CFD - Přesnost, časová náročnost a věci, které nelze modelovat v aero-tunelu

CFD nebo aerodynamický tunel - co se používá nejdříve?Obvykle se nejprve začíná s CFD. Týmy zkoušejí nové myšlenky, koncepty a směry v CFD. Když vypadají dobře, jdou s nimi do aero-tunelu. Tam přicházejí s větším pochopením toho, co tyto komponenty dělají, takže z nich můžou získat co největší užitek.

Jak přesné je CFD?Co se týče přesnosti CFD, má stále samozřejmě svá omezení. Občas se stává, že se něco zdá v CFD velmi slibné, při testech v tunelu už to ale tak dobře potom nevypadá. CFD není tak přesné jako aero-tunel, protože týmy při výpočtech pracuje s určitými předpoklady, jak proudí vzduch kolem vozu, jeho matematickým napodobením, které navíc musí umožnit řešit CFD modely v rozumném čase. U předních křídel je třeba například rychle projít stovky různých iterací, což může být i  při výkonu dnešních super-počítačů velmi náročné.

CFD tedy poskytuje týmům mnohem více informací než aero-tunel. Ve virtuálním světě umožňuje vizualizaci proudění vzduchu kolem monopostu, což v aero-tunelu vidět nelze. Na druhou stranu není tak přesné (fyzikální zákony v reálu), proto se používají oba nástroje,  které se vzájemně velmi dobře doplňují.

Vizualizace výsledků aneb jak umožňuje CFD vidět proudění vzduchu (zdroj: Renault F1)

Jediný Virgin používá kvůli nižšímu rozpočtu pouze CFD, což se odráží na jejich výkonech (pomalejší už je pouze HRT, to ale vůz během sezóny vůbec nevyvíjí). Šéfka aerodynamiky Lotusu Marianne Hinsonová mi v rozhovoru minulý týden potvrdila, že ještě rozhodně nenastal čas pro navrhování vozu pouze pomocí CFD.

Jak dlouho trvá CFD simulace?Ukážeme si to na příkladu předního křídla, které má největší vliv na proudění vzduchu kolem vozu a týmy mu proto věnují velkou pozornost. Aerodynamik v CFD nejprve navrhne nový tvar křídla, což je práce v CADu na půl dne. Na druhém počítači pak vytvoří z tohoto návrhu síťový model (mesh - viz první díl článku o CFD), což zabere druhou polovinu dne. Tento model se pak nahraje do super-počítače (cluster), kde běží simulace celého auta dalších 16 hodin. Týmy se tedy snaží získat výsledek během 24 hodin.

Výhody CFD v praxi - přesun výfuků k podlazeCharakteristickým aerodynamickým rysem letošní sezóny Formule 1 jsou kromě F-kanálu, s nímž přišel na začátku McLaren, výfuky umístěné těsně nad podlahou. Letos se s nimi jako první objevil Red Bull, ostatní týmy jeho řešení kopírovaly. Horké plyny vycházející z výfukového potrubí totiž pomáhají znatelně zvýšit přítlak, který generuje difuzor.

Výfuky Red Bullu RB6 u podlahy, které letos konkurence kopírovala

Protože jsou však spaliny velmi horké (až 1 000 °C), není to možné v aero-tunelu přesně modelovat. CFD je pro tento účel dokonalým nástrojem, protože umožňuje simulovat jakoukoliv teplotu, je proto reálnější. Týmy díky němu v tomto případě mohou předem určit, o kolik se zvýší přítlak, a zjistit, které části monopostu budou vystaveny vysokým teplotám, a tak je vyrobit z  teplotně-odolnějšího karbonu či titanu.

Podobně se CFD využívá i pro vývoj brzdových systémů. Zhruba 80% práce v CFD doplňují testy v aero-tunelu, u dalších 20% si týmy musí vystačit pouze s CFD.

 

Předchozí články:1. díl: Co je to CFD?2. díl: CFD a jeho praktické využití v F1