Analisi e simulazione numerica di veicoli a propulsione umana = Numerical analysis and simulation of human powered vehicles

Questa tesi analizza lo sviluppo ed utilizzo di un programma in grado di valutare le prestazioni di un veicolo a propulsione umana e la pendenza del tracciato seguito, al fine di poter simulare correttamente la dinamica del mezzo lungo il percorso in funzione dei watt profusi dal ciclista. Nel primo capitolo vengono spiegate l’analisi e la simulazione numerica a livello generale, per poi analizzare quali sono le principali soluzioni presenti in letteratura per i veicoli a propulsione umana. Nel capitolo successivo sono elencate le componenti del mezzo e del ciclista che incidono sulla dinamica dalla prova, in modo da ricavare le rispettive equazioni matematiche ed i valori delle costanti, utilizzando i dati raccolti nei test e nelle gare. Nel terzo capitolo, utilizzando le formule ricavate in precedenza, viene risolto il bilancio dell’energia attraverso un sistema composto da un equazione per ogni metro di gara. La sua risoluzione restituisce il valore dei coefficienti di resistenza aerodinamica e resistenza al rotolamento degli pneumatici. Dopodiché, grazie ai coefficienti ricavati dal capitolo precedente ed alcune valutazioni sulla capacità aerobica ed anaerobica del ciclista, è stato possibile realizzare una simulazione che consente di valutare quale sia la soluzione ottimale per la gestione dello sforzo da parte dell’atleta. Successivamente, nel quinto capitolo, è mostrato un metodo iterativo che consente di correggere la pendenza del tracciato utilizzata in precedenza. Questo metodo valuta quali siano le modifiche, da apportare alla pendenza di ogni segmento di gara, che minimizzano lo scarto quadratico medio generato dalla risoluzione del sistema di calcolo dei coefficienti. Il sesto capitolo offre l’opportunità di ripetere lo stesso procedimento per l’andamento del coefficiente di drag al variare della velocità, ponendo l’attenzione sui limiti di questo approccio. Infine, sono illustrate brevemente le differenze tra gli streamliner e le biciclette convenzionali, confrontando i risultati ottenuti dalle analisi precedenti con quelli stimati per i mezzi tradizionali. Per realizzare una valutazione più precisa delle prestazione ottenibili con biciclette convenzionali, sarà necessario ripetere tutti i test e le analisi svolte in precedenza per gli streamliner.