Od Kropelki do Oriona – ewolucja konstrukcji pojazdów Studenckiego Koła Aerodynamiki Pojazdów w zawodach Shell Eco-marathon

Studenckie Koło Aerodynamiki Pojazdów (SKAP) działające przy Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej wraca do udziału w międzynarodowym konkursie Shell Eco-marathon. Zadaniem młodych konstruktorów jest zbudowanie pojazdów, które pokonają jak najdłuższy dystans przy minimalnym zużyciu energii. W dniach 24–28 czerwca 2026 roku na torze Silesia Ring w Kamieniu Śląskim zmierzy się ponad 150 ekip z 28 krajów.

SKAP jest jedną z najstarszych organizacji studenckich o profilu konstrukcyjnym na tym Wydziale MEiL. Historia startów zespołu w międzynarodowych zawodach Shell Eco-marathon obejmuje już 20 lat rozwoju kolejnych generacji pojazdów oraz systematycznego budowania bazy wiedzy inżynierskiej. Jednym z najważniejszych kamieni milowych w historii organizacji był debiut w 2006 roku, który zapoczątkował systemowy rozwój kwalifikacji związanych z projektowaniem pojazdów energooszczędnych.

Kolejnymi istotnymi etapami działalności były budowa następnych platform testowych, rozwój własnych algorytmów projektowych oraz sukcesywne zwiększanie zaawansowania technicznego struktur mechanicznych. Zwieńczeniem tej fazy rozwoju było zwycięstwo SKAP w 2013 roku w kategorii Gasoline Urban Concept z pojazdem PAKS, które pozostaje jednym z największych osiągnięć w historii Koła.

Następne lata przyniosły dalsze doskonalenie kwalifikacji zespołu. W 2018 roku zadebiutował pojazd Orion, stanowiący nową generację pojazdów miejskich. Sytuacja pandemiczna związana z COVID-19 ograniczyła możliwości testowe i operacyjne, przez co konstrukcja wzięła udział jedynie w dwóch edycjach zawodów. Obecny powrót do rywalizacji oraz głęboka modernizacja Oriona otwierają nowy etap w działalności naukowej Koła.

Fundamenty naukowe i dziedzictwo prof. Janusza Piechny

Współczesne podejście konstrukcyjne zespołu SKAP wynika bezpośrednio z metodologii badawczej wypracowanej pod kierunkiem prof. Janusza Piechny. Zaszczepił on w organizacji rygorystyczne podejście do analizy aerodynamicznej oraz numerycznych symulacji mechaniki płynów CFD (Computational Fluid Dynamics), które do dziś stanowią punkt wyjścia w procesie projektowym.

Tradycja ta przejawia się w ciągłości stosowania zaawansowanych narzędzi inżynierskich oraz empirycznej weryfikacji założeń teoretycznych w badaniach tunelowych i drogowych. Szkoła naukowa prof. Piechny ukształtowała kulturę zorientowaną na optymalizację geometrii nadwozia pod kątem minimalizacji oporów powietrza, co bezpośrednio determinuje efektywność energetyczną pojazdów. Współczesne metody pracy, choć wykorzystują nowoczesne oprogramowanie oraz zaawansowane technologie materiałowe, stanowią ewolucyjną kontynuację założeń badawczych wprowadzonych na początku działalności organizacji.

– Główną ideą pracy wdrażanej przez prof. Piechnę, którą staram się również zarażać młodych inżynierów, jest to, aby nie bać się rozwijania nowych, czasami nawet nietypowych, ale przez to innowacyjnych rozwiązań technologicznych – podkreśla dr inż. Michał Remer, opiekun SKAP. – Będąc studentem, miałem mieszane uczucia do takiego sposobu działania i współcześni studenci również często podchodzą do niego z dystansem. Z perspektywy czasu widzę jednak, że ta śmiałość projektowa, połączona z bardzo mocnym warsztatem inżynieryjnym, procentuje w karierze zawodowej i pomaga budować tak zaawansowane pojazdy, jakimi zajmuje się Koło.

Finansowanie i modernizacja układów wewnętrznych pojazdu

Podjęcie prac modernizacyjnych i powrót do aktywnej rywalizacji międzynarodowej wymagały zabezpieczenia odpowiednich zasobów logistyczno-finansowych. Kluczowym czynnikiem umożliwiającym wdrożenie założeń projektowych było pozyskanie wsparcia instytucjonalnego. 

– Kluczem do realizacji projektu było otrzymanie przez nas Grantu Rektorskiego – mówi Emil Cieślikowski, prezes SKAP. – Po samym pomyśle startu w zawodach Shell Eco-marathon to właśnie dofinansowanie zdobyte na ten cel przypieczętowało nasze plany. Grant pozwolił nam na zakup niezbędnych materiałów konstrukcyjnych, części oraz komponentów układu napędowego. Choć z zewnątrz można zauważyć jedynie kosmetyczne zmiany w Orionie, to jego wnętrze zostało całkowicie przebudowane. Po kilku latach przestoju wszystkie układy wymagały weryfikacji i poprawek. Najwięcej zasobów i czasu pochłonął układ napędowy, z racji na całkowitą zmianę źródła energii, a także ze względu na fakt, że jego sprawność jest decydującym aspektem w walce o jak najlepsze rezultaty. Od podstaw wykonaliśmy także całą wiązkę elektryczną, która w klasie Urban Concept, poza zasilaniem napędu, musi obsługiwać takie elementy jak kierunkowskazy czy przednia wycieraczka.

Integracja napędu elektrycznego oraz optymalizacja struktury nośnej

Transformacja pojazdu z napędu spalinowego na elektryczny generowała szereg złożonych wyzwań inżynierskich. Głównym zadaniem było dostosowanie istniejącej struktury nośnej, zoptymalizowanej pierwotnie pod kątem jednostki spalinowej, do specyfiki napędu elektrycznego (EV). Wymagało to precyzyjnej integracji przestrzennej nowych podzespołów w obrębie geometrycznych ograniczeń kadłuba.

Proces modernizacji objął zaprojektowanie od podstaw elektrycznego układu napędowego, integrację pakietu baterii litowo-jonowych oraz implementację dedykowanej elektroniki sterującej. Prace realizowano przy zachowaniu restrykcyjnych norm bezpieczeństwa mechanicznego i elektrycznego. Istotnym obszarem optymalizacji była minimalizacja strat energii w węzłach kinematycznych oraz układach przełączających, co pozwoliło członkom Koła podnieść kwalifikacje zakresie systemów elektrycznych i zarządzania energią.

W celu maksymalizacji efektywności kluczowe pozostało utrzymanie niskiej masy własnej. Zadanie to ułatwiło wykorzystanie istniejącego samonośnego nadwozia wykonanego w całości z kompozytów z włókien węglowych, charakteryzujących się wysokim wskaźnikiem wytrzymałości właściwej. Zastosowanie tej struktury pozwoliło zrównoważyć przyrost masy wynikający z instalacji akumulatorów, przy jednoczesnym zachowaniu pierwotnych, zoptymalizowanych aerodynamicznie linii nadwozia.

Cele na zawody Shell Eco-marathon 2026

Głównym założeniem operacyjnym zespołu podczas nadchodzących zawodów w Kamieniu Śląskim jest bezawaryjne ukończenie wszystkich regulaminowych przejazdów oraz rejestracja parametrów pracy układu napędowego w warunkach torowych. Pozyskane dane telemetryczne posłużą do dalszej walidacji modeli matematycznych i optymalizacji algorytmów sterowania.

Start ten stanowi kluczowy etap powrotu Koła do regularnej rywalizacji po przerwie technicznej. Będzie to pierwsza weryfikacja konstrukcji Orion w konfiguracji Urban Electric w warunkach realnej rywalizacji inżynierskiej, ukierunkowana na osiągnięcie optymalnego wyniku wskaźnika efektywności energetycznej.

Równoległe projekty badawczo-rozwojowe i synergia technologiczna

Równolegle z przygotowaniami do Shell Eco-marathon Studenckie Koło Aerodynamiki Pojazdów rozwija projekt elektrycznego motocykla wyścigowego, przygotowywanego na zawody MotoStudent 2027. Obecnie zespół rozpoczyna etap produkcji pierwszych elementów konstrukcyjnych oraz kompletowania kluczowych podzespołów pojazdu. Prace koncentrują się na dopracowaniu geometrii ramy, integracji poszczególnych układów oraz przygotowaniu do montażu kompletnego motocykla.

Poza działalnością ściśle konstrukcyjną Koło realizuje projekt pod nazwą „Popularyzacja badań motocykla Perun poprzez udział w międzynarodowych konferencjach naukowych” w ramach programu „Wsparcie studentów w zakresie podniesienia ich kwalifikacji i umiejętności”. Program ten umożliwia prezentację wyników prac badawczych na forach krajowych i międzynarodowych. W najbliższych dniach reprezentanci Koła przedstawią rezultaty prowadzonych badań podczas XXVII Fluid Mechanics Conference w Łodzi.

Równoczesna realizacja dwóch zaawansowanych projektów pozwala na transfer wiedzy wewnątrz zespołu. Koncepcja wdrożenia napędu elektrycznego w pojeździe Orion stanowi bezpośrednią implementację rozwiązań opracowanych wcześniej na potrzeby motocykla wyścigowego. Wymianą doświadczeń inżynieryjnych objęto również układy elektroniczne, mechaniczne, analizy numeryczne oraz procesy montażowe. Taka struktura pracy pozwala na unikanie błędów konstrukcyjnych, ciągłe podnoszenie kwalifikacji zespołu oraz systematyczny wzrost zaawansowania technicznego budowanych pojazdów.

Na interdyscyplinarny charakter prac oraz wyzwania organizacyjne zwraca uwagę mgr inż. Paulina Chrobocińska, pełnomocnik Rektora ds. kół naukowych. 

– Starty Studenckiego Koła Aerodynamiki Pojazdów w zawodach Shell Eco-marathon stanowią ważny element historii projektów studenckich Politechniki Warszawskiej – podkreśla. – Dawniejsze edycje tej rywalizacji, w których konstrukcje takie jak Kropelka czy PAKS zyskały międzynarodową rozpoznawalność, pozwoliły na zgromadzenie unikalnych danych z zakresu aerodynamiki i optymalizacji układów napędowych. Realizacja tak skomplikowanych przedsięwzięć inżynierskich to proces wymagający zabezpieczenia finansowania z wielu źródeł – zarówno uczelnianych, jak i zewnętrznych, w postaci grantów na realizację projektów konkursowych oraz środków sponsorskich. Dla studentów udział w tych projektach jest przede wszystkim narzędziem budowania szerokich kompetencji, zarówno społecznych, jak i inżynierskich. W efekcie praca w kole naukowym wydatnie podnosi jakość kształcenia, kształtując inżynierów posiadających wszechstronne kompetencje na rynku pracy.