Walka o sekundy

Zespół BMW Sauber do obliczeń mechaniki płynów (CFD) wykorzystuje superkomputer Albert 2. Według oficjalnej specyfikacji technicznej sprzed dwóch lat był wtedy wyposażony w 512 dwurdzeniowych procesorów Intel Xeon 5160 (1024 rdzenie), 2048 GB pamięci RAM i osiągał moc 12,3 TFLOPS. Jak wynika z udostępnionych serwisowi tgdaily.com informacji, od tego czasu wyposażono go w nowe, 45-nanometrowe Xeony 5400 – w sumie maszyna ma obecnie 4096 rdzeni. Inne dane nie zostały ujawnione.

Rywalizacja w wyścigu Formuły 1 wydaje się niezbyt skomplikowana – na torze startuje jednocześnie 20 bolidów. Wygrywa ten, który po przejechaniu wyznaczonego dystansu (około 300 km) jako pierwszy przekroczy linię mety. Za zajęcie miejsca w pierwszej ósemce otrzymuje się punkty. Na końcu sezonu zdobywca największej liczby punktów zostaje mistrzem świata.

Wyścigi są rozgrywane na siedemnastu torach na świecie. Każdy ma inną charakterystykę. Dotyczy to nawierzchni (mniej lub bardziej przyczepnej), szerokości i liczby zakrętów. Stąd różne wyniki i rekordy w zależności od toru. Na przykład w tym sezonie najszybsze okrążenie wyścigu w Monaco Felippe Massa pokonał ze średnią prędkością 160 km/h, a na torze Monza we Włoszech rekordowy wynik, należący do Adriana Sutil, wyniósł 246 km/h. Wymienione tory to dwa skrajne przypadki – najwolniejszy i najszybszy.

Już choćby z powodu różnic charakterystyki torów przygotowanie uniwersalnego bolidu, wygrywającego wszystkie wyścigi, jest praktycznie niemożliwe. Dlatego inżynierowie starają się opracować auto, które będzie najlepsze w jak największej liczbie wyścigów i tym samym zdobędzie najwięcej punktów w klasyfikacji generalnej.

Proces konstruowania nowego samochodu zaczyna się z reguły już na początku sezonu, czyli po zakończeniu prac nad aktualnie startującym bolidem. Część zespołu zajmuje się konstrukcją przyszłorocznego auta, a reszta koncentruje się na tegorocznym. W miarę upływu czasu w rozwój aktualnie startującego pojazdu angażuje się coraz mniejsze siły, a coraz większe przenosi na konstrukcję przyszłorocznego.

Projektowanie nowych konstrukcji nie może się odbywać bez komputerów. Opracowywanie elementów samochodu umożliwiają aplikacje CAD, wspomagające proces projektowania. Niektóre części są wykonywane za pomocą sterowanych komputerowo robotów, które potrafią wycinać pożądane kształty w prawie każdym materiale.

Jednak technologicznym krzykiem mody w świecie konstruktorów F1 jest komputerowa symulacja mechaniki płynów CFD. System ten jest odpowiedzialny za odwzorowywanie przepływu powietrza wokół samochodu, czyli za aerodynamikę bolidu, która jest jednym z najważniejszych elementów decydujących o zwycięstwie. Do tej pory zespoły wydawały dziesiątki milionów euro na budowę oraz wynajmowanie tuneli aerodynamicznych, by przetestować w nich każdą konstruowaną część. Obecnie testy w tunelach zostały jednak ograniczone przez Międzynarodową Federację Samochodową FIA, co ma spowodować obniżenie kosztów w Formule 1. W trakcie sezonu zespoły mogą testować jedynie pomniejszone modele samochodów (do 60 proc. oryginalnej wielkości) z prędkością do 180 km/h.

Powietrze opływające bolid stawia tym większy opór, im szybciej samochód się porusza. W badaniach nad aerodynamiką chodzi przede wszystkim o to, by zminimalizować tę barierę, dzięki czemu auto będzie szybsze. Część oporu powietrza jest wykorzystywana jako siła docisku nadwozia do toru. Umożliwia pokonywanie zakrętów z większymi prędkościami, ale jednocześnie spowalnia samochód na prostej. Im mniej jest więc zakrętów na torze, tym mniejszy docisk się ustawia, by bolid osiągnął większą szybkość.

Dzięki CFD każdy element bolidu może być przetestowany wirtualnie. Pozwala to na znaczną oszczędność czasu, materiałów oraz pieniędzy – samo wypiekanie włókna węglowego, z którego zbudowane są samochody, trwa kilkanaście godzin. Technika CFD pozwala lepiej zrozumieć zasady aerodynamiki i tym samym tworzyć bardziej wydajne projekty, dobierać lepsze ustawienia bolidu na wyścig.

Ma to istotne znaczenie, ponieważ zespoły przygotowują na każdy sezon nie tylko po kilkanaście ustawień aerodynamicznych (na każdy tor), czyli ustawień skrzydeł przednich i tylnych oraz innych parametrów, przy których bolid najlepiej reaguje na danym torze. Tworzą też pakiety aerodynamiczne. W ich skład wchodzą m.in. przednie i tylne skrzydła, deflektory (element umieszczony za przednią osią bolida, przed wlotami powietrza do chłodnic) czy ściany boczne bolidu, których wielkość oraz kształt różnią się od zastosowanych na początku i są przygotowane do warunków panujących na danym torze.

Komputerowa symulacja to nie wszystko. Po pomyślnym przeprowadzeniu tego etapu element wykonuje się w pomniejszonej wersji, która trafia do prawdziwego tunelu aerodynamicznego. Po zakończeniu badań część zostaje wyprodukowana, a następnie trafia do samochodu testowego. Jeżeli po przejechaniu odpowiedniej liczby kilometrów element okaże się sprawny, zostanie zamontowany w aucie startującym w wyścigu.

Równie ważną rolę, co przy projektowaniu, komputery odgrywają na torze. W samochodzie jest zamontowanych ponad 100 różnych czujników, które mierzą wszystkie jego parametry. Zaczynając od najbardziej podstawowych, są to: prędkość, przyspieszenie, bieg, siła hamowania i otwarcie przepustnicy. Do pozostałych należą m.in. ugięcia zawieszenia poszczególnych kół, ciśnienie w oponach, zużycie paliwa czy temperatura olejów.

Dane z czujników gromadzi centralny komputer bolida i transmituje non stop z samochodu do boksów. Technikę komunikacji na żywo samochodu z obsługą techniczną nazywa się telemetrią. Informacje są przetwarzane w garażach, gdzie na ekranach monitorów sztab inżynierów obserwuje kolorowe wykresy. Gdy dzieje się to podczas treningów poprzedzających wyścig, można na podstawie analiz danych z czujników oraz wyniku jazdy wybrać strategię na wyścig oraz poprawić błędy kierowców.

Dodatkowo na ich podstawie łatwo stwierdzić, z czym bolid ma problemy, i dopracować ustawienia samochodu lub zmienić drobne elementy konstrukcji, by pojazd jak najlepiej pracował na danym torze. Dzięki telemetrii można także przewidzieć awarie. Pod koniec sezonu samochody, które startują w wyścigu, wyglądają wprawdzie tak samo jak na początku sezonu, ale jeżdżą np. 2 sekundy szybciej na okrążeniu, a w Formule 1 to ogromna różnica.

Zespoły, które są w stanie w pełni wykorzystać możliwości, jakie oferuje obecna technika komputerowa, uzyskują sporą przewagę. Potrafią lepiej poznać własny samochód oraz ograniczyć koszty konstrukcji nowego modelu. Rozwój mocy obliczeniowej komputerów umożliwi coraz precyzyjniejsze testy bez konieczności produkowania właściwego samochodu. Tylko czy jeśli wszystkie zespoły wyprodukują idealny samochód, nie zakończy się rywalizacja w Formule 1?