Aerodynamické laboratoře GM - Větrný tunel

Nina Tortosa, inženýrka Aerodynamické laboratoře GM, uchopila hadici s tryskou vyvíječe kouře, vítr v tunelu zesílil, přiložila ji k modelu Chevrolet Volt v měřítku 1:3 a předváděla zviditelněné proudění okolo karoserie budoucího sériového vozu. Vzpomněl jsem si na staré časy, kdy nám pan inženýr Svatopluk Krajina na Střední průmyslové škole strojnické v pražské Masné ulici přednášel v hodinách Aerodynamiky a Stavby letadel o podobnosti proudění, tvarovém (tlakovém) odporu, Reynoldsově čísle, Bernoulliho rovnici, aerodynamických profilech a dalších zajímavostech, jež jsem tehdy slyšel poprvé, stejně jako jsem poprvé navštívil malý vzduchový tunel VZLÚ v Praze-Letňanech. Nyní jsem stál už v několikátém aerodynamickém tunelu v různých částech světa a žasnul nad tím, že to, co jsem se učil na průmyslovce, vlastně stále platí, a to i u největšího automobilového koncernu světa. Při obtékání dvou geometricky podobných těles pod stejným úhlem, různě velkých, různou rychlostí, při odlišné měrné hmotě a kinematické viskozitě (např. zmenšený model a skutečné letadlo, či automobil) bude rozložení rychlostí, tvar proudění, průběh tlaku na povrchu tělesa a síly na těleso působící podobné, tzn. u obou těles v určitém poměru. Rozborem bylo dokázáno, že k této mechanické podobnosti dojde tehdy, bude‑li zachován poměr mezi setrvačnými a třecími silami, tedy shodné Reynoldsovo číslo. V takovém případě lze použít výsledky měření na modelu přímo pro výrobek ve skutečné velikosti.

 

Podle Franka Webera, šéfa programu GM E‑Flex, je optimalizace aerodynamického řešení pro Chevrolet Volt mnohem důležitější než snižování hmotnosti, neboť překonání odporu vzduchu za pohybu vozidla představuje kolem 20 % vynaložené energie, takže má přímý vliv na spotřebu paliva, avšak u hmotnosti je tato závislost méně dramatická. Platí to zvláště u elektromobilů nové generace, a proto Ed Welburn, viceprezident globálního designu GM, inicioval vznik nového designerského studia E‑Flex při GM Advanced Design Center ve Warrenu, v němž pětačtyřicetičlenný tým pod vedením Boba Bonifaceho a Tima Griega (interiér) vyvinul nejprve studii Volt a nyní dokončuje pozměněné tvary sériové verze. Úzce při tom spolupracují s GM Aerodynamics Laboratory, která v účelově postavené budově otevřela v roce 1980 nový aerodynamický tunel.

Přestože vývoj Voltu začal na modelech 1:3, k jejichž autorům patří Nina Tortosa, dovoluje větrný tunel GM zkoušky vozidel ve skutečné velikosti (viz snímky). Při vývoji modelu, jenž zahrnuje detailní zpracování motorového prostoru a spodku vozidla, se využívá virtuální aerodynamické laboratoře (VAL) s počítačovou simulací proudění CFD (Computa-tional Fluid Dynamics); na počítači se také zkoumá tvarový odpor jednotlivých variant designu. Vývoj pak pokračuje na modelech ve skutečném měřítku, resp. na skutečných vozidlech („Nevěřili byste, jak významně ovlivňuje součinitel odporu vzduchu každý detail, či doplněk karoserie,“ říká Weber). Podle Eda Welburna se intenzivním vývojem podařilo snížit součinitel odporu vzduchu u Voltu o plnou třetinu proti původnímu prototypu. První aerodynamická laboratoř GM vznikla v sedmdesátých letech po zavedení fleetové normy spotřeby CAFE (Corporate Average Fuel Economy), v roce 1977 byla zahájena stavba větrného tunelu ve Warrenu, první testy proběhly v roce 1980 a toto zařízení nadále zůstává největším aerodynamickým tunelem na světě v automobilovém průmyslu (větší jsou jen letecké tunely, největší má NASA). První měření v aerodynamickém tunelu uskutečnil General Motors už v roce 1953 pro model turbínového prototypu GM Firebird I, ovšem v tunelu California Institute of Technology; později si pronajímal tunel leteckého výrobce Lockheed v Georgii a od roku 1972 využíval menší tunel u GM Harrison Radiator Division. Po dostavbě velkého tunelu ve Warrenu naopak poskytl jeho služby národním lyžařským týmům Kanady a USA, tvůrcům lodí America’s Cup, rychlostním cyklistům, týmu solárních vozidel Sunrayce atd. Všechna nová vozidla General Motors nyní procházejí aerodynamickým vývojem právě v tomto obřím tunelu.

 

A jaké má větrný tunel GM parametry? Proudění vzduchu rychlostí do 250 km/h v uzavřeném okruhu vytváří šestilistá vrtule ø 13,1 m dřevěné lepené konstrukce, kterou na otáčky až 2700 min‑1 roztáčí mohutný stejnosměrný elektromotor o největším výkonu 2984 kW (přes 4000 k), resp. trvalém 2238 kW (3045 k). K dispozici jsou dvoje šestikomponentní váhy (pro modely a pro vozy ve skutečné velikosti), jež umožňují také úhlové natočení objektu proti proudu vzduchu; měřicí sekce se stupněm zúžení 5:1 je dlouhá 21,3 m, široká 10,4 m a vysoká 5,4 m. Pro snížení hlučnosti jsou stěny obloženy perforovanými panely, proudění usměrňují otočné klapky a posilují ocelové sítě. Během let byl zdokonalen počítačový kontrolní systém a všechna nová vozidla General Motors procházejí aerodynamickým vývojem právě v největším tunelu, jaký pracuje v automobilovém průmyslu. Nevěřili byste, jak silný je vítr o rychlosti pouhých 48 km/h. Oči jsme si chránili speciálními brýlemi…


Zdroj: Automobil 05/08