Detektivarbeid i vindtunnelen

Kentaro Zens, ingeniør med ansvar for utvikling av aerodynamikken og aeroakustikken til Audi RS e-tron GT, sier: «På veien beveger bilen seg gjennom luften. Her i vindtunnelen er det stikk motsatt: Bilen står stille mens vi leder luften rundt den så jevnt som mulig. Det er krevende. Bare når luften strømmer presist mot bilen, kan vi få presise og pålitelige måleresultater.»

Zens sitter på arbeidsplassen sin ved siden av kontrollpanelene som operatørene bruker til å styre vindtunnelen. Han kan se alle relevante data på skjermene: Hva er luftmotstandskoeffisienten, hvor høyt løftes forakselen, hvor høyt løftes bakakselen, hva er luft- og båndhastigheten når det skjer?

Ved siden av ham står Thomas Redenbach, leder for utvikling av aerodynamikk og aeroakustikk i bilprosjekter hos Audi: «Da vindtunnelen ble tatt i bruk, var den verdens første vindtunnel i bilindustrien som kombinerte simulering av reelle veiforhold for aerodynamikk med så ekstremt stille aeroakustikkfunksjonalitet.»

Vindtunnelen er åpen fra 07.00 til 22.30 opptil seks dager i uken. Da WLTP-standarden (worldwide harmonized light vehicles test procedure) ble lovpålagt, ble kapasiteten utnyttet til fulle. Moni Islam sier: «Denne vindtunnelen er så kompleks at den krevde den fulle innsatsen og tekniske ekspertisen til vår søsteravdeling, som har drevet den for oss hver dag i mange år. På den tiden ga kollegene våre i vindtunnelens driftsavdeling utviklerne tilgang til testing 23 timer i døgnet, siden myndighetene krever at WLTP-verdiene dokumenteres med sertifiserte vindtunneldata.»

Datasimuleringer spiller en stadig viktigere rolle under utviklingen av aerodynamikken. Simulering av numeriske strømningsberegninger reproduserer luftstrømmer på datamaskinen for analyse og visualisering av strømningsmønstre. Så hvorfor bruke tid og ressurser på arbeider i vindtunnelen? Thomas Redenbach: «Vindtunnelen er verktøyet vi bruker til daglig, og ved hjelp av den kan vi bekrefte resultatene fra simuleringene. Vi vil fortsette å utvikle simuleringene, og for å sikre at de er gyldige og nøyaktige må vi teste beregningene mot testresultatene.»

Men datasimuleringene blir bedre og bedre og stadig viktigere. Kentaro Zens sier: «Med Audi RS e-tron GT gjorde vi uvanlig mye arbeid med simuleringer – over ni millioner CPU-timer. Jeg tilbrakte 150 timer med bilen i vindtunnelen, og det er faktisk ikke så mye. Til sammenligning var det 600 timer med Audi R8.» Dette viser ikke bare at designkvaliteten til Audi RS e-tron GT er høy, men også at utviklingsprosessen var vesentlig kortere. Denne retningen ønsker Audi også å ta med kommende modeller.

Moni Islam legger til: «For aerodynamikkingeniørene er vindtunnelen og numeriske strømningsberegninger to verktøy som utfyller hverandre. Vindtunnelen er veldig presis og rask, slik at vi kan jobbe effektivt med den dynamiske utviklingsprosessen. Simuleringer gir oss en utrolig mengde informasjon, men krever en innsats i form av forberedelse av modellene og analyse av resultatene. Med bare ett av disse verktøyene hadde moderne aerodynamikkutvikling ikke vært mulig.»

Konstruksjonen til elbiler som Audi RS e-tron GT gir visse fordeler med tanke på aerodynamiske egenskaper (det lukkede understellet er bare ett eksempel). Men de 31 medarbeiderne i Monis avdeling som arbeider med utvikling av bilenes aerodynamikk, møter stadig flere utfordringer. Han definerer målsettingen slik: «Hver desimal vi kan forbedre luftmotstandskoeffisienten med, øker bilens rekkevidde.»

Aerodynamikkingeniørene identifiserer dette potensialet i bilen ved hjelp av simuleringsresultater som viser sårbare områder: Hvor mye vil det påvirke luftstrømmen hvis jeg endrer litt på geometrien til en form på punkt X? Og så begynner det som Islam beskriver slik: «Aerodynamikk innebærer nitid detektivarbeid, for du kan ikke se luften. Du må prøve å avgrense problemet med en analytisk tilnærming basert på verdiene fra presisjonsvekten i vindtunnelen.»

For å oppnå det arbeider ingeniørene også med diverse tilleggsdeler som genereres ved hjelp av hurtig prototyping. Først lages CAD-modeller for å definere geometrien til komponentene, for eksempel et luftinntak i frontskjørtet. Så konverterer kollegene fra modellavdelingen de ønskede variantene (det kan være flere) til testkomponenter ved hjelp av denne avanserte teknologien. Deretter testes de ulike variantene en og en på bilmodellen. Målingene gir luftmotstands- og løftkoeffisienter. Disse resultatene sammenlignes med de simulerte numeriske strømningsberegningene med nøyaktig samme konfigurasjon for å sikre at simuleringsresultatene kan reproduseres.

«Du kan utvikle 80 prosent av de aerodynamiske egenskapene til en bil på 20 prosent av tiden. Men vi legger ned enormt mye tid i de siste 20 prosentene av aerodynamikken for å hente ut de siste desimalene i luftmotstandskoeffisienten ved hjelp av mange bittesmå justeringer», sier Thomas Redenbach når han beskriver detektivarbeidet i vindtunnelen. «Det krever stor arbeidsinnsats og detaljfokus å produsere resultater av toppkvalitet.»

Hva var den vanskeligste detaljen å få på plass i aerodynamikken til Audi RS e-tron GT? Kentaro Zens tenker en stund. «Frontskjørtet med fire sammenknyttede komponenter. Luften strømmer inn gjennom luftinntakene, lamellen på innsiden lukkes —og der oppstår problemet. Luften kan forsvinne i alle retninger, og det vil vi ikke. Å kontrollere luftstrømmen her og finjustere den er avgjørende. Det er en stor laginnsats, for her samarbeider jeg med kolleger fra områdene bilsikkerhet, delekonstruksjon, produksjon og montering.»

Zens trekker frem det parallelle arbeidet med luftgardinene og hjulbuen: «Vi samkjørte arbeidet med Audi-designerne hver uke. Det resulterte i en optimal aerodynamisk overgang fra fronten til siden rundt luftgardinen som også passer perfekt inn i den øvrige designen. Alt på Audi RS e-tron GT har en funksjon og en hensikt. Det er ekte funksjonalitet, og noe jeg virkelig setter pris på med denne bilen.»