendant 19,3 secondes, une première au monde pour un engin de ce type. L'entreprise a ensuite créé l'hélicoptère à propulsion humaine Atlas, qui a remporté le prix AHS Igor I. Sikorsky Challenge de 250 000 $ en 2013, grâce à son vol record de 64 secondes. Aerovelo s'est encore plus appuyé sur les outils SOLIDWORKS pour son défi suivant : le développement du vélo le plus rapide du monde, le speedbike Eta.

« SOLIDWORKS nous permet de concevoir le véhicule rapidement et d'apporter les modifications nécessaires encore plus vite », explique Cameron Robertson. « Par exemple, nous avons utilisé SOLIDWORKS pour modifier et repositionner le dérailleur et sa manette. Les outils SOLIDWORKS nous ont permis de déterminer les meilleurs emplacements. Nous avons pu obtenir un design de profilage composite quasi optimal, notamment à l'aide de zébrures, d'indicateurs de courbure de surface et de l'analyse des performances SOLIDWORKS CFD, puis nous avons construit l'engin et peaufiné les détails. »

Grâce aux outils de calcul SOLIDWORKS, nous nous approchons des 145 km/h et devrions atteindre au moins 148 km/h après quelques ajustements. Passer la barre des 160 km/h est possible, mais c'est un sacré défi. Pour le relever, il nous faudra du temps, un pilote plus puissant, un moyen de récupérer l'énergie thermique du pilote ou des composants de profilage actifs/intelligents qui s'adaptent automatiquement aux flux d'air pour diminuer la résistance.

Cameron Robertson
Vice-président/Structures

Dans ses efforts pour faire progresser la technologie au-delà du record de vitesse existant pour un vélo à propulsion humaine, établi 15 ans auparavant au Battle Mountain World Human-Powered Speed Challenge, Aerovelo a opté pour le logiciel d'analyse de dynamique des fluides (CFD) SOLIDWORKS Flow Simulation afin de booster les capacités de son speedbike. « Avec SOLIDWORKS Flow Simulation, nous avons recueilli de précieuses informations et développé des innovations clés qui nous ont permis de faire un pas de géant en matière de profilage aérodynamique », souligne Cameron Robertson.

« Bien que d'autres équipes utilisent l'analyse de dynamique des fluides (CFD), nous avons décidé de fusionner nos résultats CFD avec notre expérience réelle et de nous en servir davantage comme d'une ligne directrice », nous confie-t-il. « Nous avons utilisé les profils de pression SOLIDWORKS Flow Simulation pour appliquer notre stratégie aérodynamique. Un courant laminaire est sans aucun doute meilleur pour les performances qu'un courant turbulent, et c'est ce que nous recherchons autant que possible. Cependant, créer une forme de profilage qui permet un courant laminaire naturel pendant une durée prolongée s'avère une tâche de conception très délicate et précise, pour laquelle le logiciel SOLIDWORKS Flow Simulation s'est alors révélé précieux. »

 

LA MISSION : ATTEINDRE 160 KM/H À VÉLO

À l'aide des outils de conception et d'analyse de dynamique des fluides (CFD) de SOLIDWORKS, pour améliorer les performances de son speedbike Eta, Aerovelo a battu le record précédemment établi de 133,78 km/h (83,13 mph) en 2015. Depuis cette date, l'entreprise a peaufiné et amélioré la conception du speedbike, ce qui a permis à Aerovelo de battre son propre record quatre fois, atteignant ainsi les 144,17 km/h (89,59 mph) en 2016.

« Grâce aux outils de calcul SOLIDWORKS, nous nous approchons des 145 km/h et devrions atteindre au moins 148 km/h après quelques ajustements », déclare Cameron Robertson. « Passer la barre des 160 km/h est possible, mais c'est un sacré défi. Pour le relever, il nous faudra du temps, un pilote plus puissant, un moyen de récupérer l'énergie thermique du pilote ou des composants de profilage actifs/intelligents qui s'adaptent automatiquement aux flux d'air pour diminuer la résistance. »