20 марта гонкой в Австралийском Мельбурне стартует сезон Формулы-1 2016 года. Формула-1 всегда являлась не только спортом для смелых и быстрых пилотов, но и огромной тестовой площадкой для новых технологий.

Гибридные двигатели, динамическая подвеска, системы курсовой устойчивости, ABS являются неотъемлемой частью современных автомобилей, однако для спорта высших достижений они уже давно не новость. Большая часть этих технологий в качестве концепций появилась еще в 60-х годах 20 века, а сейчас почти все они запрещены в Формуле-1, так как достигли такого уровня, что сделают гонки скучными и предсказуемыми, потому что дают пилоту огромные преимущества.

Одной из технологий, которая по прежнему является актуальной и не до конца изученной для даже для инженеров F1, является технология расчетов CFD (вычислительная гидрогазодинамика). В теории численные методы для расчета обтекания корпуса болида могут полностью вытеснить из спорта аэродиамическую трубу, являющуюся неотъемлемой частью последних стадий проектирования машины. Но так ли это на самом деле? Какие есть ограничения? Что говорят непосредственные участники гоночного мира? Ответы на эти вопросы вы найдете в переводе статьи издания HPC Wire, которое мы подготовили для вас.

А для тех болельщиков, которые самостоятельно хотят попробовать свои силы в CFD-расчетах обтекания болидов Формулы-1, компания SimScale проводит бесплатные on-line тренинги F1 Aerodynamic Workshop, для участия в которых может зарегистрироваться любой желающий. В рамках тренинга будет рассмотрено решение задач обтекания переднего и заднего спойлеров и параметрический анализ болида целиком. Современные технологии удаленной визуализации и облачных вычислений позволят вам не выходя из дома почувствовать себя в роли проектировщика нового болида Формулы-1!

CFD-будущее Формулы-1

Построение цифровых прототипов и компьютерное моделирование стали одними из основных методов проектирования в F1, но до сих пор не смогли вытеснить использование аэродинамической трубы. Данный вопрос стал одним из центральных на последней встрече Стратегической группы F1. Группа включает в себя представителей FIA (Мировая федерация автоспорта) и коммерческую структуру, управляющую Формулой-1 под предводительством Берни Экклстоуна и глав шести топ-команд Формулы.

Заинтересованные стороны, занимающиеся производством одних их самых быстрых автомобилей в мире, изучали возможность полностью запретить использование аэродинамической трубы, однако данное предложение не нашло отклика у лидеров команд и поклонников гоночной серии, которые считают, что технология CFD не является достаточно точной и зрелой, чтобы полностью заменить натурные испытания в аэродинамической трубе. Лидеры команд Ferrari, Mercedes и Williams не согласились с перспективой запрета, в то время как представители McLaren, Red Bull и Force India в той или иной степени выразили поддержку подобному решению.

Команды F1 обычно используют методы вычислительной гидродинамики (CFD) в своих процессах проектирования болида на ранней стадии, поскольку они позволяют им экспериментировать с большим количеством вариантов спецификаций автомобиля в короткие сроки и не прибегая к производству физических прототипов. На последующих стадиях создается масштабная модель автомобиля, которая испытывается в аэродинамической трубе и позволяет командам проводить дальнейшую проверку и доводку болида. На завершающей стадии полноразмерные машины тестируются на гоночном треке.

Возможности тестирования на треке, в аэродинамической трубе и использования технологии CFD сильно ограничены текущим регламентом проведения соревнований. В 2015 году для команд было уменьшено максимально разрешенное время работ с аэродинамической трубой с 80 часов в неделю до 65, а время непосредственной продувки с 30 до 25. Порог ограничения использования технологий вычислительной гидрогазодинамики также был уменьшен до 25 терафлоп в неделю против 30 в предыдущие сезоны. Число натурных тестов перед сезоном также было снижено до двух четырёхдневных сессий против трех в прошлые сезоны. Все это делается с целью уменьшения затрат, однако существует мнение, что все это замедляет развитие спорта в целом.

Отзывы участников королевских гонок о CFD расчетах

«Похоже, это ограничение на CFD как обычно подтолкнуло инженеров к тому, чтобы работать на пределе правил, и из-за этого нам приходится использовать некоторые устаревшие решения» – рассказывает изданию Autosport Эрик Булье (гоночный директор McLaren) – «Все это приводит к тому, что мы не можем использовать современные вычислительные технологии»

«Мы полагаем, что использование технологий десятилетней давности негативно влияет на Королевские гонки, в то время как мы должны быть на передовой технологий. Сейчас идет активное обсуждение о замене лимита на терафлопы в пользу ограничения по потребленной энергии. Это дало бы больше свободы для команд, так чтобы они могли самостоятельно решать, как использовать вычислительные ресурсы, но по-прежнему оставаться под контролем FIA. Мы также придерживаемся данной позиции и полагаем что это пойдет на пользу F1»

«В таком случае возможно когда-нибудь наступит день, когда CFD полностью вытеснит аэродинамическую трубу. И мы были бы рады внедрить такой подход, как только это станет возможно»

На самом деле, виртуальные испытания не столь точны, как натурные испытания в аэродинамической трубе. Но в свою очередь это быстрее и дешевле, в том числе, потому что многие варианты конструкции могут быть отработаны в течение короткого времени. Сочетание CFD, аэродинамической трубы и тестирования на треке позволяет командам достигать максимальных результатов. Препятствуют ли текущие ограничения прогрессу? Сделают ли они спорт менее увлекательным? И что насчет затрат?

«Мы сделали глубокий анализ затрат, сопряженных с использованием аэродинамической трубы, и попытались понять сколько можно на этом сэкономить» - говорит заместитель главы команды Williams Клэр Уильямс. «Мы пришли к выводу, что сумма, которую можно сэкономить, минимальна, и на самом деле любая команда F1 сэкономив в одном месте сразу же потратит в другом»

«Мы никогда не будем голосовать за запрет аэродинамических труб в Формуле-1» - говорит Уильямс, чья команда имеет два туннеля в Гроуве. «Как вы можете работать на вершине автоспорта и отказаться от одного из лучших инструментов в области аэродинамики? Это лишено смысла»

Глава команды Mercedes AMG Тото Вольф дополняет общее мнение: «Аэродинамическая труба нужна нам чтобы верифицировать результаты, полученные с помощью CFD и понять есть ли корреляция»

Что касается болельщиков, то их мнения разделились. Некоторые хотят видеть на треке передовые достижения в области аэродинамики, которые, по их мнению, возможно получить только минимизировав ограничения на CFD и аэродинамических трубы. Другие считают, что Формула-1 будет более привлекательна, если ограничения позволят маленьким частным командам быть конкурентоспособными и выигрывать в рамках жесткого регламента.