Das Unterteam Aerodynamik stellt sich vor
Das Team Aerodynamik beschäftigt sich mit der Frage, wie die umströmende Luft unseren Rennwagen während der Fahrt beeinflusst. Steuert man die Luft gezielt um das Auto herum, kann man dadurch Abtrieb produzieren – sich also von der vorbeiströmenden Luft in die Fahrbahn drücken lassen – was zu mehr Grip und damit schnelleren Rundenzeiten führt. Da die gesamte Form des Wagens für den Abtrieb und Luftwiderstand verantwortlich ist, ist das Team neben Front- und Heckflügel auch für die Karosserie zuständig.
Die Auslegung der aerodynamischen Elemente erfolgt hauptsächlich mithilfe von CFD: Computational Fluid Dynamics, das heißt numerischer Strömungssimulationen am Computer, die es uns erlauben, die Strömung um das Auto zu visualisieren, sowie die dabei entstehenden Kräfte zu berechnen. Dadurch können wir viele verschiedene Design-Ideen miteinander vergleichen und am Ende das für uns beste Design auswählen. Für unser nächstes Auto sind die geplanten aerodynamischen Elemente optimierte Seitenkästen, Front- und Heckflügel sowie ein Unterboden mit Heckdiffusor.
Konstruktionsprozess
Noch vor der Konstruktion der aerodynamischen Elemente beschäftigen wir uns mit dem Konzept: Was wollen wir am Ende durch unsere Arbeit erreichen? Welche aerodynamischen Kennwerte müssen wir erreichen, um in der Rundenzeitsimulation die angepeilten Zeiten fahren zu können?
Iterative Optimierung
Die anschließende Konstruktion der aerodynamischen Elemente ist dabei eine Herausforderung, weil oftmals kein intuitiver Ansatz vorhanden ist und keine Standardlösungen verfügbar sind. Die Auswirkungen einer Veränderung, auch nur eines aerodynamischen Elements, lassen sich ohne Simulationen oft nicht vorhersagen, weil nahezu alle Elemente miteinander interagieren.
Besonders der Frontspoiler spielt dabei eine entscheidende Rolle, weil er als erster auf die Luft trifft und durch seine Nähe zum Boden besonders gut funktioniert. Er ermöglicht es, die Luft effektiv zu leiten und um kritische Bereiche herumzuführen. Kritisch sind vor allem die Räder, da sie frei in der Strömung stehen und damit große Turbulenzbereiche erzeugen, welche sich negativ auf die aerodynamische Performance des Wagens auswirken.
Der Heckflügel mag durch seine Größe besonders effektiv wirken, produziert jedoch den Großteil des Luftwiderstands am Auto und ist im Verhältnis zum Frontflügel meist der limitierende Faktor, denn seine Leistung muss der des Frontflügels angepasst sein, weil das Auto sonst unfahrbar wird. Seine Position hinter Fahrer und Überrollbügel, weit weg vom Boden, lässt ihn weniger effektiv als der Frontflügel in Bodennähe sein. Immerhin muss man beim Heckflügel keine Rücksicht mehr auf eine geordnete Strömung dahinter nehmen, weil der Heckflügel das letzte Bauteil des Autos ist.
Simulation
Bei der Strömungssimulation wird das Volumen um das Auto herum in viele verschieden große Zellen eingeteilt. Je mehr Zellen man benutzt, desto mehr Rechenressourcen benötigt man.
Wenn die Simulation den Effekt der Konstruktion bestätigt, kann eine weitere Optimierung durchgeführt werden, oder die Simulation muss in realen Versuchen, z.B. in einem Windkanal, mit einem Modell bestätigt werden. Da eine Simulation nur ein Versuch ist die Realität abzubilden, ist eine Validierung durch Versuche extrem wichtig.
