세계적인 학생 포뮬러 레이싱 팀, 인스파이어로 우승 노린다!

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  국제 포뮬러 SAE(INTERNATIONAL’S FORMULA SAE)는 학부생 및 대학원생들을 대상으로 펼쳐지는 레이싱 카 개발에 대한 엔지니어링 설계 공모전입니다. 대회는, 학생들이 수업시간에 배운 이론들을 적용하여 공학적 설계 및 프로젝트 관리 기술을 마음껏 펼치고 향상시킬 수 있는 기회를 제공합니다. 대회의 최종 목표는, 설계, 구조, 성능 및 비용 면에서 최고의 경주 용 단일 좌석 레이스 카를 개발하고 구성하는 것입니다.

  게토 모터스포츠(Gator Motorsports)는 플로리다 대학 소속의 포뮬러 SAE 팀입니다. 게토 모터스포츠에서 포뮬러 스타일의 자동차 경주용 차량을 설계, 제조 및 제작할 수 있는 기회는 대외 활동 이상의 의미를 가집니다. 매년 5월, 게토 모터스포츠는 미시간 주에 있는 자동차 기술자 협회(FSAE)의 자동차 설계 공모전에서 전 세계 120개 팀과 경쟁하고 있습니다. 이 대회에서는 믿을 수 있는 고성능 차량을 설계 및 생산하는 능력뿐만 아니라, 실현 가능한 제품을 개발하기 위해 팀을 조직하고 관리하는 능력까지도 평가합니다. 프로그램은 업무를 올바르게 수행할 수 있도록 필요한 기술, 팀워크 및 프로젝트 관리 기술들을 학생들에게 제공합니다.

  게토 모터스포츠는 이 대회에서 2016년에는 9위, 2015년에는 2위를 차지하여 좋은 성과를 거두었습니다.

  2017년 대회를 위해 게토 모터스포츠 팀은, 서스펜션 벨 크랭크 뿐만 아니라 페달 박스를 비롯한 차량의 중요한 구성 요소 중 일부를 다시 설계하고 있습니다.

  바이런 청(Byron Cheung)은 플로리다 대학(University of Florida) 기계공학과 3학년 학생으로, 게토 모터스포츠 팀의 제어 시스템 리드(Control System Lead) 역할을 담당하고 있습니다. 이 역할 중 바이런은 페달 박스, 스티어링 휠 및 인체 공학 시스템의 설계를 담당합니다. 바이런은 “올해 우리는 차 페달 박스 트레이를 개발하여 브레이크 페달을 재설계해야 했습니다. 이전에 저의 다른 동료들이 솔리드씽킹 인스파이어(solidThinking INSPIRE)를 사용했던 것을 기억했고, 우리도 인스파이어를 이용하여 우리 팀의 브레이크 페달 성능을 향상시킬 수 있을 것이라고 생각했습니다. 브레이크 페달 외에도 우리 팀원들은 자동차의 벨 크랭크를 새롭게 재설계하기 위해서도 노력했습니다.” 라고 말했습니다.

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▲ 인스파이어를 이용한 브레이크 페달 최적화

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▲ 인스파이어로 최적화한 최종 브레이크 페달 설계

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▲ 정제된 설계 해석으로 최적의 벨 크랭크 제공

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▲ 새로 제작한 벨 크랭크와 이전의 벨 크랭크의 비교

중량은 6.6% 감소했는데,
강성은 증가했다?

  게토 모터스포츠가 차량 개발에 있어서 초점을 맞춘 첫 번째 부품은 벨 크랭크였습니다. 바이런은 “이번 설계에서는, 시스템의 운동학적인 측면뿐만 아니라 모든 연결 및 하중조건에도 신경을 썼습니다. 먼저 서스펜션 시스템이 안전하게 이동할 수 있는 거리를 측정한 다음, 데이터 로깅 시스템을 사용하여 당김 막대의 최대 힘을 찾습니다. 거기에서 우리는 인스파이어를 통해 벨 크랭크의 다른 위치에 다른 힘을 적용했습니다. 인스파이어는 이러한 조건들을 이용하여 최적의 벨 크랭크 구조 설계를 생성했습니다.” 라고 설명합니다.

  그 다음, 최적화 작업을 통해 제작에 들어갔습니다. 이 작업들을 통해 전년도 벨 크랭크에 비해 중량이 6.6% 감소되었으며, 최대 응력 또한 1,000psi나 감소하여, 6061-T6으로 생산된 부품의 전체 강성까지 증가했습니다.

  페달 박스 재설계를 위해 팀이 인스파이어로 작업한 다음 부분은 자동차 브레이크 페달이었습니다. 바이런은 “팀원들은 인스파이어의 몇 가지 온라인 자습서를 학습한 후에, 인스파이어를 이용하여 손쉽게 페달을 설계할 수 있었습니다. 익숙하게 하중 및 여러 조건들을 적용하고 페달의 전체 최적화를 빠르게 수행할 수 있었습니다. 전체적인 재설계는 처음부터 끝까지 단 2주 만에 완료하였습니다.” 라고 설명했습니다. 새로 디자인 된 페달은 이전에 비해 안전적인 요소가 크게 증가했습니다. 팀은 현재, 내년 초 미시간 주 브루클린에서 개최되는 첫 번째 레이싱 대회에 참여할 수 있도록 부품을 제작하고 있습니다.

인스파이어는 우리의 미래!

  이번 차량 설계 단계를 마무리하면서, 바이런은 인스파이어의 성공적인 사용으로 미래에 여러 가지 새로운 부품들을 사용할 수 있게 되었다고 언급했습니다. 바이런은 “내년에는, 인스파이어를 이용하여 날개 부분의 U자형 갈고리와 날개 끝 부분의 공기 역학에 대해서도 해석을 해볼 계획입니다. 우리는 인스파이어가, 쉽게 배우고 사용할 수 있는 매우 유용한 도구라는 것을 알 수 있었습니다.” 라고 말했습니다.


* 산업
– 자동차 / 포뮬러 레이싱

* 과제
– 더욱 빠르고 경쟁적인 레이싱 자동차 설계를 위한 자동차 부품 강도 개선 및 무게 절감

* 알테어 솔루션
– 솔리드씽킹 인스파이어를 이용한 초기 컨셉 생성 및 최적화로 차량의 벨 크랭크 및 브레이크 페달의 재설계 및 향상

* 효과
– 벨 크랭크 중량 6.6% 감소
– 벨 크랭크 최대 응력 1,000psi 감소
– 벨 크랭크와 브레이크 페달 모두 강성 증가
– 브레이크 페달의 안전성 증가
– 벨 크랭크 및 브레이크 페달의 설계 시간 단축

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