Pat Symonds poodhaluje tajemství počítačové dynamiky tekutin (CFD). O co se jedná, jak týmy počítačové simulace využívají a jaké mají omezení?
CFD - co to znamená a co vlastně dělá?Je to zkratka pro počítačovou dynamiku tekutin (Computational Fluid Dynamics). Všechny systémy se v přírodě řídí určitými zákony fyziky: pokud mohou být matematicky vyjádřeny či modelovány, pak mohou být řešeny řídící rovnice a dokážeme předpovídat chování. Ve Formuli 1 CFD řeší rovnice pro to, aby určil průtokový režim vzduchu proudícího kolem vozu.
Takže se opravdu jedná pouze o matematiku?Ano. Abyste mohli být přesní, musíte precizně určit průtok. To se děje pomocí vytvoření virtuální sítě kolem vozu a řešení rovnic pro každý bod v síti. Pro studium vozu plné velikosti se kolem virtuálního modelu v síti nachází přibližně 300 milionů bodů a každý musí být počítán opakovaně, dokud se nepřiblíží řešení.
Jinými slovy, kalkulace probíhají znovu a znovu, přičemž výsledky každého výpočtu vymezují počátek pro příští výpočet, dokud se výsledek nezmění. Když k tomu dojde, říká se, že řešení konvergovalo. To si může vyžádat 1000 - 1200 opakování (iterací).
Je k tomu zapotřebí superpočítače?Určitě. Výkon superpočítačů se měří v teraflopech - to znamená, jak rychle může počítač provádět matematické operace. Počítač o výkonu jednoho teraflopu zvládne 1 000 000 000 000 (bilion) výpočtů za sekundu.
Vizualizace výpočtů CFD (zdroj: BMW Sauber F1)
Týmy F1 mají stroje, které začínají na 20 teraflopech. Marussia má jeden z nejlepších, jenž se řadí mezi 300 nejvýkonnějších počítačů na světě.
Jak dlouho se již CFD používá?Týmy začaly využívat CFD v devadesátých letech, ale tehdy byla zcela odlišná doba. Kód, který využívaly, byl mnohem jednodušší, protože počítače neměly ten výkon. Používaly se pro optimalizaci zadních křídel a další relativně jednoduché úlohy.
Jak je CFD využíváno v F1 nyní?Většinou se využívá pro vylepšování aerodynamiky, ale může být aplikováno na jakoukoliv formu proudění tekutiny. Týmy techniky CFD využívají pro studium proudění vody skrz chladiče a průtoku oleje převodovkou, aby zajistily, že všechny oblasti budou správně mazány.
Hlavním účelem CFD je v F1 vylepšení proudění kolem různých částí vozu (zdroj: Renault F1)
CFD využívají i pro zkoumání efektu pohybu paliva v nádrži. Výrobci motorů také využívají CFD pro studium způsobu, jakým motor saje a jak je směs paliva rozmísťována ve válci, aby mohli optimalizovat efektivitu spalování.
V jaké fázi se CFD používá?Týmy pracují různě. Většina používá aerodynamické tunely pro konečné posouzení aerodynamického vývoj, ale CFD jim pomáhá k většímu pochopení. Při testování v tunelu vám může nějaký díl poskytnout vyšší přítlak, ale není zřejmé proč. CFD vizuálně znázorňuje, co se děje. Nejlepším přístupem je kombinace CFD a experimentů.
Jaké jsou výhody a omezení při využívání CFD?CFD je levnější než testování v aerodynamickém tunelu. Omezením jsou přesnost (byť se zlepšuje) a čas, který je potřebný pro výpočty. Řešení jedné konfigurace zabere na velmi silném počítači kolem 18 hodin. Pro zmapování každého nastavení světlé výšky je třeba dalších 18 hodin, zatímco v aerodynamickém tunelu všechny světlé výšky a vztahy plně naskenujete během 15 min.
Přestože týmy využívají pro CFD simulace superpočítače, které zvládají několik bilionů výpočtů za sekundu, řešení jedné konfigurace jim zabere kolem 18 hodin (foto: Mercedes GP)
Více o CFD se můžete dozvědět v našem předchozím technickém seriálu:1. díl: Co je to CFD?2. díl: CFD a jeho praktické využití v F13. díl: CFD - Přesnost, časová náročnost a věci, které nelze modelovat v aero-tunelu
George Russell po odstoupení v úvodu GP Belgie slíbil, že se nevzdá a bude dál bojovat. Jezdec Mercedesu skončil po kolizi s Lewisem Hamiltonem, které předcházely problémy s baterií. Přiznal zklamání, ale nehodu označil za běžný závodní incident.
Lando Norris sice ve Velké ceně Belgie nezískal výrazný bodový zisk, přesto označil výkon McLarenu ve Spa-Francorchamps za jeden z nejlepších v sezoně. Britský jezdec věří, že tým konečně odhalil potenciál vozu, zároveň ale přiznal, že stále nerozumí výraznému rozdílu mezi silným výkonem v Belgii a problémy na Silverstonu.
Lewis Hamilton nesouhlasil s pětisekundovou penalizací za kolizi s Georgem Russellem v úvodu GP Belgie. Pilot Ferrari tvrdí, že šlo o běžný závodní incident. Navzdory poškozenému vozu a ztrátě přítlaku dojel čtvrtý. Russell se Hamiltona zastal a označil kolizi za závodní situaci.
Kimi Antonelli ovládl Velkou cenu Belgie a zvýšil svůj náskok v čele šampionátu. Závod ovlivnila kolize George Russella s Lewisem Hamiltonem hned po startu, po níž Russell odstoupil. Hamilton dostal pětisekundovou penalizaci a čelí i vyšetřování za nebezpečné vypuštění z boxů. Leclerc byl druhý, Verstappen třetí.
Kimi Antonelli získal pole position na Velkou cenu Belgie. Jezdec Mercedesu porazil Maxe Verstappena o tři desetiny sekundy, zatímco Lando Norris odstartuje třetí. Verstappen využil slipstream od Isacka Hadjara, ale na tempo Antonelliho nestačil. Kvalifikaci ovlivnila červená vlajka po chybě Oscara Piastriho i problémy Alonsa a Hülkenberga.
Kimi Antonelli ovládl závěrečný trénink před kvalifikací na Velkou cenu Belgie časem 1:45,990. Druhý skončil Lando Norris před Maxem Verstappenem. Trénink poznamenala havárie Lewise Hamiltona, který v závěru poškzeným Ferrari narazil do bariéry a přidělal týmu práci před kvalifikací.
Kimi Antonelli ovládl druhý trénink na Velkou cenu Belgie před Landem Norrisem a Maxem Verstappenem. Trénink dvakrát přerušily červené vlajky po incidentech Verstappena a Pierra Gaslyho. McLaren řešil technické problémy Piastriho, Ferrari i McLaren poté výrazně zrychlily na měkkých pneumatikách.
Max Verstappen ovládl první trénink Velké ceny Belgie ve Spa a potvrdil silný start Red Bullu. Nizozemec porazil Lewise Hamiltona z Ferrari o více než desetinu sekundy, zatímco Red Bull dominoval většinu tréninku. McLaren řešil problém Oscara Piastriho a Aston Martin výrazně zaostal.
Kimi Antonelli čelí riziku penalizace po nasazení čtvrté pohonné jednotky sezony. Mercedes motor preventivně vyměnil kvůli podezřelým datům z Velké ceny Británie. Ital se tak vyhnul okamžitému trestu, ale další výměna by už znamenala ztrátu pozic na startu.
Esteban Ocon začne Velkou cenu Belgie před komisaři FIA. Jezdec Haasu byl předvolán kvůli pozdnímu příchodu na čtvrteční tiskovou konferenci. Tým zároveň přiváží do Spa nové díly, které mají pomoci zlepšit slabší formu a zvýšit konkurenceschopnost vozu.
Aston Martin pokračuje ve vylepšování AMR26. Po nasazení verze B-spec v Maďarsku představí při Velké ceně Nizozemska také modernizovaný motor Honda. Japonský výrobce uvádí, že dosavadní testy splnily očekávání a cílem je vyšší výkon spalovacího motoru i lepší spolehlivost.
Max Verstappen přijíždí do Spa v neobvyklé situaci. Místo boje o vítězství řeší problémy s nestabilním Red Bullem RB22. Spekulace o jeho odchodu zesílily po schůzce s Helmutem Markem. Manažer Vermeulen ale tvrdí, že Verstappen existence výstupní klauzule neznamená, že ji Verstappen skutečně využije.