Trabalho de detetive no túnel de vento​

Ao observar a gôndola do ventilador no túnel de vento aeroacústico da Audi, o que primeiro salta à vista é a fenda entre as extremidades das 20 pás do rotor e a estrutura de betão. Falta de precisão, desperdiçando energia? Dr. Moni Islam, chefe de Desenvolvimento de Aerodinâmica/Aeroacústica da Audi, esclarece: "Com uma potência máxima de acionamento da turbina de 2.720 kW, as pás de alumínio revestido alongam-se devido à força centrífuga, reduzindo quase completamente essa fenda."​

Depois, todos têm de sair do túnel de vento. Afinal, é aqui que é gerada a força que produz uma velocidade do vento de até 300 km/h no veículo a ser medido. As 20 pás da ventoinha de cinco metros começam a oscilar lentamente. O movimento rotativo do ar é estabilizado pela primeira vez pelas 27 palhetas-guia do estator que se encontram atrás dele. Seguem-se duas mudanças de direção no túnel de vento, que distribuem o ar uniformemente através de pás defletoras especialmente concebidas para o efeito. As grelhas após as pás cortam os grandes vórtices de ar que inevitavelmente surgem. O ar é então retificado por uma camada de grelha alveolar, acalmado na grande câmara subsequente - e depois acelerado por um fator de 5,5 através do bocal antes de atingir o Audi RS e-tron GT¹ à velocidade exata desejada.​

O Audi RS e-tron GT¹ assenta numa balança de precisão que mede as forças aerodinâmicas sobre o veículo. As rodas do veículo assentam em quatro mini passadeiras, que asseguram a sua rotação. Uma ampla passadeira por baixo do automóvel simula o movimento da estrada em relação ao veículo. Além disso, placas perfuradas finamente ajustáveis no piso à frente do veículo extraem parte do fluxo de ar - a chamada camada limite - antes de este chegar ao automóvel. Os aerodinamicistas chamam a esta conceção "simulação total no solo". Garante um fluxo realista à volta do veículo.​

O processo é tão complexo quanto parece.​

Um grande esforço para um fluxo de ar perfeito​

Dr. Kentaro Zens, engenheiro de desenvolvimento responsável pela aerodinâmica e aeroacústica do Audi RS e-tron GT¹: "Na estrada, o veículo move-se através do ar. Aqui, no túnel de vento, é exatamente o oposto: o veículo está parado e nós movemos o ar à sua volta o mais uniformemente possível. Fazemos um grande esforço. Só quando o fluxo de ar atinge o veículo com precisão é que podemos obter resultados de medição exatos em que podemos confiar."​

Zens senta-se no seu posto de trabalho junto ao painel de controlo onde os operadores controlam o túnel de vento. Este pode ler todos os dados relevantes nos ecrãs: Qual é o valor do coeficiente aerodinâmico, qual é a elevação do eixo dianteiro, qual é a elevação do eixo traseiro, a que velocidade do vento e a que velocidade da passadeira? Thomas Redenbach, Diretor de Desenvolvimento de Projetos de Aerodinâmica/Aeroacústica de Veículos, está ao seu lado: "Quando o centro de túneis de vento entrou em funcionamento, foi o primeiro túnel de vento para automóveis de passageiros do mundo a combinar a simulação no solo de condições reais de estrada para a aerodinâmica com uma funcionalidade de aeroacústica extremamente silenciosa.“​

Atualmente, o túnel de vento funciona seis dias por semana, em dois turnos, das 7h às 22h30. Quando a homologação conforme o ciclo WLTP foi introduzida por lei, o funcionamento chegou a atingir capacidade máxima. Moni Islam explica: "A complexidade deste túnel de vento exigiu o máximo empenho e a experiência técnica da nossa equipa irmã, que opera o túnel para nós há muitos anos. Na época, os nossos colegas da operação do túnel de vento disponibilizaram-nos 23 horas diárias de tempo de medição, pois precisamos de comprovar os valores WLTP ao legislador através de medições certificadas no túnel de vento."​

A simulação não substitui o túnel de vento​

​No entanto, as simulações em computador estão a desempenhar um papel cada vez mais importante no desenvolvimento da aerodinâmica. A simulação CFD (Computational Fluid Dynamics) reproduz o fluxo matematicamente e permite a análise e visualização de padrões de fluxo. Então, porquê fazer o trabalho moroso e dispendioso no túnel de vento? Thomas Redenbach: "O túnel de vento é a nossa ferramenta quotidiana, também para validar os resultados da simulação. Queremos continuar a desenvolver as simulações. Para as tornar válidas e representativas, temos de verificar os cálculos".​

No entanto, as simulações em computador estão a ficar cada vez melhores e mais importantes. Kentaro Zens: "Com o Audi RS e-tron GT¹, simulámos uma quantidade invulgarmente grande, mais de nove milhões de horas de CPU. Passei 150 horas no túnel de vento com o veículo. Isto é muito pouco". Em comparação: o Audi R8 teve 600 horas. Isto não mostra apenas a qualidade da forma que o design do Audi RS e-tron GT¹ implica. Também mostra que o processo de desenvolvimento foi bastante reduzido - um caminho que a Audi também pretende seguir em modelos futuros.​

Moni Islam acrescenta: "O túnel de vento e o CFD são duas ferramentas complementares no domínio da aerodinâmica. O túnel de vento é muito preciso e rápido, pelo que nos permite trabalhar de forma muito eficiente no processo de desenvolvimento dinâmico. A simulação fornece-nos uma quantidade incrível de informações, mas exige um grande esforço para preparar e analisar os resultados. O desenvolvimento moderno da aerodinâmica não seria possível com apenas uma destas duas ferramentas."​

Aproveitar o potencial da autonomia​

Com veículos elétricos como o Audi RS e-tron GT1, o pacote global é favorável à aerodinâmica (quanto mais não seja devido à parte inferior da carroçaria fechada). Mas os desafios para os 31 funcionários do departamento de desenvolvimento de veículos aerodinâmicos, liderado por Moni Islam, estão a aumentar. "Com cada milésimo de melhoria no coeficiente aerodinâmico, apercebemo-nos do potencial em termos de autonomia", é assim que Moni Islam define o desafio.

Os aerodinamicistas reconhecem o potencial do veículo com resultados de simulação que representam sensibilidades: Se eu alterar ligeiramente a geometria no ponto X da forma, quanto é que isso afeta o fluxo? E depois começa o que Islam descreve da seguinte forma: "A aerodinâmica é também um trabalho meticuloso de detetive, porque não se consegue ver o ar. Temos de tentar reduzir o problema através de uma abordagem analítica baseada nos valores dados pela balança no túnel de vento".​

Para isso, os engenheiros utilizam diferentes componentes desenvolvidos através do processo de Rapid Prototyping. Primeiro, são criadas construções em CAD para definir as geometrias das peças, como uma entrada de ar no para-choques dianteiro. Em seguida, a equipa de gestão de modelos transforma essas variantes – que podem ser três, quatro ou cinco – em peças de teste utilizando essa tecnologia avançada. Depois, os diferentes componentes são testados sequencialmente no modelo do veículo. As medições resultantes fornecem valores de coeficiente aerodinâmico e sustentação. Esses resultados são então comparados, pontualmente, com simulações CFD da mesma configuração, garantindo que as simulações sejam cada vez mais precisas e reprodutíveis.​

Trabalho de detetive por cada milésimo​

"São necessários 20 por cento do tempo para otimizar 80 por cento da aerodinâmica de um veículo. Mas para os últimos 20 por cento - trabalhar os milésimos de otimizações em muitos, muitos lugares pequenos - investimos uma enorme quantidade de tempo", diz Thomas Redenbach, descrevendo o trabalho de detetive no túnel de vento. "Só podemos produzir resultados de topo através deste elevado nível de empenho e atenção ao pormenor."​

Qual foi o pormenor mais difícil para o designer aerodinâmico do Audi RS e-tron GT¹ em termos de fluxo de ar neste Gran Turismo? Kentaro Zens reflete durante algum tempo. "O avental dianteiro com quatro componentes interligados. Como o ar flui para as entradas, a grelha interior fecha-se - mas depois surge o problema. O ar flui para algum lado. E isso não é desejável. Manter o controlo do fluxo de ar e ajustá-lo com precisão é o trabalho de precisão crucial. É um enorme esforço de equipa, porque os meus colegas da segurança automóvel, do design, da produção e da montagem têm todos de colaborar comigo.“​

Zens gostaria de salientar particularmente o design das chamadas cortinas de ar em interação com o arco da roda: "A estreita coordenação com os designers da Audi numa base semanal resultou na transição da secção dianteira para a lateral em torno da cortina de ar, não só sendo aerodinamicamente otimizada, mas também sendo um tema coerente no design geral. Tudo no Audi RS e-tron GT¹ tem uma função e um objetivo. Essa é uma funcionalidade autêntica, que eu realmente gosto no veículo."​

E há outro exemplo que lhe é particularmente importante: a aresta integrada na luz traseira. "Especialmente na secção traseira altamente tridimensional do Audi RS e-tron GT, existem muitos sistemas de vórtices. Orientar o fluxo de ar de forma eficiente ao longo das superfícies fortemente curvas é um verdadeiro desafio. Na simulação, identificámos que ainda havia potencial de melhoria na área da luz traseira.“​

Felizmente, César Muntada, chefe de design de iluminação da Audi, estava presente durante esta medição no túnel de vento. De forma espontânea, ele próprio modelou no clay model um ligeiro ângulo com um contraponto na luz traseira – um detalhe que hoje está exatamente assim no modelo de produção. Com esse pequeno ajuste, designers e aerodinamicistas garantiram que o fluxo de ar se separa de forma controlada na traseira, em vez de gerar turbulências para o interior – o que pioraria significativamente o coeficiente aerodinâmico."Na aerodinâmica, tentamos possibilitar o design", explica Kentaro Zens sobre esta colaboração. E para isso, é essencial uma coisa: um trabalho meticuloso de detetive no túnel de vento.​