Innovatives Unternehmen nutzt Simcenter STAR-CCM+, um Spark Racing Technology bei der termingerechten Fertigstellung des Frontflügelprojekts zu unterstützen

Ein Team zusammenstellen

Der Motorsport ist das High-Tech-Testgelände für Nutzfahrzeuge. Elektroautos könnten die Zukunft der persönlichen Mobilität in unseren Städten und auf unseren Autobahnen sein. Daher ist der Umstieg auf Hochleistungs- und Hightech-Elektrorennen in der Formelklasse ein natürlicher Schritt. Der Internationale Automobilverband (FIA) hat daher 2012 die Formel-E-Meisterschaft ins Leben gerufen und 2014 die Premiere gefeiert.

Ein futuristisches Design für Formel-E-Rennen scheint perfekt zu passen, wenn man das potenzielle Schicksal der Elektroauto-Technologie bedenkt. Gleichzeitig muss die aerodynamische Leistung von Elektro-Rennwagen effizient sein und dennoch den Anforderungen an Sicherheit und Herstellbarkeit entsprechen.

Welche Art von Team und Technologie sind erforderlich, um die Herausforderung zu meistern, Design, Herstellbarkeit, Sicherheit und aerodynamische Leistung in einem neuen Formel-E-Rennwagen zu vereinen? Das wäre ein Team von Domänenspezialisten, die eng zusammenarbeiten und mit erstklassigen Tools ausgestattet sind.

Ein neues Design für den Frontflügel

Die FIA ist der Dachverband für den Motorsport. Darüber hinaus konzentriert sich die Organisation auf „sichere, nachhaltige und zugängliche Mobilität für alle Verkehrsteilnehmer weltweit“. Eine Schlüsseltechnologie für nachhaltige Mobilität sind Elektrofahrzeuge. In der Tat könnten Elektrofahrzeuge die Zukunft der individuellen Mobilität sein. Und die FIA wollte das Design des Rennwagens für die dritte Saison der Formel-E-Meisterschaft so aktualisieren, dass es diese futuristische Idee visuell widerspiegelt.

Der Designer des Formel-E-Rennwagens, Spark Racing Technology, musste ein neues Design für den Frontflügel entwerfen. Sie wollten ein futuristisches Design, das gut funktioniert und mit dem Rennwagen der vorherigen Generation mithalten oder ihn sogar verbessern kann. Angesichts der geplanten Vorlaufzeiten, die für die Auslieferung der Autos an die Rennteams für die dritte Saison erforderlich waren, musste das Designprojekt in zwei Monaten abgeschlossen werden.

Um diesen dringenden Zeitplan einhalten zu können, wandte sich Spark Racing Technology an die Aerodynamik-Experten von AOTECH. Die Teammitglieder von AOTECH und Spark Racing Technology sind Top-Experten auf ihrem Gebiet und arbeiten aufgrund ihrer früheren Projekte eng zusammen.

Der Zeitplan erforderte eine enge Kopplung von Design-Updates, Simulation, Analyse und Feedback für Design-Änderungen. Die Teams von Spark Racing Technology und AOTECH haben ihre Konstruktions-/Computer Aided Design (CAD)/Simulationsprozesse so eingerichtet, dass eine reibungslose Übertragung von Konstruktionsdaten, Analyseergebnissen und Änderungsvorschlägen möglich ist.

Für Rennsportkunden

Der Aerodynamik-Manager bei AOTECH ist Christophe Perrin, der schon in jungen Jahren den Motorsport als Beruf anstrebte. Er besuchte die französische Ingenieuruniversität ESTACA, die für ihr Ingenieurstudium in Automobil- und Luft- und Raumfahrttechnik bekannt ist, und konzentrierte sich auf Aerodynamik. Er fand einen Platz im ART Grand Prix-Team, entwarf 2006 deren Formel-3-Rennwagen und wurde schließlich für das aerodynamische Design bei ART Grand Prix verantwortlich.

Das ART Grand Prix-Team kann auf eine jahrelange Erfolgsgeschichte zurückblicken: In der Formel-3-Euroserie blieb das Team ART Grand Prix zwischen 2004 und 2009 in der Team- und Fahrerwertung ungeschlagen. Das Aerodynamik-Team von ART Grand Prix hat 2008 die CFD-Software (Computational Fluid Dynamics) in sein Analyse-Toolkit aufgenommen.

Perrin wechselte dann zu AOTECH, als das Unternehmen Ende 2010 gegründet wurde. AOTECH ist spezialisiert auf Simulatoren für den Motorsport und externe Aerodynamikstudien. AOTECH-Rennsimulatoren werden unter anderem für die Ausbildung von Fahrern eingesetzt, die zum ersten Mal an den 24 Stunden von Le Mans teilnehmen werden. Das Unternehmen arbeitet mit vielen Kunden aus dem Rennsport an aerodynamischen Studien, und AOTECH hat seitdem kommerzielle Automobilhersteller und Reifenhersteller in seine Kundenliste aufgenommen.

Unterschiedliche Ziele erreichen

Seit seiner Gründung verwendet AOTECH die Software Simcenter STAR-CCM+ ™ von Siemens Digital Industries Software für externe aerodynamische CFD-Studien. Simcenter STAR-CCM+, Teil des Simcenter-Portfolios™, bietet einen reibungslosen Workflow für externe CFD-Analysen, ein wesentlicher Vorteil von AOTECH.

Wie in der Formel 3 haben auch die aerodynamischen Designs der Formel E andere Ziele als die aerodynamischen Designs in der Formel 1. Bei Formel-1™-Rennen geht es in erster Linie um den Abtrieb. Für die Formel E zielt das aerodynamische Design auf die aerodynamische Effizienz ab, die sich aus dem Verhältnis von Luftwiderstand und Abtrieb ergibt.

Dieses Ziel machte die aerodynamische Leistung des neuen Designs des Formel-E-Rennwagens extrem wichtig. Die Leistung des Flügels sowohl für den Abtrieb als auch für den Luftwiderstand war ein kritischer Punkt. Es war möglich, ein neues, einfallsreiches Design zu entwickeln, aber es könnte eine geringere aerodynamische Leistung gehabt haben. Das Projekt sah sich mit vier Haupteinschränkungen konfrontiert:

• Zeit: Der Zeitplan des Projekts wurde komprimiert

• Zusammenarbeit: Es musste Teamarbeit zwischen Experten aus den Bereichen Design und Aerodynamik stattfinden

• Design: Streben nach der Balance zwischen aerodynamischer Leistung und Stil

• Fertigbarkeit und Sicherheit: Sicherstellen, dass das Auto gebaut werden und den Aufprall überstehen kann

Erfolg ruht auf drei Säulen

Diese Einschränkungen bilden die Grundlage für die Zusammenarbeit zwischen Spark Racing Technology und AOTECH. Die Unternehmen schufen einen reibungslosen Prozess für das Design, wobei der Prozess nahtlos vom Spark Racing Technology-Designer zur CAD-Modellierung und dann zum Simcenter STAR-CCM+ für die Oberflächenreinigung und -vernetzung, die Simulation und schließlich zur Nachbearbeitungsanalyse überging. Die Frontflügelsimulation umfasste 200 Millionen Zellen und stellte ein komplexes aerodynamisches Simulationsproblem dar. Das Team benötigte einen halben Tag, um das Modell zu reinigen, vorzubereiten und neu zu vernetzen und dann eine Simulation zu starten. Die Simcenter STAR-CCM+-Simulation lief einen weiteren Tag auf dem 128-Core-Cluster des Unternehmens. Drei Stunden wurden für die Nachbearbeitung und Analyse mit dem kostenlosen Standalone-Viewer STAR-View+ benötigt. Die beiden Teams überprüften die Simulationsergebnisse und die Implikationen für das Design. Bei einem so reibungslosen Workflow und Technologie-Toolset war eine der schwierigsten Phasen die Zusammenarbeit und Kommunikation für die nächste Überarbeitung von Designänderungen.

Das AOTECH-Team arbeitete bis Ende 2015 ununterbrochen und beendete im Februar 2016 die Analyse für Spark Racing Technology. Das futuristische Design erfüllte neben den Anforderungen an Fertigbarkeit und Sicherheit auch die ästhetischen und leistungsbezogenen Ziele des Projekts. Das Know-how der Teams, die partnerschaftliche Zusammenarbeit und ein reibungsloser technischer Ablauf bildeten die drei Säulen, die zum Erfolg führten. Die Produktion startete und die Fahrzeuge wurden an die Teams für die dritte Saison der FIA-Formel-E-Rennserie ausgeliefert.