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
Lewis Hamilton během prvního předsezónního testu v Bahrajnu odjel 190 kol za Ferrari. Tým sbíral data pro doladění vozu a přípravu na start sezóny.
George Russell pochválil nový motor Red Bull/Ford a přiznal, že tým „totálně zabodoval“. Podle něj si ostatní týmy budou muset pečlivě prohlédnout, jak Red Bull dosahuje takové efektivity a výkonu.
Lando Norris přiznal, že McLaren stále hledá způsoby, jak zlepšit výkon svého vozu s pohonnou jednotkou Mercedes. Jeho slova reagují na spekulace, že nový motor Red Bullu může být zatím o krok napřed.
Mercedes možná bije na poplach, ale třetí den v Bahrajnu dominoval Kimi Antonelli. Jeho rychlost na trati ukázala, že překvapení nejsou v závodním poli nikdy vyloučena.
George Russell upozorňuje, že je potřeba dát novým pravidlům čas a sledovat, jak se situace vyvine. Jeho slova reagují na aktuální diskusi mezi jezdci o nadcházející sezóně.
Carlos Sainz označil Red Bull Powertrains za motor, který by mohl dominovat začátku sezony. Podle něj kombinace výkonu a spolehlivosti z Milton Keynes nastavuje laťku, s níž se ostatní týmy budou muset měřit.
Druhý den testů F1 v Bahrajnu přinesl nejen práci na nových vozech, ale také výraznou slovní přestřelku mezi Maxem Verstappenem a Landem Norrisem, která rychle přitáhla pozornost paddocku.
Charles Leclerc zajel nejrychlejší kolo druhého dne testů v Bahrajnu, které nikdo z ostatních jezdců nedokázal překonat. Ferrari tak vyslalo první výrazný signál o své formě před začátkem nové sezóny.
Carlos Sainz přiznal, že Williams prošel obtížemi při přípravě na sezónu, ale jeho důvěra v tým zůstává. Doufá, že nadcházející testy přinesou potřebný posun a tým se dostane do optimální formy.
Toto Wolff upozornil na motor Red Bullu a označil ho za možný „benchmark“ mezi pěti výrobci. Podrobnosti zatím neprozradil, ale naznačil, že konkurence bude muset pozorně sledovat jeho výkon na trati.
Mercedes při druhém dni testů v Bahrajnu řeší problémy s pohonnou jednotkou, které narušily program Kimiho Antonelliho na trati. Red Bull mezitím ztratil přibližně dvě hodiny dopoledního času kvůli technickým potížím.
Jenson Button je přesvědčen, že po těžkém prvním roce u Ferrari se Lewis Hamilton letos opět dostane do vrcholné formy.