Detektīva darbs vēja tunelī

Par Audi RS e-tron GT aerodinamiku un aeroakustiku atbildīgais attīstības inženieris Kentaro Zenss (Dr. Kentaro Zens) stāsta:  „Uz ceļa automobilis brauc cauri gaisam. Šeit, vēja tunelī, notiek tieši pretējais: Automobilis stāv uz vietas, un mēs ap to pēc iespējas vienmērīgāk pludinām gaisu. Mēs veicam lielus attālumus. Tikai tad, ka gaisa plūsma precīzi mijiedarbojas ar automobili, mēs varam iegūt precīzus mērījumu rezultātus, uz kuriem varam balstīties.”

Zenss sēž savā darbstacijā blakus vadības pultīm, kuras operatori izmanto vēja tuneļa regulēšanai. Visus vajadzīgos datus viņš var nolasīt ekrānos: kāds ir pretestības koeficients, cik augsts ir priekšējās ass pacēlums, cik augsts ir aizmugurējās ass pacēlums, kādā vēja ātrumā un kādā lentes ātrumā?

Viņam blakus stāv Aerodinamikas un aeroakustikas attīstības nodaļas automobiļu projektu vadītājs Tomass Rēdenbahs (Thomas Redenbach): „Kad vēja tuneļu centrs tika nodots ekspluatācijā, tas bija pirmais autobūves vēja tunelis visā pasaulē, kurā bija apvienota reāla ceļa aerodinamikas apstākļu simulācija ar šādu ekstremāli klusu aeroakustisko funkcionalitāti.”

Šodien vēja tunelis darbojas līdz pat sešām dienām nedēļā no plkst. 7.00 līdz 22.30 divās maiņās. Un, kad likumdevēji ieviesa Pasaulē saskaņotās vieglo transportlīdzekļu testēšanas procedūras (WLTP) sertifikāciju, tā jauda tika izmantota pilnībā. Moni Islāms stāsta: „Šī vēja tuneļa sarežģītība lika pilnībā uzņemties saistības un nodrošināt tehnisko kompetenci mūsu radniecīgajai nodaļai, kas katru dienu daudzu gadu garumā ekspluatē tuneli mūsu vajadzībām. Tolaik kolēģi no vēja tuneļa ekspluatācijas nodaļas mums, izstrādātājiem, nodrošināja testēšanas laiku 23 stundas dienā, jo kā pierādījums par WLTP vērtībām mums likumdevējiem ir jāiesniedz sertificēta informācija par vēja tuneli.

Tomēr aerodinamiskajā attīstībā aizvien svarīgāku lomu ieņem arī datora simulācijas. Skaitliskās hidrodinamikas (CFD) simulācija reproducē gaisa plūsmu datorā, lai aktivizētu plūsmas modeļu analīzi un vizualizāciju. Tad kādēļ tiek veikts laikietilpīgais un dārgais darbs vēja tunelī? Tomass Rēdenbahs: „Vēja tunelis ir mūsu ikdienas rīks, un tas mums ļauj arī apstiprināt simulācijas rezultātus. Mēs vēlamies turpināt izstrādāt simulācijas, un, lai nodrošinātu, ka tās ir pamatotas un precīzas, mēs vēlamies salīdzināt aprēķinus ar testa rezultātiem.”

Tomēr datora simulācijas aizvien vairāk uzlabojas un kļūst aizvien svarīgākas. Kentaro Zenss stāsta: Ar Audi RS e-tron GT mēs paveicām ārkārtīgi apjomīgu simulācijas darbu – vairāk nekā deviņus miljonus datorstundu. Es vēja tunelī ar automobili pavadīju 150 stundu, kas nepavisam nav daudz. Salīdzinājumam – strādājot ar Audi R8, man tas prasīja 600 stundu.” Tas norāda ne vien uz Audi RS e-tron GT dizaina kvalitāti, bet arī uz to, ka izstrādes process bija ievērojami īsāks – ceļš, ko Audi plāno iet arī saistībā ar nākamajiem modeļiem.

Moni Islāms piebilst: „Vēja tunelis un CFD ir divi aerodinamikas speciālista papildu rīki. Vēja tunelis ir ļoti precīzs un ātrs, tādējādi tas dinamiskās attīstības procesā
ļauj mums strādāt ārkārtīgi efektīvi. Simulācija mūs nodrošina ar neticami lielu informācijas apjomu, bet nepieciešams ieguldīt darbu, lai sagatavotu modeļus un veiktu rezultātu analīzi. Izmantojot tikai vienu no abiem šiem rīkiem, mūsdienīga aerodinamikas attīstība nebūtu iespējama.”

Elektromobiļiem, piemēram, Audi RS e-tron GT, pilnā paka nodrošina ieguvumus aerodinamikas jomā (noslēgtā apakšdaļa ir tikai viens piemērs, uz ko tas attiecas). Tomēr izaicinājumi, ar kuriem sastopas 31 Moni Islāma nodaļas aerodinamiskās automobiļu attīstības jomas darbinieks, palielinās. Viņš savas komandas mērķi definē šādi: „Katra vienība, par kādu mēs varam paaugstināt pretestības koeficientu, palielina nobraukuma rezervi.”

Aerodinamikas speciālisti identificē šo automobiļa potenciālu, pielietojot simulācijas rezultātus, kas norāda uz jutīguma faktoriem: Ja es formas punktā X mazliet izmainu ģeometriju, cik lielā mērā tas ietekmē gaisa plūsmu? Un tad sākas tas, ko Islāms apraksta šādi: „Aerodinamika ir arī pedantisks detektīva darbs, jo gaiss nav redzams. Jums ir jāmēģina sašaurināt problēmu, izmantojot analītisku pieeju, pamatojoties uz vēja tuneļa balansa sniegtajām vērtībām.”

Lai to izdarītu, inženieri strādā arī ar dažādām papildu detaļām, kas izstrādātas, izmantojot ātrās prototipu izstrādes tehnoloģiju. Sākotnēji tiek izstrādāti CAD dizaini, lai noteiktu komponentu ģeometriju, piemēram, gaisa ieplūdi priekšējā panelī. Pēc tam kolēģi no modeļu pārvaldības nodaļas, izmantojot šo moderno tehnoloģiju, pārveido vēlamos variantus, kas var būt vairāki, testa komponentā. Pēc tam dažādie komponentu varianti tiek secīgi testēti uz automobiļa modeļa. Mērījumi nodrošina pretestības un pacelšanas spēka koeficientus. Pēc tam šie rezultāti tiek selektīvi salīdzināti ar precīzi tādas pašas konfigurācijas CFD simulācijām, lai nodrošinātu aktuālus simulācijas rezultātus.

„20 procentos laika var izstrādāt 80 procentus automobiļa aerodinamikas. Bet mēs ieguldām apjomīgu laiku aerodinamikas pēdējos 20 procentos – veicot milzumu optimizācijas darbību, noskaidrojot frontālās pretestības koeficientus,” aprakstot detektīva darbu vēja tunelī, stāsta Tomass Rēdenbahs. „Tam ir nepieciešama šāda liela apņēmība un uzmanības pievēršana detaļām, lai iegūtu augstākās kvalitātes rezultātus.”

Un kas tad šajā Gran Turismo gaisa plūsmas jomā par Audi RS e-tron GT atbildīgajiem aerodinamikas ekspertiem bija visgrūtākais uzdevums? Kentaro Zenss brīdi padomā. „Priekšējais panelis ar tā četriem savstarpēji savienotajiem cauruļvadu komponentiem. Gaisa plūsma ieplūdes vietās, slēģis iekšā aizveras – un tad sākas problēma. Gaiss visur var izplūst, un tas nav vajadzīgs. Kontrolētas gaisa plūsmas uzturēšana šeit, un precīza tās smalkregulēšana ir kritiski svarīga. Tas ir milzīgs komandas darbs, jo kopā ar mani ir jāstrādā kolēģiem no automobiļu drošības, detaļu tehnoloģijas, ražošanas un montāžas nodaļām.”

Zenss arī konkrēti norāda uz tā saukto gaisa aizkaru dizainu, mijiedarbojoties ar riteņa arku: „Katru nedēļu mēs cieši saskaņojām darbu ar Audi dizaineriem. Tā rezultātā nodrošinājām optimālu aerodinamikas pārnesi no priekšgala uz sāniem ap gaisa aizkaru, kas arī nemanāmi pielāgojas vispārējam dizainam kā saistīta tēma. Visam, kas saistīts ar Audi RS e-tron GT, ir funkcija un mērķis. Kas man patiesi šajā automobilī patīk – tā ir autentiska funkcionalitāte.”