Jaký je aerodynamický tunel Toyoty, kde své formule vyvíjí Ferrari?

Toyota nedaleko za našimi hranicemi disponuje moderní továrnou, ve které sídlil její závodní tým F1, než se před rokem 2010 rozhodlo japonské vedení stáhnout. Měli pro ní přitom skvěle našlápnuto a možná by dopadli jako Brawn v roce 2009.

Monopost TF110 (více o něm včetně fotografií zde) byl již kompletně hotový, měli připravený balík s výfuky u podlahy, které foukaly horké plyny do difuzoru - což je řešení, za jehož průkopníka byl pak považován Red Bull. První čísla z aerodynamického tunelu byla velmi slibná: o 30 bodů přítlaku více než u předchozího vozu TF109, s kterým ještě minulý rok vyvíjelo pneumatik Pirelli pro letošní sezónu.

Rozsáhlé zkušenosti Toyoty z F1 neměly přijít nazmar. Nyní nabízí konzultační služby, zakázkový vývoj, testování, CFD simulace (cluster s 1200 procesory AMD Opteron 1172 na 2,8 GHz, software ProAm/STAR, EnSight) i výrobu ve svém špičkovém zařízení. Ferrari, které si letos stěžovalo na horší korelaci dat mezi svým tunelem v Maranellu a tratí, je teď v Kolíně jako doma. Svůj tunel přestavují a veškerý vývoj probíhá právě v Německu.

Toyota Motorsport tam má k dispozici dva tunely - jeden byl dostavěn v roce 2001 a druhý v roce 2007. Ty dále vylepšovala a nyní nabízí nejen špičkovou infrastrukturu, ale také velmi zkušený personál.

Letošní Ferrari F2012 v problematickém tunelu v Maranellu, který je v současné době v přestavbě (foto: Scuderia Ferrari)

V kterých oblastech došlo v poslední době v aerodynamických tunelech k pokroku?Za poslední rok došlo k vylepšení systém pro plynulý pohyb (CMS: Continuous Motion System) a vysokorychlostní snímání dat (HSDA: High-Speed Data Acquisition) doplněné permanentní laserovou rovinnou anemometrií (PIV: Particle Image Velocimetry - více jsem o této zajímavé technologii věnoval zde) v obou tunelech.

CMS umožňuje prostřednictvím uživatelsky definovaného programu provádět za běhu změny ve světlé výšce, vybočení, rotaci podél předozadní osy, natáčení kol a individuální změny v předběžném zatížení pro plynulý pohyb po předem definované trajektorii.

Díky HSDA jsou přitom průběžně získávaná data při vysokých frekvencích. Umožňuje to realistickou analýzu, zjistit chování aerodynamiky např. v zatáčkách, při brzdění/akceleraci, při průjezdech nerovností a simulaci podmínek během jízdy, a snížení času stráveného tunelu až o 70 %, protože není třeba zastavovat tunel a přenastavovat testovaný model.

Modernizací ke splnění limitůNyní je díky CMS a HSDA možné testovat 24 hod denně sedm dní v týdnu v obou tunelech a přitom se vlézt do restrikcí stanovených Asociací týmů Formule 1 (FOTA). Jak to? Tradičně se model umístí do požadované pozice, změří a pozice se upraví. Pak se čeká, až se proudění vzduchu po zapnutí ventilátoru (stav wind-on) ustálí a provede se konečné měření.

Procentuální využití času stráveného v aerodynamickém tunelu při testování(zdroj: Toyota Motorsport GmbH)

Pro každém nastavení pozice při mapování v aerodynamickém tunelu se tento proces musí opakovat. Tato technika poskytuje data pouze ve specifických bodech, bez informací mimo rámec tohoto úzkého okna.

U tradičních systémů jedno testování (wind-on) zabere 20 min, 35 min je zapotřebí pro výměnu dílů a 5 min pro údržbu a systémové kontroly. Při nepřetržitém (24/7) provozu v obou tunelech počet hodin, kdy jede ventilátor, dosáhne 114 (34 % z 336 (24*7*2) hod týdně), což je nad rámec toho, co si domluvily týmy v rámci FOTA.

U Toyoty však došlo po modernizaci k tomu, že se toho za kratší dobu (50 hod wind-on) stihne více, byť jsou změny mezi testy obsáhlejší.  Díky CMS je možné ovládat pohyb současně v pěti směrech bez jakékoliv přestávky, přičemž jsou prostřednictví HSDA neustále zaznamenávána výkonová data.

Úspory času je dosaženo díky tomu, že se odstraní mnoho fází strategie řízení, zatímco zároveň získáváme výhodu v podobě zachycení dat mezi různými požadovanými stavy. Testování tedy vyžaduje nejen méně čistého provozního času (wind-on), ale zároveň poskytuje hlubší porozumění chování vozu, což obojí vede k rychlejšímu vývoji.

60% model Toyoty zavěšený během testování na vyspělém trnu (foto: Toyota Motorsport GmbH)

Technické parametry aerodynamického tunelu ToyotyV obou tunelech lze testovat rychlostí až 70 m/s (252 km/hod, sportovní pravidla FIA ji však týmům F1 omezují jen na 50 m/s, tj. na 180 km/hod) s 60% modely, na něž z 50% přechází postupně většina týmu F1. První tunel umožňuje navíc testování s vozem plné velikosti.

Samozřejmostí je 2,4 m široká a 7 m dlouhá pohyblivá podlaha (ocelový pás se siloměry pod ním), která může běžet stejnou maximální rychlostí jako okolní vzduch, tj. 70 m/s (252 km/hod) či snímání tlaku z 512 kanálů (s přesností 7 Pa).

Toyota ve svých tunelech nabízí reprezentativní kinematiku zavěšení: dokáže aktivně zatěžovat zavěšení integrovanými push-rody a automatickým řízením. K dispozici je také automatické nastavování klapky předního křídla.

K moderním vychytávkám patří i simulace foukání z výfuků. Kompresorem se přivádí vzduch do modelu přes nosný trn (spine), na němž je model zavěšený, a zmenšeným potrubím testovaného vozu vyfukuje během měření ven, což je důležité pro zachování stejného poměru hybnosti vzduchu se skutečným autem a dosahování přesnějších výsledků.

Zkušení inženýři pak pro efektivní vývoj samozřejmě dokáží pomoci s analýzou dat a rychlou interpretací výsledků  pomocí některých bezpečných a exkluzivních nástrojů.

V pokročilém aerodynamickém tunelu v Kolíně (foto: Toyota Motorsport AG)

 

Další technické parametryRozměry- tunelu: 63 x 26x 13 m- testovací části: 15 x 4,1 x 3,7 m

Průměr ventilátoru: 6,3 mVýkon ventilátoru: 2,3 MW

Přesnost: +/- 0,04 %Opakovatelnost: +/- 0,02 %

Měření vertikálních sil na kolech- u modelu: 30 - 300 N- u plné velikosti vpředu / vzadu: 50 - 500 kg / 70 - 700 kg

Kromě aerodynamických tunelů či CFD centra se v Kolíně nachází modelárna, dílna s 3D měřicími ZETT MESS systémy, špičkové testovací stolice, vývojové středisko pro šas, motory či elektroniku, a špičkový simulátor (hexapod na 6 hydraulických nohách), jehož pronájem stojí na půl dne jen 2 000 Eur (kolem 50 000 Kč), což je polovina částky, kterou je nutné běžně zaplatit v Británii.

 

Za spolupráci děkuji společnosti Toyota Motorsport GmbH.