Prva stvar, ki jo opazimo pri ventilatorju v Audijevem aeroakustičnem vetrovniku, je nekaj centimetrska vrzel med konicami dvajsetih lopatic na rotorju vetrovnika in betonskim ohišjem. Mar gre za potratno nenatančnost? Dr. Moni Islam, vodja razvoja na področju aerodinamike in aeroakustike pri znamki Audi, nas pomiri. “Ko ventilator deluje pri svoji maksimalni moči 2720 kW, centrifugalna sila raztegne aluminijaste lopatice in ta vrzel skoraj popolnoma izgine. Navsezadnje tu v testnem območju ustvarjamo sile, ki privedejo do hitrosti vetra skoraj 300 km/h.”

Potem moramo vetrovnik vsi zapustiti. Dvajset lopatic ventilatorja, ki je širok pet metrov, se počasi začne vrteti. Vrtinčenje zraka najprej stabilizira 27 statorskih lopatic. Zrak do testnega prostora potuje okoli dveh vogalov, kjer ga enakomerno razporedijo posebej zasnovana vrtljiva krilca. Posebne rešetke zmanjšujejo močno turbulenco, ki je v bližini vogalov in ventilatorja neizogibna. Zračni tok se pri prehodu skozi plast, podobno satovju, uravna, in priteče v usedalnik. Nato s 5,5-kratnim pospeškom steče skozi šobo in v plenumu, glavni sobi, s točno želeno hitrostjo doseže Audi RS e-tron GT.

Vozilo stoji na precizni tehtnici, ki meri aerodinamične sile na vozilu. Kolesa vozila so postavljena na štiri majhne jermene, ki zagotavljajo, da se vrtijo s hitrostjo vetra. Širok jermen pod avtom simulira gibanje cestišča glede na vozilo pri vseh hitrostih. Fino nastavljive perforirane plošče na tleh pred vozilom ujamejo del zračnega toka – tako imenovano mejno plast – preden doseže avtomobil. Takšna postavitev, strokovnjaki za aerodinamiko ji rečejo “polna simulacija tal”, zagotavlja realističen zračni tok okoli vozila.

Ko gre zrak mimo modela Audi RS e-tron GT, se razširjeni curek zraka iz plenuma ujame v zbiralnik, ki ga usmeri nazaj v krogotok vetrovnika in do ventilatorja. Tako je zračni cikel v Audijevem aeroakustičnem vetrovniku zaključen. Če se vam zdi zapleteno, imate prav. Res je zapleteno.

Računalniške simulacije ne morejo nadomestiti vetrovnika

Računalniške simulacije igrajo vedno bolj pomembno vlogo pri razvoju aerodinamike. Simulacija CFD (Computational Fluid Dynamics) reproducira zračni tok na računalniku ter omogoča računalniško analizo in vizualizacijo vzorcev toka. Zakaj torej potrebujemo zamudno in drago delo v vetrovniku? “Vetrovnik je naše vsakodnevno orodje, ki nam omogoča tudi overitev rezultatov simulacij,” pove Thomas Redenbach. “Simulacije bomo izvajali še naprej, da pa bi zagotovili, da so pravilne in točne, moramo njihove izračune primerjati s tistimi iz testov v vetrovniku.”

Računalniške simulacije postajajo vse boljše in pomembnejše. Kentaro Zens pove: “Za model Audi RS e-tron GT smo izjemno veliko količino časa posvetili simulacijam – čez devet milijonov procesorskih ur. Z vozilom sem v vetrovniku preživel 150 ur, kar sploh ni veliko. Za primerjavo, za model Audi R8 je bilo teh ur 600.” To dejstvo pa ne pomeni zgolj kakovosti oblikovanja modela Audi RS e-tron GT, ampak tudi to, da se je razvojni proces precej skrajšal – to pa si želi podjetje Audi doseči tudi pri prihodnjih modelih.

Moni Islam doda: “Strokovnjaki za aerodinamiko vidimo vetrovnik in simulacije CFD kot dve komplementarni orodji. Vetrovnik je zelo natančen in hiter, zato lahko zelo učinkovito delujemo znotraj dinamičnega razvojnega procesa. Simulacije nam ponujajo neverjetno količino podatkov, toda zahtevajo trud pri pripravi modela in analizi rezultatov. Najnaprednejši aerodinamični razvoj zgolj z enim od teh orodij ne bi bil mogoč.”

Izkoriščanje potenciala v zvezi z dosegom vožnje

Za električna vozila, kot je Audi RS e-tron GT, končni izdelek ponuja prednosti v aerodinamiki (zaprto podvozje je samo en primer, kjer pride to v poštev). Toda izzivi pred 31-člansko ekipo razvoja aerodinamike vozil v oddelku Monija Islama so vedno večji. “Vsaka malenkostna izboljšava koeficienta upora poveča doseg vožnje,” pravi Dr. Islam.

Aerodinamiki identificirajo potencial v vozilu s pomočjo rezultatov simulacije, ki pokažejo občutljivosti: če rahlo spremenimo geometrijo neke točke na obliki vozila, koliko to vpliva na pretok zraka? “Aerodinamika je tudi natančno detektivsko delo, saj zraka ne moremo videti,” opisuje Islam. “Težavo moramo rešiti z analitičnim pristopom, glede na vrednosti, ki jih prejmemo od tehtnice v vetrovniku.”

Da bi to dosegli, inženirji uporabljajo tudi različne dodatne dele, ki so izdelani s tehnologijo hitrih prototipov. Sprva se ustvarijo CAD modeli, ki določajo geometrijo komponent – na primer, dovod zraka na sprednjem ščitniku. Sodelavci iz upravljanja z modeli nato želene različice, ki jih je lahko več, z napredno tehnologijo pretvorijo v testno komponento. Različice komponent nato zaporedoma preizkusijo na modelu vozila. Meritve podajo koeficienta upora in vzgona. Rezultati se nato selektivno primerjajo s CFD-simulacijami identičnih konfiguracij, z namenom zagotavljanja pravilnih rezultatov simulacij.

Zens je v vetrovniku milimeter za milimetrom preizkušal tudi položaj zadnjega spojlerja, da bi mu določil optimalno lego. Pri srcu mu je še en primer: oster rob, ki je integriran v zadnjo luč. “Na zadku modela Audi RS e-tron GT nastajajo kompleksni zračni vrtinci, še posebej zaradi njegove izrazito tridimenzionalne oblike. Neovirano vodenje zračnega toka okrog površine predstavlja izziv. Na simulacijah smo videli, da je pri zadnjih lučeh še veliko prostora za izboljšave.”

Na srečo je bil pri meritvah v vetrovniku prisoten tudi César Muntada, vodja oblikovanja svetlobe pri znamki Audi. Na glinenem modelu je hitro oblikoval rahlo izbočeno krivuljo v zarezo na zadnji luči, ki je zdaj v povsem enaki obliki prenesena v serijska vozila. S to modifikacijo so oblikovalci in aerodinamiki dosegli, da se zračni tok na zadnjem delu loči na nadzorovan način, namesto da bi se obrnil navznoter in ustvarjal nove vrtince, ki bi občutno vplivali na koeficient upora. “Cilj aerodinamikov je nuditi podporo oblikovanju,” sodelovanje med oddelkoma opiše Kentaro Zens. To pa vključuje tudi natančno detektivsko delo v vetrovniku.