FEATURE Computational Fluid Dynamics, tehnologia computerizată din F1

Automarket va explică cum funcţionează Computation Fluid Dynamics, tehnologia computerizată utilizată de toate echipele din Formula 1 pentru dezvoltarea monoposturilor.

Formula 1 reprezintă unul dintre cele mai potrivite exemple atunci când vine vorba despre dezvoltarea permanentă a tehnologiilor şi performanţelor.

Dezvoltarea unui monopost de Formula 1 se poate realiza prin trei metode pe cât de diferite, pe atât de interconectate: teste pe circuit, tunelul de vânt şi Computation Fluid Dynamics (CFD). În condiţiile în care Federaţia Internaţională de Automoblism a interzis testele din timpul sezonului cu scopul de a reduce cheltuielile, echipele au fost nevoite să se limiteze la munca în tunelul de vânt şi CFD.

După ce în feature-ul de săptămâna trecută am aflat particularităţile unui tunel de vânt, a venit momentul să explicăm prinipalele beneficii ale CFD, pe baza exemplelor furnizate în acest sens de echipe.

CE ESTE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

Tehnologia CFD permite analiza mecanicii fluidelor. 

CFD este o metodă de analiză a mecanicii fluidelor prin intermediul unor algoritmi de calcul complecşi, care implică numeroase formule matematice şi fizice. Pentru a simula modul în care fluidele circulă în jurul unui monopost de Formula 1, echipele utilizează supercomputere capabile să realizeze milioane de calcule matematice. Implicit, cu cât supercomputerul are o performanţă hardware mai mare, cu atât datele obţinute prin CFD sunt mai relevante.

Totuşi, o contribuţie majoră la acurateţea datelor o are şi software-ul utilizat, iar partea interesantă este că parametri acestor programe sunt obţinuţi după validarea unor date preliminare în tunelul de vânt. Acesta este doar unul dintre exemplele în care tehnologia CFD este utilizată în paralel cu tunelul de vânt pentru îmbunătăţirea performanţelor unui monopost de Formula 1.

CUM FUNCŢIONEAZĂ TEHNOLOGIA CFD

Tehnologia CFD permite analiza mecanicii fluidelor. 

Tehnologia CFD poate fi utilizată la îmbunătăţirea performantelor generale ale unui monopost, dar şi a unor componente distincte ale acestuia, cum ar fi aripile fata şi spate sau motorul. Practic, software-ul CFD-ului împarte componenta studiată în celule multiple care vor fi analizate individual, iar rezultatele vor avea o precizie direct proporţională cu numărul de celule. Ulterior, computerul simulează impactul fluidelor cu celulele pentru a determina comportamentul fiecărei celule în parte într-o astfel de situaţie. În acest fel se calculează impactul fluidelor asupra ansamblului general al componentei testate, iar în cele din urmă software-ul va propune soluţii pentru îmbunătăţirea eficientei aerodinamice a componenţei evaluate.

PUTEREA SUPERCOMPUTERULUI UTILIZAT

Unul dintre corpurile de clădire este dedicate serverelor din spatele supercomputerului. 

În general, echipele evită să dezvăluie puterea exactă a supercomputerului pe care îl utilizează în cadrul tehnologiei CFD pentru că rivalii sa nu afle informaţii vitale privind capacitatea de luptă. Totuşi, una dintre excepţii este Sauber, care a oferit recent date exacte ale supercomputerului Albert utilizat la fabrica de la Hinwil.

Astfel, supercomputerul Albert folosit de Sauber este construit de compania elveţiană Dalco şi utilizează procesoare AMD instalate în dispozitive de răcire de înaltă presiune furnizate de American Power Conversion. O altă companie, numită Fluent, este furnizorul de software pentru CFD. Albert beneficiază de o capacitate de stocare de 10880 GB şi 1085 GB de memorie RAM care permit realizarea a nu mai puţin de 2,332,000,000,000 de operaţii pe secundă.

IMPORTANTA UTILIZĂRII CFD-ULUI ÎN PARALEL CU UN TUNEL DE VÂNT

CFD nu este o tehnologie aflată în concurenţă cu tunelul de vânt, ci una complementară acestuia. De exemplu, pentru dezvoltarea unei aripi spate, o echipă va evalua până la 100 de variante prin intermediul tehnologiei CFD, după care va alege cele mai bune cinci sau şase variante care vor fi testate suplimentar în tunelul de vânt. Ulterior, cea mai bună variantă va fi implementată pe monopost pentru următoarele curse.

CORECTITUDINEA DATELOR OBŢINUTE PRIN CFD

Angajaţii Renault analizează în acest corp de clădire datele obţinute prin tehnologia CFD. 

Un alt motiv pentru care tunelul de vânt trebuie să fie complementar tehnologiei CFD este că aceasta din urmă nu este 100% eficientă. În ciuda numărului ridicat de operaţii realizate pe secundă, datele nu pot fi 100% precise din cauza faptului că numărul de calcule este limitat de puterea supercomputerului, dar mai ales din cauza faptului că datele iniţiale introduse de operatorii fizici pot fi eronate. De asemenea, parametri software-ului pot conţine erori minore care să altereze rezultatele finale.

EXEMPLUL RENAULT

Centrul CFD utilizat de Renault la Enstone a fost construit sub pământ şi oferă o panoramă specială din birourile angajaţilor.

Renault a investit 50 de milioane de dolari în construirea unui nou centru CFD în anul 2007. Acesta a fost realizat aproape integral în subteran şi include o fermă de servere, o sală de expoziţie şi o cameră de conferinţe. Unul dintre pereţi este realizat integral din sticlă pentru a oferi o privire panoramică din birouri.

RESTRICŢII DE UTILIZARE

Începând din sezonul 2008 FIA a limitat drastic utilizarea tehnologiei CFD pentru a limita costurile echipelor. Astfel, orele disponibile pentru teste în tunelul de vânt nu vor putea fi transferate la CFD şi numai un număr limitat de angajaţi pot lucra în acest departament. De asemenea, platformele hardware ale tehnologiei CFD pot fi îmbunătăţite numai înainte de începerea unui sezon. În prezent, Virgin Racing este singura echipă din Formula 1 care utilizează exclusiv tehnologia CFD pentru dezvoltarea monopostului.

Foto: Sauber, Renault