Британский журналист Джо Савар рассуждает о том, насколько эффективны методы вычислительной гидродинамики, и действительно ли они позволят команде Manor полностью отказаться от традиционных исследований в аэродинамической трубе…
Джо Савар: «Ник Уирт, технический директор Manor, уверяет, что вообще не собирается проводить испытания будущей машины Формулы 1 в аэродинамической трубе, поскольку методы вычислительной гидродинамики (CFD) позволяют выполнить всю необходимую работу на компьютере.
По его мнению, это и дешевле, и позволяет добиться более серьезных результатов за время, отпущенное на разработку машины. Многие команды Формулы 1 понимают важность CFD, однако используют ее параллельно с традиционными методами, считая, что у обеих технологий есть свои достоинства, и комбинируя их, удается добиться наилучших результатов.
В авиации аэродинамические трубы применялись с давних времен, позволяя моделировать движение объекта в воздушной среде и измерять силы, на него действующие.
В случае с Формулой 1 проблема состоит в том, что воздух, в котором движутся машины, чаще всего возмущен, а в аэродинамической трубе трудно воспроизвести эффект турбулентности. Команды уже давно применяют беговые дорожки, на которых устанавливаются модели машин, что позволяет изучить взаимодействие шасси и покрытия трассы. Однако нежелательное влияние на поведение воздушного потока могут оказывать и высокие температуры, которые создаются внутри аэродинамической трубы.
Например, в Red Bull Racing, чтобы избежать подобных вещей, используют мощное сооружение – бетонный туннель, в котором находится аэродинамический полигон в Бедфорде. Недавно стало известно, что американская команда Chip Ganassi Racing применяла различные, весьма умеренные по затратам методы, испытывая машины в заброшенном дорожном туннеле, по которому они двигались своим ходом. Это намного дешевле, чем возводить специальный аэродинамический комплекс.
И все же эксперты давно утверждают, что наилучшим методом является CFD, поскольку позволяет и воспроизводить любые воздействия окружающей среды и избежать побочных проблем, типичных для аэродинамических труб. Считается, что CFD экономичнее и эффективнее, поскольку создавать виртуальные модели быстрее и проще, чем физические. Но здесь есть свои сложности: при использовании CFD неизбежны допущения и приближения, особенно, когда инженеры пытаются воспроизвести турбулентность воздуха.
В компьютерном моделировании используются так называемые расчетные сети, состоящие из миллионов расчетных ячеек, каждая из которых определенным образом запрограммирована, и, соответственно, особым образом себя ведет, когда испытывает внешние воздействие, в данном случае, виртуальное «давление воздуха». Потом из этой информации складывается общая картина поведения воздушных потоков, и т.д.
При математическом моделировании машин Формулы 1 используются сложнейшие расчетные сети, требующие сверхмощных компьютеров. Развитие технологий CFD идет на протяжении последних 25 лет, но за это время совершенствовались и аэродинамические трубы; появились новые технологии, в частности, использование специальной краски, чувствительной к давлению воздуха. Кроме того, разработаны новые, более эффективные и быстрые методы производства моделей, в частности, с использованием лазерной стереолитографии.
Большинство команд используют и CFD, и аэродинамические трубы, чтобы избежать недостатков, присущих обеим методикам. Например, CDF позволяет моделировать поведение больших объемов воздуха вокруг машины, зато реальные масштабные модели дают более точную картину поведения воздушных потоков, и т.п. Если методы CFD страдают значительными погрешностями при воспроизведении турбулентности, то в традиционной аэродинамической трубе можно продувать две модели машин одновременно и без особых проблем получить необходимую информацию. Однако разработчики CFD уже занимаются совершенствованием методов исследований.
Уже есть интересные примеры разработок, созданных исключительно с использованием CFD, например, космический аппарат SpaceShipOne, построенный в рамках проекта Virgin Galactic. Учитывая связи между Virgin Group и командой Manor F1, можно предположить, что именно на этом основана вера Ник Уирта в могущество компьютерных технологий.
Кстати, компания Aston Martin тоже обошлась без применения аэродинамических труб в разработке модели DBR9, гоночной версии DB9, сделав ставку на CFD и используя программное обеспечение Sculptor, созданное американской фирмой Optimal Solutions Software.
Этот пример показал, что методы вычислительной гидродинамики достигли определенного уровня совершенства, поскольку в 2005-м году DBR9 уверенно выиграла дебютную 12-часовую гонку в Себринге, опередив заводские Chevrolet Corvette. Возможно, поэтому в BMW Sauber в свое время решили не тратиться на строительство второй аэродинамической трубы, как делают многие команды, а вместо этого инвестировали в суперкомпьютер.
В последние полтора десятка лет компьютерные технологии развиваются очень быстро. По закону Мура производительность вычислительных систем удваивается каждые два года. Это значит, что уже через пару лет появятся компьютеры, мощность которых будет вдвое больше, чем системы, существующие сейчас…»
