Designparameter verstehen

Optimierung des Designs

Wurde ein allgemeines Verständnis der Strömungsmuster und wesentlichen Designparameter gewonnen, folgt ein sog. "Design of Experiments" (DOE) mit dem Optimierungstool Modefrontier®, das hunderte Simulationen zur Beurteilung des Designraums automatisch durchführt. Durch verschiedene Optimierungsalgorithmen konnte der Designraum mit minimalem Rechenaufwand untersucht und durch genetische Algorithmen eine Gruppe von vielversprechenden Design-Kandidaten identifiziert werden. Bei der Simulation auf einem High-Performance Computing (HPC)-Rechencluster unterteilte Ansys Fluent das Rechengitter und die Daten in mehrere Partitionen und wies jede Partition einem anderen Rechenknoten zu, was die Rechenzeit stark verkürzte.

Die Lage der Fahrzeugkomponenten schränkt den aerodynamischen Designspielraum oft ein. Beispielsweise definieren Rahmen und Schalldämpfer die maximale Ausdehnung des Heckdiffusors. Deshalb optimierte das Tool nur Übergangswinkel und -krümmungen im Diffusor, die ohne Störungen eingefügt werden konnten. Manchmal entfernte das Aerodynamik-Team definierte geometrische Einschränkungen, um festzustellen, ob ein erweiterter Designraum mit mehr Freiheitsgraden zusätzliche Verbesserungen erzielen kann und erarbeitete gemeinsam mit dem Design-Team ein neues Design. Zur weiteren Erhöhung des Anpressdrucks wurde zudem der Kühllufteinlass und -auslass der Bremsen optimiert. Die komplexe Geometrie der Bremsen erschwerte hier die Beurteilung im Windkanal, so dass diese fast vollständig per CFD-Simulation gestaltet wurden. Die CFD-Analyse zeigte, dass sogar die Form der Seitenspiegel in enger Wechselwirkung mit der Form des Motorlufteinlasses steht, weshalb die Entwickler die Spiegelform am 2014 GT2 veränderten, um ohne Kompromisse das beste Verhalten für den Motorlufteinlass zu erzielen.

LaFerrari

Die Entwickler des in Kleinserie hergestellten Hybrid-Sportwagens LaFerrari optimierten dessen Aerodynamik ebenfalls mit Ansys Fluent und sparten mit über 1.000 CFD-Simulationen 40 bis 50 Stunden Windkanaltests ein. Der LaFerrari besitzt im Front- und Heckbereich aktive, die Aerodynmik beeinflussende Baugruppen, die den Anpressdruck erhöhen und den Luftwiderstand reduzieren. Mit einem DOE wurde das aerodynamische Verhalten bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten, Nick-, Kipp- und Gierwinkeln sowie Klappenstellungen in Frontdiffusoren und Kühler untersucht. HPC-Lösungen von Ansys einschließlich neuer Software-Entwicklungen, wie verbesserte parallele Skalierbarkeit für sehr große Simulationsfälle und Unterstützung paralleler Dateisysteme, erlaubten die Verbesserung der Fahrzeugaerodynamik und -leistung unter Einhaltung der Entwicklungszeitpläne.

Sowohl beim GT2 als auch beim LaFerrari wurden die zeitsparenden CFD-Simulationen mit Windkanaltests kombiniert, um das durch Simulation optimierte Design zu verifizieren und zu validieren. Die zahlreichen Siege von Ferrari in den letzten Jahren in verschiedenen Le Mans-Rennserien zeugen vom Erfolg dieser Herangehensweise. kf