Tekst: Bernd Zerelles - Zdjęcia: Robert Fischer - Film: graupause - Czas czytania: 9 min – 05/06/2023
W aeroakustycznym tunelu aerodynamicznym Audi specjaliści od aerodynamiki dopracowują kształt Audi RS e-tron GT do perfekcji.
W aeroakustycznym tunelu aerodynamicznym Audi specjaliści od aerodynamiki dopracowują kształt Audi RS e-tron GT do perfekcji.
Gdy spojrzymy na gondolę wentylatora w aeroakustycznym tunelu aerodynamicznym Audi, od razu zauważymy szczeliny pomiędzy każdą z końcówek 20 łopatek wirnika tunelu aerodynamicznego, a betonowym obramowaniem. Te kilka centymetrów może zaskoczyć. Czy to brak precyzji? – Przy maksymalnej mocy turbiny wynoszącej 2720 kW, łopatki z powlekanego aluminium wydłużają się pod wpływem siły odśrodkowej w taki sposób, że szczelina prawie się zamyka. W końcu to właśnie tam powstaje moc, która powoduje, że prędkość wiatru na mierzonym pojeździe może wynosić nawet 300 km/h – wyjaśnia dr Moni Islam, Head of Development Aerodynamics & Aeroacoustics w Audi.
Wszyscy muszą opuścić tunel aerodynamiczny – dopiero wtedy 20 łopatek pięciometrowego wentylatora zaczyna powoli się poruszać. Ruch obrotowy powietrza jest po raz pierwszy stabilizowany przez 27 łopatek kierujących, które znajdują się za statorem. Potem następują dwie zmiany kierunku w tunelu aerodynamicznym, które rozprowadzają powietrze równomiernie przez specjalnie zaprojektowane łopatki odchylające. Siatki za łopatkami ponownie rozdrabniają duże wiry powietrza, nieuchronnie pojawiające się w narożnikach odchylenia i na wentylatorze. Następnie powietrze korygowane jest przez warstwę kratek o strukturze plastra miodu, uspokajane w kolejnej dużej komorze, a na koniec przyspieszane 5,5-krotnie przez dyszę. Dopiero wtedy trafi z pożądaną prędkością do Audi RS e-tron GT w plenum – czyli głównej komorze.
Specjalnie zaprojektowane łopatki odchylające rozprowadzają powietrze możliwie jak najbardziej równomiernie podczas zmiany kierunku w tunelu aerodynamicznym.
Thomas Redenbach jest Head of Aerodynamics & Aeroacoustics Development – Vehicle Projects w Audi.
Specjalnie zaprojektowane łopatki odchylające rozprowadzają powietrze możliwie jak najbardziej równomiernie podczas zmiany kierunku w tunelu aerodynamicznym.
Thomas Redenbach jest Head of Aerodynamics & Aeroacoustics Development – Vehicle Projects w Audi.
Siły aerodynamiczne działające na pojazd mierzy się w bardzo precyzyjnej skali. Koła samochodu spoczywają na czterech minibieżniach, zapewniających obracanie się kół z prędkością wiatru. Szeroka bieżnia pod samochodem symuluje ruch drogi w stosunku do pojazdu przy wszystkich prędkościach jazdy. Poza tym precyzyjnie regulowane, perforowane płyty w podłodze przed samochodem zasysają część przepływu – tzw. warstwę graniczną – zanim dotrze do pojazdu. Specjaliści w dziedzinie aerodynamiki nazywają tę konstrukcję „pełną symulacją terenu”. Twierdzą, że gwarantuje realistyczny przepływ powietrza względem pojazdu.
Po przejściu powietrza przez Audi RS e-tron GT, rozprężony strumień z plenum zbierany jest przez znajdujący się za nim kolektor i kierowany z powrotem do rury tunelu aerodynamicznego i do turbiny wirnika. Tak wygląda obieg powietrza w aeroakustycznym tunelu aerodynamicznym Audi. Brzmi to skomplikowanie – i takie właśnie jest w rzeczywistości.
Dr Kentaro Zens, specjalista ds. aerodynamiki odpowiedzialny za Audi RS e-tron GT, zwraca uwagę w szczególności na opływowe podwozie tego sportowego samochodu.
Dr Kentaro Zens i Thomas Redenbach omawiają zmierzone wartości. Za szybą, w tzw. plenum tunelu aerodynamicznego, widać Audi RS e-tron GT.
Dr Kentaro Zens, specjalista ds. aerodynamiki odpowiedzialny za Audi RS e-tron GT, zwraca uwagę w szczególności na opływowe podwozie tego sportowego samochodu.
Dr Kentaro Zens i Thomas Redenbach omawiają zmierzone wartości. Za szybą, w tzw. plenum tunelu aerodynamicznego, widać Audi RS e-tron GT.
– Na drodze samochód porusza się względem powietrza. Tutaj, w tunelu aerodynamicznym jest odwrotnie – pojazd jest nieruchomy, a my rozprowadzamy powietrze wokół niego możliwie jak najbardziej równomiernie – mówi dr Kentaro Zens, inżynier ds. rozwoju odpowiedzialny za aerodynamikę i aeroakustykę Audi RS e-tron GT. – Dokładamy starań, aby uzyskać doskonały przepływ powietrza. Tylko wtedy, gdy przepływ dociera dokładnie do pojazdu, uzyskujemy rzetelne wyniki pomiarów.
Dr Kentaro Zens siedzi przy swoim stanowisku pracy obok panelu kontrolnego, przy pomocy którego operatorzy regulują działanie tunelu aerodynamicznego. Odczytuje wszystkie istotne dane na ekranach – wartość Cx, wysokość uniesienia przedniej i tylnej osi, prędkości wiatru i bieżni.
Obok niego stoi Thomas Redenbach,Head of Aerodynamics & Aeroacoustics Development – Vehicle Projects . – W momencie oddania do użytku ten tunel był pierwszym na świecie tunelem aerodynamicznym dla samochodów osobowych, który łączył symulację naziemną rzeczywistych warunków drogowych dla potrzeb aerodynamiki z tak niezwykle cichą funkcją aeroakustyczną – dodaje Thomas Redenbach.
Obecnie tunel aerodynamiczny działa przez sześć dni w tygodniu, na dwie zmiany – od 7:00 do 22:30. Gdy wprowadzono certyfikację WLTP, pełne obciążenie występowało na porządku dziennym. – Złożoność tego tunelu aerodynamicznego wymagała pełnego zaangażowania i wiedzy technicznej naszego siostrzanego działu, który od wielu lat obsługuje go dla nas dzień po dniu – opowiada Moni Islam. – W tym czasie nasi koledzy z tunelu aero¬dynamicznego zapewniali naszym programistom 23 godziny czasu pomiarowego dziennie. Musimy przedstawić właściwym organom wartości WLTP za pomocą certyfikowanych pomiarów dokonanych w tunelu aerodynamicznym.
Dr. Moni Islam
Dr Moni Islam Head of Development Aerodynamics & Aeroacoustics w Audi. Wyjaśnia, jak działa aktywny system przeciwhałasowy w tunelu aerodynamicznym.
Dr Moni Islam Head of Development Aerodynamics & Aeroacoustics w Audi. Wyjaśnia, jak działa aktywny system przeciwhałasowy w tunelu aerodynamicznym.
Zachowanie strumienia powietrza za zewnętrz¬nym lusterkiem Audi RS e-tron GT najlepiej widać przy wykorzystaniu dymu.
Specjaliści od aerodynamiki mają zagwaranto¬wany stały dostęp do najważniejszych danych dotyczących pojazdów i tuneli aerodynamicznych.
Zachowanie strumienia powietrza za zewnętrz¬nym lusterkiem Audi RS e-tron GT najlepiej widać przy wykorzystaniu dymu.
Specjaliści od aerodynamiki mają zagwaranto¬wany stały dostęp do najważniejszych danych dotyczących pojazdów i tuneli aerodynamicznych.
Niemniej jednak symulacje komputerowe odgrywają coraz większą rolę w rozwoju aerodynamiki. Symulacja CFD (Computational Fluid Dynamics) odtwarza przepływ obliczeniowo – umożliwia analizę i wizualizację wzorów przepływu. Po co więc cała ta czasochłonna i kosztowna praca w tunelu aerodynamicznym?
– Tunel aerodynamiczny jest naszym codziennym narzędziem, służącym również do potwierdzenia wyników symulacji. Dążymy do stałego rozwoju symulacji. Aby były wiarygodne, niezbędne jest sprawdzanie obliczeń – odpowiada Thomas Redenbach.
Jednak symulacje komputerowe wciąż zyskują na jakości i znaczeniu. – W przypadku Audi RS e-tron GT przeprowadziliśmy niezwykle dużą symulację – ponad dziewięć milionów godzin pracy procesora. Spędziłem z tym pojazdem 150 godzin w tunelu aerodynamicznym. To bardzo mało. Dla porównania w przypadku Audi R8 było to 600 godzin – mówi dr Kentaro Zens. To nie tylko świadczy o dobrej formie projektu Audi RS e-tron GT, ale również pokazuje, że proces rozwoju znacznie skrócono – tą drogą podążać chce Audi także w przypadku przyszłych modeli.
– Tunel aerodynamiczny i CFD to dwa uzupełniające się narzędzia – dodaje Moni Islam.
– Tunel jest bardzo dokładny i szybki, co pozwala na niezwykle efektywną pracę w ramach dynamicznego rozwoju. Symulacja dostarcza nam niesamowitego bogactwa informacji, ale także wymaga wysiłku włożonego w przygotowanie i analizę wyników. Przy użyciu tylko jednego z tych dwóch narzędzi nowoczesny rozwój aerodynamiki nie byłby możliwy.
Thomas Redenbach
W pojazdach elektrycznych, takich jak Audi RS e-tron GT, ogólny pakiet aerodynamiczny jest rzeczywiście korzystny (choćby z powodu zamkniętego podwozia). Jednak wyzwania dla 31 pracowników zajmujących się rozwojem aerodynamicznym pojazdów w dziale Moni Islama są coraz większe. – Każda poprawa tysięcznej części wartości Cx podnosi potencjał zasięgu – mówi, definiując tym samym codzienne wyzwania.
Specjaliści od aerodynamiki identyfikują potencjał pojazdu za pomocą wyników symulacji, które wykazują następującą zależność – jeśli geometria w punkcie X zostanie nieznacznie zmieniona, jak bardzo wpłynie to na przepływ? Następnie zaczyna się kolejny etap. – Aerodynamika jest również drobiazgową pracą detektywistyczną, ponieważ nie można zobaczyć powietrza – opisuje Moni Islam. Należy próbować zawęzić problem, stosując podejście analityczne w oparciu o wartości podane przez wagi w tunelu aerodynamicznym.
W tym celu inżynierowie pracują również z różnymi dodatkowymi elementami w procesie szybkiego prototypowania. Najpierw tworzone są projekty CAD, które definiują geometrię elementów, np. wlotu powietrza na przednim zderzaku. Następnie pracownicy z działu zarządzania modelami przekształcają pożądane warianty (może ich być trzy, cztery, pięć) w komponent testowy za pomocą tej zaawansowanej technologii. Następnie różne warianty komponentów są kolejno testowane na modelu pojazdu. Pomiary te dostarczają wartości Cx i udźwigu. Wyniki są również selektywnie porównywane z symulacjami CFD dokładnie w tej samej konfiguracji, aby ostatecznie doprowadzić do uzyskania powtarzalnych wyników symulacji.
Do analiz i przeliczeń podczas pracy w tunelu aerodynamicznym pojazd może zostać podniesiony na wadze.
Niepozorny, ale skuteczny: taki element z tworzywa sztucznego na podwoziu kieruje przepływ w sposób efektywny i ukierunkowany.
Do analiz i przeliczeń podczas pracy w tunelu aerodynamicznym pojazd może zostać podniesiony na wadze.
Niepozorny, ale skuteczny: taki element z tworzywa sztucznego na podwoziu kieruje przepływ w sposób efektywny i ukierunkowany.
– Można opracować 80 procent aerodynamiki pojazdu w 20 procentach czasu. Jednak największą ilość czasu inwestujemy w ostatnie 20 procent ze względu na potrzebę dopracowania tysięcznych części optymalizacji w bardzo wielu małych aspektach – zdradza arkana pracy Thomas Redenbach, opisując detektywistyczną pracę w tunelu aerodynamicznym.
– Tylko dzięki tak wysokiemu zaangażowaniu i dużej dbałości o szczegóły możemy osiągać najlepsze wyniki.
Co stanowiło największe wyzwanie dla osoby odpowiedzialnej za aerodynamikę Audi RS e-tron GT pod względem przepływu powietrza w Gran Turismo? Dr Kentaro Zens zastanawia się przez chwilę. – Był to przód pojazdu z czterema zazębiającymi się elementami – odpowiada.
– Powietrze wpływa do wlotów, żaluzja wewnątrz zamyka się, a wtedy pojawia się problem – niechciany, niekontrolowany przepływ powietrza. Kontrola przepływu powietrza i jego precyzyjna regulacja to kluczowa praca przy dostrajaniu pojazdu. Jest to ogromny wysiłek zespołowy, ponieważ wiąże się ze współpracą osób z działów bezpieczeństwa pojazdów, projektowania, produkcji i montażu.
Dr Kentaro Zens chciałby również zwrócić szczególną uwagę na projekt tak zwanych kurtyn powietrznych w interakcji z nadkolami.
– Ścisła, cotygodniowa współpraca z projektantami Audi sprawiła, że przejście z przedniej części na bok wokół kurtyny powietrznej jest nie tylko optymalne pod względem aerodynamicznym, ale również spójnie wkomponowuje się w ogólną stylistykę – wyjaśnia. – Wszystko w Audi RS e-tron GT ma swoją funkcję i cel. To autentyczna funkcjonalność, która bardzo mi się podoba w tym samochodzie.
W celu uwidocznienia przepływu powietrza można zastosować tzw. lancę dymną. Tutaj pokazano optymalną drogę przepływu przez kurtynę powietrzną do nadkola.
W celu uwidocznienia przepływu powietrza można zastosować tzw. lancę dymną. Tutaj pokazano optymalną drogę przepływu przez kurtynę powietrzną do nadkola.
Dr. Kentaro Zens
Dr Kentaro Zens testował również każdy milimetr położenia tylnego spojlera w tunelu aerodynamicznym, aby ustalić optymalne pozycje. Kolejny przykład bliski jego sercu to krawędź zintegrowana z tylnym światłem. – Istnieje wiele systemów wirowych, zwłaszcza w trójwymiarowej, tylnej części Audi RS e-tron GT – mówi.
– Czyste prowadzenie przepływu wokół silnie zakrzywionych powierzchni stanowi niemałe wyzwanie. Podczas symulacji zauważyliśmy, że przy tylnym świetle można jeszcze coś udoskonalić.
Na szczęście podczas pomiarów w tunelu aerodynamicznym obecny był również César Muntada, Head of Light Design w Audi. Bez zwlekania stworzył na glinianym modelu lekkie zewnętrzne wygięcie z przeciwwpustem w tylnym świetle, które teraz zamontowane jest w dokładnie taki sam sposób w pojeździe seryjnym. Dzięki temu lekkiemu wygięciu projektantom i specjalistom od aerodynamiki udało się wspólnie uzyskać oczekiwany efekt: strumień powietrza urywa się w określony sposób z tyłu, zamiast ciągnąć do środka z turbulencjami (co negatywnie wpłynęłoby na wartość Cx). – Staramy się umożliwić projektowanie w aerodynamice –opisuje tę współpracę dr Kentaro Zens. Współpraca obejmuje również drobiazgową pracę detektywistyczną w tunelu aerodynamicznym.
Tylny spojler Audi RS e-tron GT może przyjąć trzy różne pozycje, co umożliwia efektywną kontrolę przepływu powietrza we wszystkich warunkach jazdy.
Turbina wirnikowa w tunelu aerodynamicznym ma moc do 2720 kW.
Tylny spojler Audi RS e-tron GT może przyjąć trzy różne pozycje, co umożliwia efektywną kontrolę przepływu powietrza we wszystkich warunkach jazdy.
Turbina wirnikowa w tunelu aerodynamicznym ma moc do 2720 kW.
