Behärska luften

Foto: Mercedez - AMG Petronas Motorsport
I sökandet efter den perfekta aerodynamiken förlitar sig Mercedes-AMG Petronas Motorsport och ebm-papst på simuleringar, tester och ständiga förbättringar.
Optimal aerodynamik är ett grundläggande krav som ger framgångar för både Mercedes-AMG Petronas Motorsport och ebm-papst. "Vi vet båda hur viktigt luftflödet är för prestandan", förklarar Geoff Willis, Teknisk Direktör på Mercedes-AMG Petronas Motorsport. "Där vårt aerodynamiska fokus är att uppnå den högsta möjliga nedåtriktade kraften, är fokus på en fläkt att förbättra luftflödet på bästa möjliga sätt". Även om Formel 1-teamet och ebm-papst har olika utmaningar, använder partnerna liknande metoder för att genomföra ständiga förbättringar. "Formel 1-teamet och vi använder samma verktyg: å ena sidan numeriska resurser och program för simulering. Å andra sidan experimenterandet med modeller och verkliga produkter ", säger Dr. Jürgen Schöne, Chef för Aerodynamikavdelningen vid ebm-papst i Mulfingen.

Simuleringar: Luftflöde med siffror
En effekt av den stora friheten under utvecklingsarbetet är att simuleringar blivit en viktig del av båda partnernas utvecklingsprocesser. ebm-papst använder simuleringsverktyg för att komprimera utvecklingsperioden och upptäcka tekniska potentialer som annars skulle vara svåra att upptäcka. "Numeriska simuleringar tillåter oss att utforska ett mycket större antal variationer än vad som någonsin skulle vara möjligt att undersöka med hjälp av ett experimentellt tillvägagångssätt. På så sätt har vi möjlighet att komma fram till väldigt olika geometrier och förbättringar”, förklarar Schöne.


Luftflödessimulering med radialfläkten RadiPac

Med CFD-simulering (CFD, Computational fluid dynamics) beräknar ingenjörerna hos ebm-papst aerodynamiska egenskaper hos exempelvis fläktblad. RadiCal, en centrifugalfläkt som är idealisk för många ventilations- och luftkonditioneringsapplikationer, var den första "mjukvaruutvecklade" produkten som skapades på det sättet.

Simuleringar hjälper Mercedes-AMG Petronas Motorsport att förbättra sin förståelse för de komplexa luftflödena runt en Formel 1-bil och studera vilka de aerodynamiska konsekvenserna blir av även mycket små förändringar. Teamet använder informationen för att justera bilen optimalt till exempelvis en aktuell bana. Willis förklarar: "Luftflödet över en Formel 1-bil är väldigt invecklat och svårt att tämja: virvlande luftströmmar som interagerar med varandra, komplicerade flöden runt roterande hjul och små förändringar i bilens egenskaper när den accelererar, bromsar eller svänger. Nyckeln till framgång är att ha en grundlig förståelse för de många komplexa flödesstrukturerna. Denna kunskap är uppbyggd med hjälp av en kombination av beräkningssimuleringar (CFD) och experimentella resultat från vindtunneln och från banan. "

Experiment: Sanningens ögonblick
Medan Mercedes-AMG Petronas Motorsport går till vindtunneln eller racerbanan för sina tester, använder ingenjörerna från ebm-papst tunnlar där både luftflödeskapacitet och ljud kan mätas. "För oss är det viktigaste målet med experimenten att verifiera de värden vi fått vid simuleringarna. Trots allt är dagens resultat inte perfekta - och speglar inte den absoluta sanningen”, säger Schöne. "Och vi gör även experiment för att studera våra fläktars egenskaper och prestanda i komplexa kundprodukter eller för att titta närmare på deras akustik. Det finns faktiskt några simuleringsverktyg för detta ändamål, men de är fortfarande i utvecklingsfasen. "

"För oss är det viktigaste målet med experimenten att verifiera de värden vi fått vid simuleringarna. Trots allt är dagens resultat inte perfekta - och speglar inte den absoluta sanningen”, Dr. Jürgen Schöne, Chef för Aerodynamikavdelningen vid ebm-papst i Mulfingen.

Resultaten från vindtunneln är lika viktiga för Mercedes-AMG Petronas Motorsport då de gör det möjligt att verifiera resultaten från simuleringarna. "På grund av luftflödenas komplicerade karaktär kämpar CFD ibland för att ge oss en riktigt noggrann simulering av vad som faktiskt händer. Vindtunneln ger oss en närmare representation av vilka effekterna blir på bilen ", förklarar Willis. De regler som Formel 1-teamen lyder under vid testerna resulterar i en stor skillnad mellan arbetssätten hos ebm-papst och Mercedes-AMG Petronas Motorsport.

Aerodynamiska experter med erfarenhet
"Vi är begränsade av de regler för skala och vindhastighet som gäller för våra tester, och en skalmodell med reducerad hastighet kommer aldrig helt att återspegla det som händer med en bil på tävlingsbanan", säger Willis. Därför är Formel 1-teamet beroende av erfarna aerodynamiska experter för att tolka resultaten från vindtunnelexperimenten, simuleringarna och de få testdagarna de har tillgängliga. På ebm-papst blir aerodynamikexperterna vanligtvis ombedda att bidra med sina erfarenheter när det gäller anpassning av produkter för att resultatet ska bli optimala kundapplikationer. Ju bättre de banar vägen, ju effektivare blir den totala utvecklingsprocessen.

”Den förståelse för aerodynamik som ebm-papst har är en avgörande anledning till att de ligger i topp när det gäller kyllösningar”
Geoff Willis, Teknisk Direktör på Mercedes-AMG Petronas Motorsport

Willis beskriver hur de blivit framgångsrika: ”Den förståelse för aerodynamik som ebm-papst har är en av de viktigaste orsakerna till att de ligger i toppen i sin bransch när det gäller kyllösningar. Att få till aerodynamiken rätt är avgörande för en racerbil, men även för en fläkt så att den kan vara så effektiv som möjligt”.

RadiCal: Effektiva radialfläktar för lågtrycksapplikationer
Kammarfläkten RadiPac - Överlägsen prestanda för luftbehandlingsaggregat