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
George Russell ovládl druhý trénink v Monze před Charlesem Leclercem a Kimim Antonellim. Ferrari a Mercedes sváděly vyrovnaný souboj o čelo. Lando Norris skončil čtvrtý, zatímco Max Verstappen při svém prvním výjezdu víkendu obsadil až deváté místo.
Pierre Gasly přišel o pódium z Velké ceny Monaka. Odvolací soud FIA obnovil jeho penalizace za překročení rychlosti v boxové uličce. Na třetí místo se tak vrací Isack Hadjar, zatímco Gasly klesá na sedmou příčku.
Ferrari vstoupilo do domácí Velké ceny Itálie skvěle. Charles Leclerc ovládl první trénink před Lewisem Hamiltonem a Georgem Russellem. Scuderia zároveň představila technické novinky a speciální zbarvení na počest Michaela Schumachera.
Velké ceny F1 budou od roku 2027 kratší. Všech 11 týmů se dohodlo na snížení standardní délky z 305 na zhruba 290 kilometrů. Důvodem jsou změny pohonných jednotek, které zvýší průtok i spotřebu paliva.
Ben Sulayem reagoval na kritiku komisařů po GP Nizozemska, kde byli Colapinto s Lindbladem potrestáni za předjetí pod žlutými vlajkami. Šéf FIA slíbil, že situaci prověří, zároveň ale ostře odsoudil online útoky na komisaře.
Mika Häkkinen varoval před týmovými rozkazy, které se po GP Nizozemska dostaly do popředí. Podle dvojnásobného mistra světa mohou být podobná rozhodnutí pro týmy citlivá, zejména kvůli reakcím fanoušků. Jako příklad uvedl Mercedes a Ferrari.
Lando Norris rozšiřuje své působení v motorsportu. Úřadující mistr světa založil tým LN4 Fusion a program pro podporu mladých talentů. Oba projekty se zapojí do juniorských formulových sérií od sezony 2027.
Isack Hadjar vynechá také Velkou cenu Itálie. Zranění zápěstí, kvůli kterému už nestartoval v Nizozemsku, se stále nezahojilo. Red Bull proto ponechá stejné jezdecké dvojice, které se osvědčily při předchozím závodě.
Liam Lawson dostal v Nizozemsku další šanci v Red Bullu a podle Guenthera Steinera ji zvládl mnohem lépe než loni. Bývalý šéf Haasu věří, že náročná zkušenost Novozélanďana psychicky posílila a dodala mu sebevědomí.
Šéf Ferrari Fred Vasseur přiznal, že Scuderia nemohla vyhovět všem požadavkům Lewise Hamiltona. Zároveň však oceňuje jeho snahu měnit zaběhnuté postupy. Podle Vasseura mohou zkušenosti a nový pohled sedminásobného mistra světa Ferrari pomoci k dalšímu zlepšení.
Kimi Antonelli přijede na domácí GP Itálie s penalizací, která ho po kvalifikaci odsunuje na konec roštu. Mercedes považuje Monzu za nejlepší místo pro nasazení nové pohonné jednotky.
Ferrari připravilo pro Velkou cenu Itálie speciální zbarvení na počest Michaela Schumachera. Vozy Leclerca a Hamiltona dostanou retro prvky připomínající jeho éru ve Ferrari. Oslavy doplní také jízda Barrichella a Vettela s legendárním Ferrari F2002.