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Lavoro di ricerca nella galleria del vento

Nella galleria del vento aeroacustica Audi, gli specialisti dell'aerodinamica ottimizzano la forma di Audi RS e-tron GT fino alla perfezione.

03.05.2021 Testo: Bernd Zerelles − Foto: Robert Fischer − Filmato: graupause Tempo di lettura: 9 min

Audi RS e-tron GT: Consumo energetico combinato*: 20,2–19,3 kWh/100km (NEDC); 22,5–20,6 kWh/100km (WLTP)Emissioni di CO₂ nel ciclo combinato*: 0 g/km

Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

Audi RS e-tron GT: Consumo energetico combinato*: 20,2–19,3 kWh/100km (NEDC); 22,5–20,6 kWh/100km (WLTP)Emissioni di CO₂ nel ciclo combinato*: 0 g/km

Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

Primo piano di una turbina a rotore nella galleria del vento aeroacustica Audi.

Guardando la gondola del ventilatore della galleria del vento aeroacustica Audi, si nota per prima cosa lo spazio presente tra ciascuna delle estremità delle 20 pale del rotore della galleria del vento e la cornice in cemento. Pochi centimetri sbalorditivi. Mancanza di precisione che fa sprecare energia? Il Dr. Moni Islam, responsabile sviluppo aerodinamica/aeroacustica Audi, risponde così: "A una potenza di azionamento massima della turbina di 2.720 kW, le pale in alluminio rivestito si allungano grazie alla forza centrifuga, in modo da quasi chiudere tale divario. Dopotutto, è qui che viene generata la forza che si traduce in una velocità del vento massima di 300 km/h sul veicolo da misurare".

Quindi, tutti devono sgombrare la galleria del vento. Le 20 pale del ventilatore di cinque metri iniziano a muoversi lentamente, oscillando. Il movimento rotatorio dell'aria viene stabilizzato per la prima volta dalle 27 palette di guida dello statore collocato posteriormente. Nella galleria del vento, seguono due cambi di direzione che distribuiscono l'aria in modo uniforme mediante le pale deflettrici progettate appositamente. Le griglie dopo le pale tagliano nuovamente i grandi vortici d'aria che si creano inevitabilmente in corrispondenza degli angoli di deflessione e del ventilatore. Successivamente, l'aria viene raddrizzata da uno strato di griglia a nido d'ape, viene attenuata nella grande camera successiva, quindi viene accelerata di un fattore 5,5 dall'ugello, prima di colpire Audi RS e-tron GT alla velocità desiderata nel plenum, la camera principale.

Audi RS e-tron GT: Consumo energetico combinato*: 20,2–19,3 kWh/100km (NEDC); 22,5–20,6 kWh/100km (WLTP)Emissioni di CO₂ nel ciclo combinato*: 0 g/km

Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

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Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

Vista laterale di Audi RS e-tron GT all'interno della galleria del vento.

L'auto si trova su una bilancia di precisione utile a misurare le forze aerodinamiche che agiscono su di essa. Le ruote del veicolo poggiano su quattro mini tapis roulant, i quali garantiscono la rotazione delle ruote alla velocità del vento. Un ampio tapis roulant sotto l'auto simula il movimento della carreggiata rispetto al veicolo a tutte le velocità applicabili. Inoltre, le lamiere forate regolabili con precisione e situate sul fondo di fronte alla vettura aspirano parte del flusso, il cosiddetto strato limite, prima che arrivi all'auto. Gli esperti di aerodinamica chiamano questa struttura "simulazione completa del suolo", la quale garantisce un flusso realistico intorno al veicolo.

 

Una volta superata Audi RS e-tron GT, il getto d'aria ampliato dal plenum viene prelevato dal collettore retrostante e diretto nuovamente nei condotti della galleria del vento e alla turbina del rotore. Questo è il circuito dell'aria nella galleria del vento aeroacustica Audi. E ciò che sembra complesso, è effettivamente complesso.

Audi RS e-tron GT: Consumo energetico combinato*: 20,2–19,3 kWh/100km (NEDC); 22,5–20,6 kWh/100km (WLTP)Emissioni di CO₂ nel ciclo combinato*: 0 g/km

Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

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Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

Grandi sforzi per un flusso d'aria perfetto

Il Dr. Kentaro Zens, ingegnere di sviluppo responsabile dell'aerodinamica e dell'aeroacustica dell'Audi RS e-tron GT: "In strada, il veicolo si muove attraverso l'aria. Qui, nella galleria del vento, è esattamente il contrario: il veicolo è fermo e noi spostiamo l'aria in modo più uniforme possibile intorno a esso. Facciamo di tutto per ottenere un flusso d'aria perfetto. Solo quando il flusso arriva con precisione al veicolo, determiniamo risultati di misurazione esatti e affidabili".

 

Zens è seduto alla sua postazione di lavoro accanto al pannello di comando, dove gli operatori regolano le impostazioni nella galleria del vento. E può leggere tutti i dati rilevanti sugli schermi: il valore cW, la portanza dell'asse anteriore e quella dell'asse posteriore, la velocità del vento e la velocità del tapis roulant.

 

Accanto a lui c'è Thomas Redenbach, responsabile dello sviluppo dell'aerodinamica/aeroacustica per i progetti di vetture: "Quando il centro della galleria del vento è stato messo in funzione, questa è stata la prima galleria del vento per autovetture al mondo a unire la simulazione delle condizioni stradali reali per l'aerodinamica a una funzionalità aeroacustica estremamente silenziosa".

 

Oggi, la galleria del vento è attiva sei giorni alla settimana su due turni dalle 7:00 alle 22:30. Quando il legislatore ha introdotto l'omologazione secondo le specifiche WLTP, anche il pieno carico era all'ordine del giorno. Moni Islam: "La complessità di questa galleria del vento ha richiesto il massimo impegno e la competenza tecnica del nostro reparto gemello, che da molti anni gestisce la galleria per noi, giorno dopo giorno. All'epoca, i nostri colleghi addetti al funzionamento della galleria fornivano a noi sviluppatori 23 ore di misurazione al giorno. Infatti, dobbiamo provare i valori WLTP al legislatore con misurazioni certificate effettuate nella galleria del vento".

Audi RS e-tron GT: Consumo energetico combinato*: 20,2–19,3 kWh/100km (NEDC); 22,5–20,6 kWh/100km (WLTP)Emissioni di CO₂ nel ciclo combinato*: 0 g/km

Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

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Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

Ogni millesimo di miglioramento del valore cw aumenta le potenzialità in termini di portata.

Dr. Moni Islam

Il Dr. Moni Islam, responsabile dello sviluppo dell'aerodinamica/aeroacustica presso Audi, nell'impianto antirumore nella galleria del vento.
Il Dr. Moni Islam è il responsabile dello sviluppo dell'aerodinamica/aeroacustica di Audi. Qui spiega il funzionamento dell'impianto antirumore attivo nella galleria del vento.

La simulazione non sostituisce la galleria del vento

Tuttavia, le simulazioni al computer svolgono un ruolo sempre più importante anche nello sviluppo aerodinamico. La simulazione CFD (Computational Fluid Dynamics, in italiano: fluidodinamica computazionale o numerica) produce il flusso in modo computazionale e consente l'analisi e la visualizzazione dei modelli di flusso. Allora perché eseguire ancora un dispendioso lavoro all'interno della galleria del vento? Thomas Redenbach: "La galleria del vento è il nostro strumento quotidiano, anche per garantire i risultati della simulazione. Vogliamo perfezionare sempre più le simulazioni. Per renderle valide e rappresentative, dobbiamo rivedere i calcoli".

 

Ma l'efficacia e l'importanza delle simulazioni al computer è sempre maggiore. Kentaro Zens: "Per Audi RS e-tron GT abbiamo eseguito simulazioni per un periodo insolitamente elevato: oltre nove milioni di ore di CPU. Nella galleria del vento, sono stato 150 ore insieme al veicolo. È un tempo molto ridotto. A titolo comparativo: per Audi R8 ci sono volute 600 ore”. Ciò non solo dimostra la qualità della forma di cui dispone il design di Audi RS e-tron GT, ma anche che il processo di sviluppo è stato notevolmente ridotto: una strada che Audi si impegna a percorrere anche per i modelli futuri.

 

Moni Islam aggiunge: "La galleria del vento e la CFD sono due strumenti complementari nell'aerodinamica. La galleria del vento è molto precisa e rapida permettendoci di lavorare con grande efficienza nel processo di sviluppo dinamico. La simulazione ci fornisce un'incredibile quantità di informazioni, tuttavia richiede grosso impegno nella preparazione e nell'analisi dei risultati. Con uno solo di questi due strumenti non sarebbe possibile sviluppare l'aerodinamica moderna".

Audi RS e-tron GT: Consumo energetico combinato*: 20,2–19,3 kWh/100km (NEDC); 22,5–20,6 kWh/100km (WLTP)Emissioni di CO₂ nel ciclo combinato*: 0 g/km

Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

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Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

Nell'ultimo 20% dell'aerodinamica investiamo una quantità enorme di tempo.

Thomas Redenbach

Accrescimento del potenziale in termini di portata

Nei veicoli elettrici come Audi RS e-tron GT, il pacchetto aerodinamico complessivo è davvero vantaggioso (se non altro a causa del sottoscocca chiuso). Le sfide per i 31 dipendenti che lavorano nello sviluppo di veicoli aerodinamici nel dipartimento di Moni Islam sono però in aumento. "Con ogni millesimo di miglioramento del valore cW, facciamo leva sul potenziale in termini di portata", afferma Moni Islam.

 

Gli aerodinamici identificano il potenziale sul veicolo con risultati di simulazione che rappresentano le sensibilità: se modifico leggermente la geometria nel punto X della forma, questo quanto influisce sul flusso? E poi inizia ciò che Islam definisce così: "L'aerodinamica è anche un lavoro di ricerca meticoloso, poiché non puoi vedere l'aria. Devi tentare di limitare il problema mediante un approccio analitico basato sui valori indicati dalla bilancia nella galleria del vento".

 

A tale scopo, gli ingegneri lavorano inoltre con diversi componenti nel processo di prototipazione rapida. In primo luogo, vengono creati progetti CAD per definire le geometrie dei componenti, ad esempio una presa d'aria sulla grembialatura anteriore. Quindi, i colleghi della gestione dei modelli convertono le varianti desiderate (possono essere tre, quattro, cinque) in un componente sperimentale, utilizzando questa tecnica avanzata. Le diverse varianti dei componenti vengono poi testate in sequenza sul modello del veicolo. Le misurazioni forniscono quindi nuovamente i valori di cw e di portanza. Tali risultati vengono inoltre confrontati selettivamente con le simulazioni CFD della stessa esatta configurazione, in modo da ottenere, infine, risultati di simulazione riproducibili.

Audi RS e-tron GT: Consumo energetico combinato*: 20,2–19,3 kWh/100km (NEDC); 22,5–20,6 kWh/100km (WLTP)Emissioni di CO₂ nel ciclo combinato*: 0 g/km

Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

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Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

Lavoro investigativo per ogni millesimo

"Si può sviluppare l'80% dell'aerodinamica di un veicolo nel 20% del tempo. Ma per l'ultimo 20% dell'aerodinamica, vale a dire elaborare i millesimi di ottimizzazione in molti, molti piccoli punti, investiamo una quantità enorme di tempo", anche Thomas Redenbach illustra il lavoro investigativo nella galleria del vento. "Solo grazie alla grande dedizione e all'enorme attenzione ai dettagli possiamo produrre risultati eccellenti".

 

Dal punto di vista del flusso, qual è stato il dettaglio più difficile di questa Gran Turismo per il responsabile aerodinamico di Audi RS e-tron GT? Kentaro Zens riflette per un po'. "La grembialatura anteriore con quattro componenti a incastro. Poiché l'aria fluisce negli ingressi, la feritoia si chiude all'interno, ma il problema si verifica anche in questo caso. L'aria fluisce ovunque. E non è il risultato che si vuole ottenere. In questo caso, mantenere il controllo del flusso d'aria e adattarlo con precisione è il lavoro di messa a punto decisivo. Un enorme lavoro di squadra: i colleghi della sicurezza dei veicoli, della progettazione, della produzione e dell'assemblaggio devono infatti collaborare con me".

 

In particolare, Zens desidera sottolineare il design dei cosiddetti Air Curtain che interagiscono con il passaruota: "Uno stretto coordinamento settimanale con i designer Audi ha fatto sì che il passaggio dalla parte anteriore a quella laterale intorno all'Air Curtain non solo sia ottimale dal punto di vista aerodinamico, ma sia anche un tema coerente nel design complessivo. Tutto in Audi RS e-tron GT ha una funzione e uno scopo. Si tratta di una funzionalità autentica del veicolo che mi piace molto".

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Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

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Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

Il fumo fluisce attraverso l'Air Curtain al passaruota di Audi RS e-tron GT.
Con la cosiddetta lancia a fumo è possibile rendere visibile il flusso d'aria. Qui mostra il percorso ottimale del flusso attraverso l'Air Curtain verso il passaruota.
L'aerodinamica prova a rendere possibile il design.

Dr. Kentaro Zens

Nella galleria del vento Zens ha testato millimetro per millimetro anche la posizione dello spoiler posteriore, con l'obiettivo di determinare le posizioni ottimali. E ancora un altro esempio gli sta a cuore: il bordo integrato nel fanale posteriore. "Proprio nella parte posteriore molto tridimensionale di Audi RS e-tron GT sono presenti tanti sistemi a vortice. Indirizzare il flusso in modo pulito intorno alle superfici altamente curve risulta essere una vera sfida. Nella simulazione, abbiamo visto che c'era ancora potenziale di miglioramento per il fanale posteriore".

 

Fortunatamente, anche César Muntada, responsabile del design delle luci di Audi, era presente durante questa misurazione nella galleria del vento. Senza ulteriori indugi, ha modellato l'esemplare in argilla dotandolo di una leggera curva esterna con un contraccolpo nel fanale posteriore, ora installato esattamente allo stesso modo sul veicolo di produzione. Grazie a questa leggera curva, progettisti e aerodinamici raggiungono insieme l'obiettivo: il flusso si interrompe in modo definito nella parte posteriore, invece di tirare verso l'interno con vorticosità (che peggiorerebbe notevolmente il valore di cw). "Stiamo cercando di rendere possibile il design nell'aerodinamica", Kentaro Zens descrive questa collaborazione. E ciò include un meticoloso lavoro di ricerca nella galleria del vento.

Audi RS e-tron GT: Consumo energetico combinato*: 20,2–19,3 kWh/100km (NEDC); 22,5–20,6 kWh/100km (WLTP)Emissioni di CO₂ nel ciclo combinato*: 0 g/km

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Audi RS e-tron GT in uno studio fotografico.

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Le specifiche indicate sono valide solo in Germania e non sono valide in altri Paesi.

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