Новости
Революционизированный гоночный автомобиль Т128 класса LMP2 от компаний ADESS AG
Прототип Ле-Мана (Le Mans Prototype)
Автомобили Le Mans Prototype (LMP) – самые быстрые на сегодняшний день гоночные автомобили с закрытыми колёсами, используемые в соревнованиях. Несмотря на то, что они на 40% тяжелее автомобилей Формулы 1 (F1), LMPs часто способны достигать сопоставимо высокие скорости. В отличие от автомобилей F1, LMPs выдерживают 24-часовые нагрузки в гонках на выносливость, например, в 24-часовых гонках в Ле-Мане 24 Heures du Mans, в честь которых категория и получила своё название.
Ле-Мановские прототипы делятся на 2 класса:
-
Категория LMP1, предназначена (и является преобладающей) для команд крупнейших автомобильных производителей. Бюджет таких команд практически неограничен, поэтому часто LMP1 используются в качестве испытательных моделей для новых технологий, например, таких как гибридные силовые агрегаты.
-
Категория LMP2 с ограниченной стоимостью, предназначена для небольших частных команд. Автомобили LMP2 ограничиваются одним аэродинамическим пакетом (с высокой прижимной силой) и одним обвесом с низким сопротивлением, который позволяет автомобилю участвовать в 24-часовых гонках на выносливость в Ле-Мане.
Каждый, кто когда-либо управлял велосипедом в ветреный день, подтвердит, что движение воздуха и силы, возникающие на поверхности тел, сильно влияют на скорость движения велосипедиста.
Доказывая, что правда иногда более странна чем вымысел, будучи разработанным с активным использованием CFD, Pro Observer сейчас проходит тестовые полеты.
Оба класса, LMP1 и LMP2, соперничают друг с другом в чемпионате мира по гонкам на выносливость (World Endurance Championship - WEC) и в Ле-Мановской серии гонок на выносливость (Le Mans Series - LMS).www.lemans.org
По сути, автоспорт и CFD являются синонимами друг друга. С тех пор, как более 45 лет назад кому-то в голову пришла идея оснастить гоночный автомобиль крыльями, основная часть конструкторских усилий была направлена на разработку эффективной аэродинамической компоновки авто. Вместе с эксплуатационными показателями шин и двигателя, аэродинамическое качество автомобиля может сыграть решающую роль в победе или поражении участника в соревнованиях.
В 2009 году Международная Автомобильная Федерация FIA признала влияние CFD на разработку гоночных автомобилей для Формулы 1 и приняла Соглашение об Ограничении Ресурсов соревнующихся команд (Resource Restriction Agreement), призванное сравнять игровое поле. Соглашение (условия которого в настоящее время пересматриваются) ограничивает каждую команду 40 терафлопами CFD в течение восьми недель. Ведь не случайно самые богатые команды вкладывают большие средства в развитие современных процессов моделирования, получая «больше операций на терафлоп», что позволяет им поддерживать постоянное преимущество на игровом поле.
В марте 2013 года состоится дебют нового гоночного автомобиля категории LMP2 – T128 в двенадцатичасовой гонке Sebring в штате Флорида. LMP2 – гоночная категория, разработанная с целью дать возможность частным гоночным командам соревноваться в тех же гонках, что и LPM1, которые разрабатываются под менее строгим регламентом и с практически неограниченным бюджетом. LMP2 – это автомобиль для автогонок высшего уровня. Стоимость шасси LMP2 не должна превышать €355,000, а мотора – €75,000.
Т128 - первый автомобиль класса LMP2, разработанный компанией ADESS AG для гоночной команды Kodewa только средствами CFD с использованием интенсивных CFD-процессов от Формулы 1.
Разработка автомобиля Lotus T128 позволила революционизировать гоночные автомобили класса LMP2 для участия в чемпионате мира по гонкам на выносливость (World Endurance Championship). Усовершенствованный процесс разработки автомобиля был заимствован из Формулы 1, поэтому T128 стал первым LMP2-автомобилем, разработанным посредством интенсивного инженерного моделирования.
Аэродинамика автомобиля
Вместе с производительностью шин, аэродинамическая прижимная сила является основным показателем устойчивости и скорости гоночного автомобиля. Чем больше прижимная сила, тем лучше сцепление шин с дорогой, что позволяет увеличивать скорость на поворотах, а также эффективно ускоряться и тормозить. Увеличение прижимной силы обычно происходит за счёт увеличения сопротивления, которое понижает скорость прямолинейного движения и увеличивает расход топлива. Компенсация скорости происходит за счёт её повышения на поворотах.
Абсолютная величина прижимной силы очень важна при затяжных поворотах, когда поперечные силы невелики, и поворачиваемость автомобиля относительно низкая. При быстрых поворотах распределение прижимной силы между передним и задним колесом – так называемый «аэродинамический баланс» - является более важным показателем управляемости гоночного автомобиля. Идеальным является совершенно «аэро-сбалансированный» автомобиль, со средней, а не избыточной или недостаточной поворачиваемостью. Если на передних колёсах не хватает прижимной силы, автомобиль имеет недостаточную поворачиваемость в быстрых поворотах. А если прижимной силы не хватает на задних колёсах – автомобиль имеет избыточную поворачиваемость (будет заносить).
Хотя минимизация сопротивления и является важной задачей, но, как правило, это не основная цель при разработке гоночного автомобиля. Тем не менее, для категорий LMP, участвующих в гонках на выносливость, этот показатель имеет большее значение, чем для других категорий автомобилей. Небольшие потери мощности из-за увеличения сопротивления приведут к дополнительной экономии топлива. В 24-часовых гонках на выносливость экономия топлива означает, что гонщик будет меньше останавливаться для дозаправки, а значит пройдёт большее расстояние за это время. В конечном итоге, это может повлиять на победу или поражение в соревнованиях.
Автомобили категории LMP2 должны быть конкурентоспособными как в гонках на выносливость (например, 24 Heures du Mans), в которых сопротивления должно быть низким, так и в спринт-гонках, время которых не превышает шести часов, а прижимная сила должна быть значительно выше. Технический регламент позволяет командам в гонках на выносливость использовать аэродинамическое оперение с низким лобовым сопротивлением.
Другим важным аспектом является охлаждение – как двигателя, так и тормозных трубопроводов, которые должны быть обеспечены постоянной вентиляцией, чтобы избежать их перегрева до окончания гонок.
По правилам гонок LMP2, конструкция шасси устанавливается на весь сезон, и инженеры ADESS AG не могут изменять его от гонки к гонке. Поэтому у разработчиков автомобиля LMP2 нет права на ошибку. Разработанная модель должна быть конкурентоспособна на протяжении всего сезона, начиная с первой гонки и далее во всех последующих гонках сезона.
Почему CFD?
До появления доступных CFD, аэродинамика гоночных автомобилей определялась аэродинамической трубой. Тем не менее, испытания в аэродинамической трубе стоят дорого, занимают много времени и не очень хорошо подходят для данного вида итерационных исследований, необходимых для разработки эффективного гоночного автомобиля при ограниченном бюджете. И не смотря на то, что они до сих пор играют важную роль в валидации и параметрическом проектировании, основная проектная работа выполняется с помощью CFD.
Фактически, CFD-анализ является своеобразным фильтром для аэродинамической трубы, позволяющим инженерам быстро исследовать сразу несколько проектных концепций и затем отсеять худшие и доработать лучшие.
CFD-процесс можно сравнить с дарвиновской эволюцией. В буквальном смысле, происходит выживание сильнейших. Средства CFD позволяют быстро определить наилучшие параметры потенциальных конструкций и отсеять худшие. Лучшие проекты развиваются в несколько итераций, и только самые лучшие доходят до самой последней и затем тестируются в аэродинамической трубе.
Визуализация давления на автомобиль
При разработке Т128 компания ADESS AG с помощью STAR-CCM+ исследовала более 50 различных конфигураций, и в конечном итоге выбрала три из четырёх лучших для последующего испытания в аэродинамической трубе. Команда смогла установить параметры, рассчитать и выполнить анализ конфигураций с минимальным количеством ручных операций.
Визуализация воздушного потока над автомобилем
STAR-CCM+ автоматически импортировал геометрию, создал сетку и запустил расчёт в пакетном режиме с использованием макросов Java. Единственное, что нужно было сделать CFD-инженеру, - это определить CAD-модель той части автомобиля, которую необходимо модифицировать, и через несколько часов STAR-CCM+ автоматически создал отчёт с результатами расчёта, включая аэродинамические коэффициенты и графики пост-процессинга.
Визуализация воздушного потока в плоскости симметрии автомобиля
Такой автоматизированный процесс позволяет инженерам выполнить больше расчётов с меньшими усилиями. В итоге они могут исследовать всё проектное пространство, а не только некоторые его аспекты. Кроме того, поскольку весь процесс требует минимального ручного вмешательства, инженеры могут сосредоточиться на анализе данных моделирования, а не на выполнении повторяющихся задач.
Визуализация потока на концевой пластине
Поток над поверхностью Lotus T128
Для представления воздуха вокруг одной половины транспортного средства (т.к. для задач с нулевым отклонением поток вокруг автомобиля совершенно симметричен) использовалась расчётная сетка с 60 млн. ячеек. Сетка локально измельчалась, что позволило захватить области с высоким градиентом потока, формируя мелкие ячейки около поверхности автомобиля, внутри и вокруг областей разделения за ним и в предполагаемой области вихревого следа.
Аэродинамика автомобиля всё больше начинает ассоциироваться с управлением вихревым течением. CFD-расчёт позволяет рассчитать образование и разрушение вихря, а также выполнить визуализацию вихревого развития; всё это необходимо для достижения высокой прижимной силы автомобиля в гоночных условий.
Визуализация воздушного потока от колёс
Визуализация воздушного потока под автомобилем
CFD-анализ также очень важен для расчёта потока в частях, которые невозможно хорошо рассчитать только в аэродинамической трубе, например, при расчёте охлаждения двигателя или тормозов.
Если бы инженеры полагались только на аэродинамическую трубу, процесс разработки автомобиля LMP2 занял бы в 10 раз больше времени, был бы более затратный, и в конечном итоге получился бы менее скоростной и управляемый автомобиль.
Испытания в аэродинамической трубе
50%-модель автомобиля длиной в 2.5 метра и шириной 1.5 метра была испытана в аэродинамической трубе с целью выполнить валидацию CFD-модели и провести полное инженерное исследование выбранной модели при различных скоростях, углах крена, углах скоса и условиях поворачиваемости.
Испытания в аэродинамической трубе чередовались интенсивными CFD-расчётами. В результате команде удалось объяснить и визуализировать любые неожиданные результаты, например, анормальность при определённом угле скоса или скорости. Таким образом, конечная конструкция транспортного средства была оптимизирована для целого ряда возможных гоночных условий.
На трассе
Дебют автомобиля Lotus T128 состоится в марте 2013 года в двенадцати часовой гонке Sebring во Флориде. В следующем сезоне Kodewa также планирует начать продажу шасси Т128 другим командам, соревнующимся в Le Mans Series и World Endurance Championships. Ожидается, что успешное внедрение компанией ADESS AG интенсивных методов инженерного моделирования из Формулы 1 в процесс разработки автомобилей LMP2 обеспечит доминирование шасси Т128 в гонках LMS и WEC в течение нескольких лет. Что дальше? Далее компания ADESS AG планирует заняться разработкой автомобиля класса LMP1 с использованием аналогичных интенсивных методов инженерного процесса.
