Hoe een F1-auto bruinvissen eruit ziet met behulp van Computational Fluid Dynamics

Het probleem was het ergst in 2022, met meerdere coureurs die over het probleem klaagden voordat de FIA-regelwijzigingen het probleem voor 2023 grotendeels oplosten. ernst van het probleem in ontwerpsimulaties of windtunneltesten. Zoals benadrukt door ENGYS in een blogpost, is dat geen grote verrassing, gezien de moeilijkheid om het fenomeen te simuleren met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD)-software.

Bij bruinvissen zijn er ernstige verticale trillingen als de onderkant van een F1-auto te dicht bij de grond komt. Wanneer dit gebeurt, kan de aerodynamica van de vloer afslaan, wat leidt tot een plotselinge vermindering van de neerwaartse kracht. Dit leidt ertoe dat de auto in de hoogte stijgt, tenminste totdat de aero weer naar binnen trapt en hem weer naar beneden trekt. Wanneer dit snel gebeurt, leidt dit tot het ongemakkelijke bruinvisfenomeen.

Bruinvissen is door verschillende factoren moeilijk te simuleren. Een daarvan is dat CFD-simulaties en windtunnelwerk er doorgaans niet in slagen om de actie van de auto als geheel systeem nauwkeurig te simuleren, inclusief de acties van de banden en ophanging van de auto. Zoals vorig jaar door McLaren’s James Key werd uitgelegd, is het fenomeen bruinvissen niet alleen te danken aan aerodynamische actie, maar ook aan de interactie van de krachten met de ophanging van het voertuig. Als daar geen rekening mee wordt gehouden, zal het probleem zich niet openbaren.

Wat CFD-simulaties betreft, hebben ze te maken met een groter probleem. Ze simuleren stroming door een “maas” van verschillende volumes rond de auto te creëren. Per mesh-cel worden de stromingsparameters berekend en kan zo het aerodynamische gedrag worden gesimuleerd.

Het probleem hiermee bij bruinvissen is dat de onderkant van de auto steeds dichter bij het baanoppervlak komt te liggen. Dit levert problemen op omdat de CFD-simulatiemaas steeds dichter en kleiner moet worden om de stroom in deze verdwijnend kleine ruimte te voorspellen. Naarmate de mesh fijner en fijner wordt, wordt het rekenkundig gezien duurder om te simuleren, vooral met betrekking tot de beperkingen van de F1 op de simulatietijd.

ENGYS ontwikkelde een techniek om dit probleem te omzeilen. Als u geen CFD-expert bent, heeft het weinig zin, maar het gaat erom de situatie te simuleren alsof de grond ten opzichte van de auto beweegt. De CFD-software klikt vervolgens een gaas op het baanoppervlak onder de auto, dat verandert naarmate de rijhoogte van de auto verandert.

Zelfs met deze optimalisaties, en het simuleren van slechts een halve auto, duurde de simulatie nog steeds 7,5 uur om 0,5 seconde bruinvisgedrag op een 128-core computer te modelleren. F1 legt aanzienlijke beperkingen op aan de hoeveelheid CFD-simulatie die teams mogen gebruiken, dus elke efficiëntiewinst op dit gebied is zeer nuttig.

Als je aan de universiteit studeert en in de motorsport wilt stappen, kan een duik in dit gebied je goed van pas komen. Begrijpen hoe simulaties het beste kunnen worden gemaakt om de echte wereld weer te geven, is de sleutel tot succes, en het is snel een van de grootste onderdelen van de topsport geworden.

Heb je een tip? Laat het de auteur weten: lewin@thedrive.com