Jak velké jsou modely pro aerodynamické tunely?
Pat Symonds: V těchto dnech jsou všechny buď 50% nebo 60%, ale vždycky tomu tak nebylo. Na počátku 80. Let jsem využíval 25% modely. Tehdy všechny týmy sdílely aerodynamické tunely na univerzitách Southampton University a Imperial College v Londýně, protože to byly jediné tunely, které měly pohyblivou podlahu a byly vhodné pro malé modely.
Později byly k dispozici větší tunely, které umožňovaly využívání 33% a 50% modelů. Pak si týmy začaly stavět své vlastní aerodynamické tunely pro měřítka do 60 % velikosti. Dohody pro omezení nákladů v rámci FOTA omezily velikost modelů na 60 %, i když 4 dny v roce můžete testovat s vozy plné velikosti.
Jaký vliv má velikost modelu pro aerodynamický tunel na testování?
PS: Model by měl být tak velký, aby nenarušoval omezení tunelu pro volné proudění vzduchu. Pro přesné výsledky by čelní plocha modelu neměla být větší než 5 % průřezu pracovní části tunelu, ideálně by měla být o něco menší.
Čelní plocha vozu F1 zabírá kolem 1,5 m2, takže 60% model má kolem 0,5 m2. Z toho vyplývá, že plocha tunelu by měla být zabírat kolem 10 m2. Pokud by byla menší, bylo by třeba model zmenšit. Menší modely jsou levnější (součásti 50% modelu stojí sotva polovinu co ty pro 60% model), náročnější je však u nich přesnost drobných detailů. Jako u všeho to je při konstrukcích o kompromisu.
Loňský model Sauberu v aerodynamickém tunelu v Hinwilu (foto: Sauber Motorsport AG)
Z čeho se vyrábějí modely?
PS: Obvykle se zhotovovaly z materiálu zvaného jelutong – z jemnozrnného dřeva o nízké hustotě ze stromu pocházejícího původně z Malajsie. V těchto dnech se větší část karosérie vyrábí pomocí technik rychlé výroby prototypů (rapid prototyping), zejména pomocí stereolitografie. Nejběžněji používaným materiálem je tzv. NanoTool, fotocitlivá tekutá plastická hmota, která je vytvrzována působením pečlivě řízeného UV laseru.
Zatímco určité části, jako například křídla, se obrábějí z hliníku, je zřejmě pravdivé tvrzení, že metoda rapid prototypingu umožnila výrobu fenomenálního množství částí, které udržují tunel v běhu po 24 hod 7 dní v týdnu. Takto se vyrábí přibližně 80 % částí, zbytek se obrábí na strojích.
Nakolik se modely podobají vozům v plné velikosti?
PS: Tajemství dobrého modelu pro aerodynamický tunel spočívá ve fyzicky co možná nejvěrnější kopii skutečného vozu. Zachází se dál než jen za foukání vzduchu výfukovým potrubím, aby byl zachován stejný poměr hybnosti vzduchu se skutečným autem. Z pohledu geometrické přesnosti je pro model běžné, že kopíruje zahnuté tvary aerodynamických povrchů, které ve vysokých rychlostech najdete na opravdových vozech.
Model Lotusu včetně přilby pilota (foto: Lotus F1 Team)
A co pneumatiky pro aerodynamický tunel?
PS: Je snadné si představit, že technologie aerodynamického testování v tunelech jsou již relativně vyspělé a neměnící se, ale opak je pravdou. Techniky se neustále vyvíjejí, možná v žádné jiné oblasti rychleji než u modelování kol a pneumatik.
Mnoho let se na modelech v tunelech používala pevná kola z nylonu či z uhlíkových vláken, nasazená na externí osy upevněné ke struktuře tunelu, takže ve skutečnosti nebyly v kontaktu s modelem. K obrovskému pokroku došlo, když Michelin vyvinul vzduchem plněné pneumatiky, které kopírovaly skutečný tvar zatížených pneumatik. U závodního vozu s nekrytými koly mohou drobné změny ve tvaru pneumatiky podstatně ovlivnit aerodynamiku a tento vývoj ohromně zvýšil korelaci se skutečným vozem.
Zároveň se začaly kola uchycovat k modelu. To nebylo tak jednoduché, jak to zní, protože musíte měřit mechanický odpor kol a odečíst jej z aerodynamického odporu. Přítlak působící na kola (zejména v důsledku komplexních brzdových kanálků) je měřen pomocí siloměrů nacházejících se pod pohyblivou podlahou.
Modely jsou propracovány do nejmenších detailů (foto: Sauber F1 Team)
Jsou modely vybaveny senzory?
PS: Síly jsou měřeny pomocí tzv. rovnováhy, protože kdysi byly síly vyvažovány pohybem těžítek podél ramen. Dnes je vyvažování elektronické, normálně je zabudováno v nosném prvku modelu. Nosník je pevnou součástí, k níž se uchytí model se zavěšením.
Rovnováha měří všech šest složek sil a momentů. Zvláštní čidla navíc měří zatížení předního a zadního křídla, stejně jako odpor kol a zdvih. Vícebodové senzory snímají tlak ve 256 místech po celém modelu.
Kolik stojí modely?
PS: Model F1 je druhým nejdražším závodním vozem, který můžete spatřit. Určitě v průběhu sezóny dražší než vůz GP2. Nosník, měřicí systém a motory, které řídí pohyb, jsou ohromně sofistikované, takže jen za strukturu a samotný měřicí systém můžete utratit přes 15 mil. Kč. Infrastruktura vám několik let může vydržet, týmy však obecně mají dvě sady.
Video: Williams o testování s modely v aerodynamickém tunelu (HD)
Každá sada karoserie a zavěšení vás vyjde na dalších 4,8 mil Kč. Při každém měření potřebujete kolem 9 tisíc na experimentální díly. Během třídenních směn v průběhu týdne můžete zvládnout 45 testů s díly v hodnotě 2,85 mil. Kč.
Tím to ale nekončí: provoz velkého tunelu stojí přes 18 tis. Kč/hod, a když testujete bez přerušení (24/7), potřebujete kolem 90 lidí. Špičkové týmy utratí za provoz aerodynamických tunelů téměř 330 mil. Kč.
Stojí to tedy za to?
PS: Aerodynamika poskytuje tu nejefektivnější výkonnost: jednoprocentní zlepšení v oblasti přítlaku za normální efektivity vede ke zrychlení časů o 0,1 sekundy na kolo. Se zdokonalenými pravidly je míra pokroku pomalý a bez inovativních průlomů týmy v současnosti dosahují jednoprocentního zlepšení na měsíc – desetina sekundy tedy vychází téměř na 30 mil. Kč!
Video: Testování v aerodynamickém tunelu Sauberu (full HD)