Чем виртуальные испытания лучше аэродинамической трубы?
Производители стали отказываться от испытаний в аэродинамической трубе в пользу технологии компьютерной симуляции для снижения коэффициента волочения.
Для этого инженеры моделируют аэродинамику автомобиля без создания физической модели.
Технология виртуальной симуляции не только быстрее, но и менее затратная, чем использование аэродинамической трубы, при этом, позволяет достичь лучших результатов.
Компания Exa занимается разработкой пакета программ Powerflow, который уже используется ведущими автопроизводителями, включая Tesla, Jaguar Land Rover, BMW, Ford и Volkswagen. Данное ПО использовалось Jaguar при разработке самых аэродинамичных серийных автомобилей - XE и XF, а также F-Pace.
XE стал первой моделью от Jaguar, аэродинамика которого была полностью смоделирована в виртуальной среде во время 1200 компьютерных симуляций.
ПО от Exa пользуется и Tesla. Генеральный директор Илон Маск установил на следующий год для Model 3 цель по снижению коэффициента волочения до 0,21. Такой показатель вплотную приблизится к Mercedes Benz C-Класс (0,24), BMW 3 Серии (0,27) и XE (0,26).
Основной целью для всей индустрии является полный отказ от создания физических прототипов и перейти к непосредственному виртуальному моделированию для проектирования серийных автомобилей.
Одним из преимуществ такого подхода является то, что программа сразу выделяет аэродинамические изъяны дизайна, в то время как неудовлетворительные результаты в аэродинамической трубе не дают полной картины.
Представитель Exa отметил следующее: "Использование такой технологии обеспечивает более точный анализ показателей в условиях реальной эксплуатации и предоставляет дополнительные рекомендации по улучшению дизайна, что невозможно при использовании традиционных методов".
Как заявляет Exa, точность симуляций Powerflow эквивалентна Cd=0,001. Для сравнения, точность испытаний в традиционной аэродинамической трубе составляет всего Cd=0,003.
Разница между виртуальной симуляцией и испытаниями в аэродинамической трубе эквивалентна 5% разнице в расходе топлива.
По словам Exa, расхождение результатов испытаний в аэродинамической трубе и показателями при реальной эксплуатации может составлять до 10%. Виртуальная среда позволяет производителям более быстро разрабатывать аэродинамические элементы с нужными характеристиками.
В качестве примера можно привести воздушные завесы, активные заслонки, которые открывают охлаждающие отверстия только при необходимости, аэродинамические накладки, снижающие уровень шума и коэффициент волочения, а также профиль нижней части кузова, повышающий прижимную силу. Теперь начинается борьба за снижение коэффициента волочения до Cd=0,2 для популярных серийных моделей.
Пока такой результат наблюдается только у Mercedes Concept IAA (Cd=0,19) и мелкосерийного Volkswagen XL1 (Cd=0,189).
Снижение коэффициента волочения: начало
Эффективная аэродинамика является основополагающим фактором в автомобильном дизайне, который влияет на расход топлива, выбросы и запас хода.
Аэродинамическое сопротивление является мощной силой, увеличение которой происходит на значение скорости в квадрате, поэтому при увеличении скорости в два раза, аэродинамическое сопротивление увеличивается в четыре.
С начала XX века производители перешли к максимально обтекаемой форме автомобилей. Дизайнеры пришли к выводу, что при угловатой форме, воздушный поток отделяется в задней части кузова, снижая прижимную силу и, буквально, толкает автомобиль назад.
Удлиненный кузов и обтекаемая форма позволяют снизить данный эффект, что демонстрируется в Chrysler Airflow 1934 г. Однако, форма огромной капли непрактична, и в 1936 г. Вунибальд Камм изобрел "Хвост Камма", обрезав заднюю часть капли.
Созданный "эффект Камма" препятствует отделению воздушного потока и снижает аэродинамическое сопротивление. Такая особенность сохранилась в современных хэтчбэках, и ее влияние наблюдается в Mercedes Concept IAA и Volkswagen XL1.
В 1980-х гг. вышла Audi 100, которая отличалась невероятным для тех времен коэффициентом волочения 0,30, и на сегодняшний день, обтекаемой форме отдают предпочтение все производители.