Anglickou zkratku CFD často používáme ve svých technických článcích či při zmínkách o aerodynamickém vývoji. V současné době, kdy jsou omezeny testy ve větrných tunelech, stoupá význam počítačových simulací. Co znamená ona zkratka a jaké má využití ve světě Formule 1?
CFD je zkratka anglického výrazu Computational Fluid Dynamics, což bychom mohli do češtiny s jistým nádechem krkolomnosti přeložit jako "počítačová dynamika tekutin." Jedná se o počítačovou simulaci s využitím specializovaného softwaru, který umožňuje konstruktérům simulovat a analyzovat aerodynamické vlastnosti jednotlivých dílů ještě před tím, než jsou vyrobeny. Zjednodušeně si CFD můžete představit jako "aerodynamický tunel v počítači."
Formule 1 se vyznačuje neúnavnou honbou za výkonností. Při technických pravidlech, jež jsou v současnosti v platnosti, je aerodynamika klíčovou oblastí pro zisk cenných desetinek v časech na kolo. Aerodynamicky vývoj byl tradičně záležitostí větrných tunelů, díky neustálému nárustu výpočetních kapacit se CFD velmi rychle stalo základním nástrojem všech týmů. Do letošního šampionátu zasáhl dokonce v historii vůbec poprvé tým (Virgin Racing), který svůj monopost vyvíjí díky CFD výlučně na počítačích, bez využití aero-tunelu.
Pro korektní modelování fyzikálních dějů spojených s prouděním tekutin se vychází ze tří základních principů: ze zachování hmotnosti, ze vztahu působení vnějších sil na proudění a ze zachování energie při proudění. Takže na základě fyzikálního a matematického modelu je možné detailně řešit proudění vzduchu kolem různě složitých tvarů formulí.
Obrázky koláže: Mercedes GP
Výchozím bodem CFD simulace je CAD model monopostu (1), který je následně rozložen na spoustu drobných trojúhelníků, které zabírají pouze pár čtverečních milimetrů. Dochází tím k vytvoření síťového (mesh) modelu povrchu auta (2). Jakmile je geometrie vozu rozbita na miliony drobných prvků, podobným procesem projde vzduch obklopující monopost, čímž vznikne objemový "mesh" model.
Výsledný model se pak nahraje do super-počítače (3), kde jej sofistikovaný program (CFD řešitel) převede na systém parciálních diferenciálních rovnic, na tzv. Navierovy-Stokesovy rovnice (4), které poté propočítá proudění vzduchu kolem monopostu s neuvěřitelnou přesností. Pro účely další interpretace pomocí počítačů (5) tím vznikne až miliarda číselných údajů.
Z tohoto CFD řešení dokážou konstruktéři získat obrovské množství informací. Zahrnují základní věci jako jsou aerodynamické síly působící na vůz (vztlak, přítlak, odpor, vyvážení sil), ale také úžasné vizuální ztvárnění, z něhož poznají přesné vlastností vzduchu proudícího kolem různých části monopostu.
Právě schopnost vizualizace průtoku je obzvlášť silným nástrojem, protože konstruktérům pomáhá porozumět aerodynamice auta tak, jak by toho pouze díky aerodynamickému tunelu nebyli schopni. Pečlivě na počítačích studují vrstevnicové mapy povrchového tlaku, sledují proudnice vzduchu a analyzují mapy rychlostí jeho průtoku kolem monopostu, díky čemuž mohou zvyšovat aerodynamickou efektivitu vozu.
Zdroj: BMW Sauber F1
Výhody CFDPočítačová dynamika tekutin má v porovnání s případným experimentálním měřením v aerodynamických tunelech několik výhod:
1) Významně redukuje čas potřebný pro výzkum a vývoj - v minulém článku jsem se například zmiňoval o tom, že Renault k devátému závodu přivezl již osmou odlišnou verzi předního křídla (mj. jeho údajně již 42. iteraci). To by bylo ještě před pár lety absolutně nemyslitelné. Týmy nové díly představily 2 x - 3 x za sezónu - nyní vozí nové díly na každý závod, svůj vůz přizpůsobují "na zakázku" každému okruhu.
2) Nahrazuje finančně nejnáročnější nebo z různých důvodů nerealizovatelná testování skutečného modelu - testy během sezóny jsou zakázány, hodiny v aerodynamických tunelech drasticky omezeny. Týmy díky CFD přesto mohou vyvíjen nové díly (popř. celé vozy).
3) Spotřebuje méně energie, než které je potřeba pro provoz aerodynamický tunelů - byť spotřeba super-počítačů o několika tisících procesorech je vysoká, je přesto mnohem nižší než spotřeba tunelů při provozu a z jejich stoupající efektivitou stále klesá a přispívá k "zelenější" F1.
Další odkazy:2. díl: CFD a jeho praktické využití v F13. díl: CFD - Přesnost, časová náročnost a věci, které nelze modelovat v aero-tunelu
Šéf Mercedesu Toto Wolff projevil výrazné rozhořčení nad výkonem svého týmu na Velké ceně Itálie. Podle něj výsledky nebyly podle očekávání a ukázaly, že tým má před sebou ještě mnoho práce, než bude konkurenceschopný na nejvyšší úrovni.
Max Verstappen se vyjádřil k týmovým příkazům McLarenu během Velké ceny Itálie. Čtyřnásobný mistr světa zdůraznil, že podobné situace nejsou jeho záležitostí a raději se soustředí na závod.
Na startu Velké ceny Itálie se Lando Norris a Max Verstappen utkali tvrdě o vedení. Norris kritizoval Verstappena za agresivní manévr, který ho donutil vyjet do trávy.
Jezdec Racing Bulls Liam Lawson označil incident s Yukim Tsunodou ve 30. kole v zatáčce č. 4 na Monze za ukázku tvrdého, ale férového závodění. Podle něj šlo o běžný kontakt v rámci souboje, bez jakéhokoli úmyslného zavinění.
Šéf Ferrari Fred Vasseur přiznal, že riskantní strategie overcutu pro Hamiltona během Velké ceny Itálie nevyšla kvůli nečekaně nízké degradaci pneumatik.
Nico Rosberg kritizoval týmovou režii McLarenu z konce Velké ceny Itálie, kdy byl Oscar Piastri požádán, aby pustil před sebe Landa Norrise. Podle něj by měl tým situaci vyjasnit, protože může ovlivnit vnitřní dynamiku i další spolupráci jezdců.
McLaren způsobil pozdvižení na GP Itálie, když tým dočasně vyměnil pozice Norrisovi a Piastrimu po pomalé zastávce Brita. Oba nakonec dojeli na pódiu, ale týmové instrukce ovlivnily konečné pořadí.
Charles Leclerc dojel v Monze čtvrtý a přiznal, že Ferrari bude muset letos hledat vítězství v jiných závodech. Jeho hlavní naděje jsou Baku, Singapur a Las Vegas.
Po krátkém souboji s Landem Norrisem o vedení v úvodu Velké ceny Itálie převzal Max Verstappen vedení a bez větších potíží si dojel pro své třetí vítězství letošní sezony.
Kimi Antonelli prolomil svou kletbu z Monzy a po napínavé, ale čisté kvalifikaci se posunul na šestou pozici na startu díky Hamiltonovu trestu. Mladý Ital ukázal, že dokáže udržet nervy na uzdě a zvládnout tlak na legendární italské trati.
Fernando Alonso přiznal, že osmá pozice na startu v Monze je pro Aston Martin poněkud lichotivá a realisticky očekává, že se v neděli během závodu propadne zpět.
Andrea Stella ocenil fair play McLarenu během kvalifikace na GP Itálie, ale připustil, že se situace může změnit při závěru šampionátu v Abú Zabí.