Vorteq使用Artec Leo制作实体高速WX-R场地车

在专业骑行和奥林匹克骑行中,风阻会拖人后腿。但借助最新款手持式3D扫描科技,以及前沿CFD(计算流体力学)分析、CAD技术、创新设计,英国公司Vorteq和WX-R工程师合作,制作出突破风阻的场地车,已在骑行界引起不小轰动。

Vorteq WX-R场地车

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对骑手而言,高达80%的空气阻力来自自身,剩下20%左右来源于自行车,但该比例并非一成不变。比方说,骑手身穿Vorteq紧身衣身体阻力很小,和普通骑行服相比,CdA(风阻系数 x 面积)大幅降低。那下一步自然就要从自行车身上动脑筋,如何使车身更简洁。如此,节省的时间和精力不可小觑。

比如,在5小时铁人三项的自行车赛中,流线型场地车要比普通场地车更早抵达终点。但是如何进一步提升自行车的速度,从最快的那些场地车中继续脱颖而出?

WX-R Vorteq 车叉

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几十年来,场地车制造商始终致力于打造沥青公路上的最佳场地车,但通常情况下,他们都是基于竞争对手的设计建模的。有时会配合风洞和CFD测试。但是。他们忽略了关键一点:速度方程中的人类因素。骑手自身、自行车、骑行方式一起,共同作用,决定了速度。

TotalSim公司Vorteq的设计工程师多年来通过与F1等赛车运动合作,积累了大量CFD经验,解决了棘手的工程难题,为客户提供强大的解决方案,因此,他们决定将目光转向自行车赛,制作全球速度最快的场地车。

Vorteq Tokyo把手


项目第一阶段需要捕获一系列专业场地车,且3D分辨率要高。扫描完后,自行车3D模型将用于前沿CFD分析,并结合最新风洞测试研究,包括分析骑手(自行车车主)骑行习惯的人体运动学,待一切完成后,制作成极致流线型场地车Vorteq WX-R。

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他们需要一款能满足所有要求的专业手持式3D扫描仪,包括无可挑剔的准确度、捕获速度、无线操作,因此,最终只剩一款可选: Artec Leo,多次获奖的无线式3D扫描仪,可捕获中型物体,且色泽鲜艳。Artec Leo不到一分钟即可完整捕获一辆专业场地车,Artec 3D大使Central Scanning向Vorteq推荐并提供了这款扫描仪。

Artec Leo

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Central Scanning的Alex Chung说道,“Vorteq的母公司TotalSim是英国第一家在2019年1月收到旗舰产品Artec Leo的客户,之后,他们的成绩节节攀升。作为Artec资深用户,Vorteq很快就解锁了Artec Leo的速度、便携度和灵活度等优势,改变了紧身骑行服的设计工艺,直接让骑手坐在自行车上进行3D捕获。现在,他们又把思路拓展到了Vorteq WX-R项目上,这次全方位结合Leo的扫描动力和灵活性,来制作令人惊叹的场地车。能与TotalSim和 Vorteq合作创新, Central Scanning很骄傲。”

使用Artec Leo在SSEH风洞中3D扫描骑手与自行车


Vorteq计量工程师Sam Quilter解释了他们的扫描流程,“我们用Leo扫描了一系列自行车,获得精准数字模型,之后在CFD系统中进行对比,找出造成风阻差异的原因,并对3D模型作出结构调整和修改,改进性能。这样一来,我们就能取各款自行车之长,并合成一辆自行车,进行后续工作了。”

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Quilter继续补充道,“在设计的同时,我们还在Silverstone (SSEH)的风洞中分析了骑手,了解他们如何施力,影响整辆车。这过程中会获得大量有用的数据,这对于我们设计这辆车非常关键。”

“举个例子说明3D扫描在研发中期起到了多大的作用,我们把每位骑手的自行车都放在一个升起的装置上,然后在曲轴处施加不同程度的负重,给车架增加一些曲率,研究车辆是如何屈伸和扭转的。这些步骤一直重复到最大负荷,来模拟踏板、曲轴、轮轴所承受的扭矩。同时,我们使用Artec Space Spider 3D扫描仪精确捕获自行车架,并根据扫描生成偏离图,展现车架发生弯曲的过程和位置。”

“扫描的车架出现了明显偏离,因为全都是碳纤维材料。向下施压时,也会出现一定程度的弯曲。我们想对此进行量化,因为骑手反映他们喜爱自己的场地车,也想知道自己爱车的弯曲程度和抗压能力。但是曲率太大也会损耗骑手的体力,车轮会把压力分散到车架。我们也需要找到弯曲发生的部位。”

Vorteq Tokyo固定车座架


Quilter和Vorteq的团队自创了Artec Leo扫描处理工艺。过程如下,“首先把扫描导入至后期处理软件Artec Studio中,这一过程对于自行车扫描数据而言,非常之快。然后,我们检查数据是否完好。这一步基本不成问题,但大概检查一下也是明智之举。之后,我们可能要用橡皮擦擦除多余数据。再使用默认设置进行全局对准,默认设置就很适合我们的需求。

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Quilter继续补充道,“之后,我们进行尖锐融合,因为我们处理的是坚固的零部件和车架结构,如果处理人体扫描制作紧身骑行服,考虑到人体解剖结构的自然曲线,平滑融合会更合适。相比而言,尖锐融合会保留所有车模需要的复杂几何细节。然后我们以OBJ文件形式导出到Geomagic Wrap,进行其他设计,最后,将最终的3D模型发送到定制CFD系统中。”

Vorteq Tokyo 4定制前轮

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研发结束后,为制作自行车实体,Vorteq和英国自行车制造商Worx合作,他们曾制造过自己研发的场地车,但和Vorteq WX-R比差远了。

Vorteq WX-R已驰骋赛场了,还将参加东京奥运。它在UCI场地自行车世锦赛的出色表现已经为骑手揽下两枚奖牌、三项终身最佳、两项全国纪录、一项亚洲纪录。

Azizulhasni Awang在2020柏林 UCI场地自行车世锦赛中骑着一辆Vorteq WX-R冲向胜利

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除了制作世界最快的骑行服和场地车外,Vorteq还通过Artec Leo和Space Spider扫描仪,为英国和世界各地的客户,提供一系列自行车相关的3D扫描服务。


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