Aerodynamiske egenskaper perfeksjoneres i vindtunnel | Audi Norge
Audi Norge Design
Detektivarbeid i vindtunnelen

Detektivarbeid i vindtunnelen

I Audis aeroakustiske vindtunnel perfeksjonerer aerodynamikkspesialistene formen på Audi RS e-tron GT.

Tekst: Bernd Zerelles, foto: Robert Fischer, film: graupause Lesetid: 9 min

Nærbilde av viften i Audis aeroakustiske vindtunnel.Nærbilde av viften i Audis aeroakustiske vindtunnel.

Det første du legger merke til når du ser viften i Audis aeroakustiske vindtunnel, er klaringen mellom tuppen på de 20 rotorbladene og betongveggen rundt. Er disse centimeterne mangel på presisjon som kaster bort energi? Moni Islam, leder for utvikling av aerodynamikk og aeroakustikk hos Audi, kan berolige oss: «Når viften går med maks. effekt på 2720 kW, strekker sentrifugalkraften rotorbladene, slik at klaringen nesten forsvinner.»

Alle må forlate vindtunnelen. Her genereres kreftene som produserer vind med en hastighet på opptil 300 km/t i teststrekningen. «De 20 rotorbladene til viften med en diameter på fem meter begynner sakte å rotere. Den virvlende luftstrømmen stabiliseres først av de 27 ledeskovlene til statoren som er plassert lenger ned i tunnelen. Deretter endrer luften retning to ganger og fordeles jevnt av to spesialdesignede luftledeskovler på vei mot teststrekningen. Etter skovlene bryter gitre opp store luftvirvler som ikke er til å unngå ved hjørnene og viften. Luften ledes så gjennom et bikakeformet lag som retter ut strømmen, og videre til et stort kammer der den roes ned. Derfra akselereres luften gjennom en dyse med en innsnevringsgrad på 5,5 før den når Audi RS e-tron GT med ønsket hastighet.


Nærbilde av luftledeskovlene i Audis aeroakustiske vindtunnel.Nærbilde av luftledeskovlene i Audis aeroakustiske vindtunnel.
Thomas Redenbach, leder for utvikling av aerodynamikk og aeroakustikk, bilprosjekter hos Audi.Thomas Redenbach, leder for utvikling av aerodynamikk og aeroakustikk, bilprosjekter hos Audi.
Audi RS e-tron GT sett fra siden i vindtunnelen. Audi RS e-tron GT sett fra siden i vindtunnelen.
Bilen står på en presisjonsvekt som måler de aerodynamiske kreftene som virker på bilen. Hjulene står på fire små bånd. Et bredt rullebånd under bilen simulerer bilens bevegelse i forhold til veien i alle hastigheter. I tillegg er det perforerte plater som kan justeres svært presist, i gulvet foran bilen. De suger ut en del av luftstrømmen, det såkalte grensesjiktet, før den når bilen. Aerodynamikkingeniører kaller denne designen full bakkesimulering, og den sørger for en realistisk luftstrøm rundt bilen. Og det er akkurat så komplisert som det høres ut.


Kentaro Zens, aerodynamikkingeniøren med ansvar for Audi RS e-tron GT, peker mot undersiden av sportsbilen.Kentaro Zens, aerodynamikkingeniøren med ansvar for Audi RS e-tron GT, peker mot undersiden av sportsbilen.
Kentaro Zens og Thomas Redenbach diskuterer foran flere dataskjermer med Audi RS e-tron GT stående bak et vindu i bakgrunnen.Kentaro Zens og Thomas Redenbach diskuterer foran flere dataskjermer med Audi RS e-tron GT stående bak et vindu i bakgrunnen.

Stor innsats for en perfekt luftstrøm

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.»

Hver desimal vi kan forbedre luftmotstandskoeffisienten med, øker bilens rekkevidde.

Moni Islam

Moni Islam, leder for utvikling av aerodynamikk og aeroakustikk hos Audi, inne i støydempingssystemet til vindtunnelen.Moni Islam, leder for utvikling av aerodynamikk og aeroakustikk hos Audi, inne i støydempingssystemet til vindtunnelen.
Røyk strømmer fra sidespeilet og videre langs karosseriet til Audi RS e-tron GT.Røyk strømmer fra sidespeilet og videre langs karosseriet til Audi RS e-tron GT.
Arbeidsplass med to skjermer som viser opptak fra vindtunnelen og måledata.Arbeidsplass med to skjermer som viser opptak fra vindtunnelen og måledata.

Simuleringer kan ikke erstatte vindtunnelen

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.»

Vi investerer enormt mye tid i de siste 20 prosentene av optimeringen av de aerodynamiske egenskapene.

Thomas Redenbach

Øke den potensielle rekkevidden

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.

Thomas Redenbach og Kentaro Zens diskuterer mens de står under en løftet Audi RS e-tron GT. Thomas Redenbach og Kentaro Zens diskuterer mens de står under en løftet Audi RS e-tron GT.
En hånd peker på en plaststripe på undersiden av bilen. En hånd peker på en plaststripe på undersiden av bilen.

Detektivarbeid for hver desimal

«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.»

Røyk strømmer gjennom luftgardinen til hjulbuen på Audi RS e-tron GT.Røyk strømmer gjennom luftgardinen til hjulbuen på Audi RS e-tron GT.

Aerodynamikk skal legge til rette for design.

Kentaro Zens

Et annet eksempel han ønsker å fremheve, er den skarpe kanten som er integrert i baklyktene. «Det er komplekse virvler bak Audi RS e-tron GT, spesielt på grunn av den tredimensjonale formen. Å styre luftstrømmen rundt flatene er en utfordring. I simuleringen så vi at det fortsatt var rom for forbedring rundt baklyktene.»

Heldigvis var César Muntada, leder for lysdesign hos Audi, også tilstede i vindtunnelen under denne testen. Han modellerte raskt en lett bue utover på baklykten på leiremodellen, og nå brukes nøyaktig samme form på bilen i serieproduksjon. Ved hjelp av denne endringen sørget designerne og aerodynamikkingeniørene for at luftstrømmen deles kontrollert på baksiden av bilen i stedet for å bøye innover og generere nye virvler (som ville hatt stor innvirkning på luftmotstandskoeffisienten). «Innen aerodynamikken prøver vi å legge til rette for design», sier Kentaro Zens for å beskrive dette samarbeidet. Og det innebærer nitid detektivarbeid i vindtunnelen


Røyk strømmer over hekkspoileren på Audi RS e-tron GT.Røyk strømmer over hekkspoileren på Audi RS e-tron GT.
Nærbilde av viften i vindtunnelen.Nærbilde av viften i vindtunnelen.
 
Audi RS e-tron GT i et fotostudio.

Ideer blir virkelighet

Audi e-tron GT

Audi RS e-tron GT kombinerer imponerende ytelse med banebrytende design som forener de dynamiske proporsjonene til en Gran Turismo med de unike egenskapene til en Audi RS.