Detektivsko delo v vetrovniku

Audijevi strokovnjaki za aerodinamiko so s pomočjo aeroakustičnega vetrovnika poskrbeli za popolno obliko modela Audi RS e-tron GT.

30.09.2021 Avtor: Bernd Zerelles  Fotografije: Robert Fischer

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.

Video title

“quote”

Vrtljiva krilca enakomerno razporedijo zrak okoli vogalov v vetrovniku

Posebej zasnovana vrtljiva krilca enakomerno razporedijo zrak okoli vogalov v vetrovniku.

Thomas Redenbach je vodja razvoja na področju aerodinamike/aeroakustike – Vehicle Projects pri znamki Audi

Thomas Redenbach je vodja razvoja na področju aerodinamike/aeroakustike – Vehicle Projects pri znamki Audi.

“quote”

 

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.

small text

heading

text

button

small text

heading

text

button
Dr. Kentaro Zens, strokovnjak za aerodinamiko, ki je odgovoren za model Audi RS e-tron GT, ob aerodinamično optimiziranem podvozju športnega avtomobila.
Dr. Kentaro Zens, strokovnjak za aerodinamiko, ki je odgovoren za model Audi RS e-tron GT, ob aerodinamično optimiziranem podvozju športnega avtomobila.
Dr. Kentaro Zens in Thomas Redenbach med pogovorom o rezultatih meritev. Za oknom stoji model Audi RS e-tron GT, v tako imenovanem plenumu vetrovnika.
Dr. Kentaro Zens in Thomas Redenbach med pogovorom o rezultatih meritev. Za oknom stoji model Audi RS e-tron GT, v tako imenovanem plenumu vetrovnika.

Veliki napori za zagotavljanje popolnega pretoka zraka

“Vsaka malenkostna izboljšava koeficienta upora poveča doseg vožnje.”

Dr. Moni Islam

Dr. Kentaro Zens, razvojni inženir, ki je odgovoren za aerodinamiko in aeroakustiko pri modelu Audi RS e-tron GT, pove: “Na cesti se vozilo premika skozi zrak. Tu v vetrovniku pa je ravno obratno: vozilo miruje in zrak čim bolj enakomerno usmerjamo vanj. Zelo se potrudimo, da zagotovimo popoln pretok zraka. Šele ko zračni tok pravilno vpliva na vozilo, dobimo točne rezultate meritev, na katere se lahko zanesemo.

Zens sedi za svojo delovno postajo ob nadzorni plošči, s katero operaterji upravljajo vetrovnik. Na zaslonih lahko prebere vse pomembne podatke: kolikšen je koeficient upora, kolikšen je vzgon ob sprednji osi, kolikšen ob zadnji osi, pri kolikšni hitrosti vetra in kolikšni hitrosti jermenov.

Ob njem je Thomas Redenbach, vodja aerodinamike/aeroakustike – Vehicle Projects: “Ko je vetrovnik pričel z delovanjem, je bil to prvi avtomobilistični vetrovnik na svetu, ki je s tako tiho aeroakustiko simuliral dejanske razmere na cesti.”

Danes je vetrovnik v pogonu tudi po šest dni na teden, od sedmih zjutraj do pol enajstih zvečer v dveh izmenah. Ko so zakonodajalci sprejeli standard WLTP, (Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure oziroma Svetovno usklajeni preizkusni postopek za lahka vozila) so bile zmogljivosti vetrovnika izkoriščene v celoti. “Kompleksnost tega vetrovnika je zahtevala popolno predanost in tehnično strokovnost našega sestrskega oddelka, ki ga za nas že vrsto let upravlja vsak dan,” pove Moni Islam. “Takrat so razvijalcem kolegi iz vetrovnika namenili 23 testnih ur dnevno, saj smo morali overjene podatke iz vetrovnika pošiljati zakonodajalcem, kot dokaz za dosežene vrednosti WLTP.”

 

 

Video title
Dr. Moni Islam, vodja razvoja na področju aerodinamike/aeroakustike pri znamki Audi, znotraj sistema za preprečevanje hrupa v vetrovniku

Dr. Moni Islam, vodja razvoja na področju aerodinamike/aeroakustike pri znamki Audi, znotraj sistema za preprečevanje hrupa v vetrovniku.

 

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.”

"
Ogromno količino časa vložimo v zadnjih 20 odstotkov optimizacije aerodinamike.
"

Thomas Redenbach

Vozilo je mogoče dvigniti na tehtnico z namenom analize in modifikacij med delom v vetrovniku.

Vozilo je mogoče dvigniti na tehtnico z namenom analize in modifikacij med delom v vetrovniku.

 

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.

 

 

Neznatno, toda učinkovito: plastični trak na podvozju zelo učinkovito usmerja zračni tok

Neznatno, toda učinkovito: plastični trak na podvozju zelo učinkovito usmerja zračni tok.

Detektivsko delo na sledi vsake točke upora

“Cilj aerodinamikov je nuditi podporo oblikovanju.”

Dr. Kentaro Zens

“80 odstotkov aerodinamike vozila lahko razvijemo v 20 odstotkih časa. Toda v zadnjih 20 odstotkov aerodinamike vložimo ogromno količino časa – točke upora zmanjšujemo v zaporedju drobnih optimizacijskih korakov,” Thomas Redenbach opiše detektivsko delo v vetrovniku. “Le s tako visoko stopnjo predanosti in pozornosti za detajle lahko dosežemo vrhunske rezultate.”


Kateri je bil torej za strokovnjake aerodinamike, odgovorne za model Audi RS e-tron GT, najbolj zahteven detajl? Kentaro Zens za trenutek pomisli. “Sprednji ščitnik s svojimi štirimi medsebojno povezanimi usmerjevalnimi komponentami. Zrak teče v dotoke, zaklopka znotraj se zapre – in takrat nastane težava. Zrak lahko steče povsod po prostoru in tega nočemo. Pri tem postopku je ključno, da ohranimo nadzor nad zračnim tokom in da ga lahko precizno usmerjamo. Gre za velik ekipni podvig, saj morajo z mano sodelovati kolegi iz oddelka za varnost vozil, izdelave delov, proizvodnje in montaže.”


Zens izpostavi tudi oblikovanje tako imenovanih zračnih zaves v povezavi s kolesnim lokom: “Z Audijevimi oblikovalci smo tesno sodelovali na tedenski ravni. Rezultat je optimalen aerodinamični prehod od sprednjega do stranskega dela okrog zračne zavese, ki je bil kot koherentna enota tudi povsem tekoče združen s celotnim oblikovanjem. Vse pri modelu Audi RS e-tron GT ima svojo funkcijo in namen. Gre za pristno funkcionalnost, kar mi je pri vozilu zelo všeč.”

Video title

Zračni tok postane viden z uporabo dimne cevi. Na fotografiji je prikazana optimalna pot pretoka skozi zračno zaveso do kolesnega loka

Zračni tok postane viden z uporabo dimne cevi. Na fotografiji je prikazana optimalna pot pretoka skozi zračno zaveso do kolesnega loka.

 

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.

Dim prikaže, kako se obnaša zračni tok, ko teče mimo zunanjega ogledala modela Audi RS e-tron GT.
Dim prikaže, kako se obnaša zračni tok, ko teče mimo zunanjega ogledala modela Audi RS e-tron GT.
Strokovnjaki za aerodinamiko imajo na svojih delovnih postajah ves čas dostop do najbolj pomembnih podatkov o vozilu in vetrovniku

Strokovnjaki za aerodinamiko imajo na svojih delovnih postajah ves čas dostop do najbolj pomembnih podatkov o vozilu in vetrovniku.

Zadnji spojler modela Audi RS e-tron GT lahko zavzame tri različne položaje in tako zagotovi učinkovit pretok zraka v vseh voznih pogojih

Zadnji spojler modela Audi RS e-tron GT lahko zavzame tri različne položaje in tako zagotovi učinkovit pretok zraka v vseh voznih pogojih.

Ventilator vetrovnika porabi tudi do 2720 kW energije

Ventilator vetrovnika porabi tudi do 2720 kW energije.

2021-03-audi-aerodynamics-01-featured
2021-03-audi-aerodynamics-01-featured

Tudi najmanjše izboljšave v aerodinamiki dodajo k dosegu električnih avtomobilov.

Preberite več
2020-01-AudiLab_newsletter_01
2020-01-AudiLab_newsletter_01

Novičnik

AudiLab Slovenija

Enkrat mesečno iz naše online revije AudiLab Slovenija pripravljamo izbor zanimivih člankov o inovacijah, e-mobilnosti, trajnostnem razvoju, doživetjih, življenjskem slogu, Audi športu in posebnih ponudbah iz našega prodajnega programa. Naročite ga v svoj e-nabiralnik.

Naročam novičnik