Kompiuterinio modeliavimo vaidmenį kuriant ir tobulinant šiuolaikinius Formulės 1 bolidus sunku pervertinti. Apie tai, kas slepiasi už žodžių „skaičiuojamoji hidrodinamika“, papasakos Renault F1 inžinieriai.

Kas yra skaičiuojamosios hidrodinamikos (CFD) mokslinis pagrindas?

CFD naudojama, norint sukurti skysčio tekėjimo kompiuterinį modelį. Oro srautas, supantis Formulės 1 bolidą, labai sudėtingas, todėl naudojamės skaičiuojamąja hidrodinamika, kad suprastume, kas su juo vyksta. Aerodinaminis tunelis leidžia įvertinti jėgų ir apkrovų išsidėstymą, bet nesuteikia galimybės pakankamai išsamiai išanalizuoti oro srauto tekėjimą.

Todėl mes aerodinaminiame tunelyje gautus duomenis papildome CFD gautais duomenimis. Tai leidžia apčiuopiamai daugiau sužinoti apie oro srautą. Kai ant bolidu uždedame naują elementą (arba tunelyje, arba CFD programoje), tai galime iš karto matyti, kaip oro srauto struktūra veikia su kitomis detalėmis. Tai leidžia bolido patobulinimus padaryti efektyvesnius – mes iš karto matome, ar komponentas yra naudingas. Jeigu ne, galima kažką truputį pakeisti ir pasistengti pasiekti tai, ko siekiame.

Kas pirmiau – aerodinaminis tunelis ar skaičiuojamoji hidrodinamika?

Paprastai CFD. Kompiuteriuose išbandome naujas idėjas, koncepcijas ir kryptis, jeigu rezultatas būna geras, pradedame tyrimus tunelyje. Beje, bandymus jame pradedame gerai žinodami, kaip elgiasi šis elementas, kaip panaudoti jį, gaunant maksimalią naudą.

Jeigu kalbėtume tiksliau, skaičiuojamoji hidrodinamika turi savo ribas – kartais programos suteikia daug žadančius rezultatus, bet tunelyje paaiškėja, kad viskas ne taip šaunu. CFD – ne toks preciziškas instrumentas, kaip aerodinaminis tunelis, todėl mums tenka daryti prielaidas tose lygtyse, kuriose mes aprašome oro srauto tėkmę aplink bolidą – kitaip skaičiavimas užimtų labai daug laiko.

CFD suteikia žymiai daugiau informacijos, nei tunelis, bet ji ne tokia tiksli, būtent dėl to šie du metodai puikiai tarpusavyje dera.

Ar daug laiko užima CFD simuliacija?

Jeigu mes skaičiuojame naują priekinį sparną, tai iš pradžių inžinieriui reikia jo kompiuterinio modelio, sukurto pagal CAD dizaino programą – tam prireikia maždaug pusdienio. Paskui, jau kitame kompiuteryje, naujovė prijungiama prie esamo bolido modelio – šis procesas užims antrą dienos pusę.

Ir jau vientisas modelis pereina prie simuliacijos. Jai prireikia iš viso 16-kos valandų. Todėl norint gauti galutinį rezultatą, reikia lygiai vienos paros darbo ciklo.

Ar turi dar skaičiuojamoji hidrodinamika dar kokį nors pranašumą?

Šiandien daugelis komandų naudoja prapučiamą difuzorių – gauna papildomą prispaudžiamąją jėgą, nukreipiant išmetamųjų dujų srautą į difuzorių. Bet šios dujos labai karštos, todėl sumodeliuoti situaciją aerodinaminiame tunelyje nepavyks. O štai CFD šiuo atveju yra puikus instrumentas, leidžiantis nustatyti bet kokią temperatūrą, kas leidžia sudaryti realesnę situaciją.

Mes galime numatyti papildomą prispaudžiamąją jėgą ir nustatyti, titano ar anglies pluošto bolido dalys bus apkrautos didžiausiomis šiluminėmis apkrovomis. Panašiai mes naudojame CFD ir tobulinant stabdžius. 80 proc. darbo, kurį atliekame panaudojant skaičiuojamąją hidrodinamiką, papildome aerodinaminiame tunelyje, o dar 20 proc. CFD rezultatų to nereikia.