La pesadilla de la correlación de datos aerodinámicos

A pesar de todo el dinero que los equipos invierten y las nuevas tecnologías que se van desarrollando, o precisamente por ello, la compleja aerodinámica de los actuales Fórmula 1 hace que numerosas veces los equipos sufran con la correlación de datos. A continuación trataremos de dar unas nociones básicas y sencillas sobre esta pesadilla de los departamentos aerodinámicos.

La correlación es una relación o conexión (no perfecta repetición) de datos que provienen de diferentes fuentes. En el caso que nos ocupa es la relación/conexión de datos entre los resultados de la Dinámica Computacional de Fluidos, el túnel de viento, las mediciones en pista, y las sensaciones del piloto. Y una de las principales dificultades que surgen es que en términos generales los cuatro entornos no se ponen en relación en el mismo momento.

La primera relación que hay que buscar y asegurar es entre los datos de la DCF y el túnel de viento. El túnel es en la mayoría de los casos de desarrollos aerodinámicos el que tiene la última palabra para decidir qué es lo que se fabrica y qué no, para probarlo en pista y decidir si se usa en carrera o no. Pero no siempre; hay aspectos aerodinámicos específicos y particulares como el efecto térmico del calor proveniente de la refrigeración del motor o los frenos, para los cuales hoy la DCF está considerada la referencia absoluta debido a las limitaciones intrínsecas de un túnel de viento.

Cuando no hay buena correlación de datos entre el túnel y la pista, solucionarlo requiere de mucho tiempo y dinero. Además hoy en día están acostumbrados a trabajar con dos túneles de viento; en el peor de los casos puede ser que los resultados de dos túneles sean completamente diferentes, lo cual supone el primer problema a resolver por los equipos. Nunca los resultados coincidirán al 100%, pero el tiempo y la experiencia ayudan a definir una estrategia robusta que ayude a gestionar el desarrollo en dos o más túneles y elegir el mejor túnel para un desarrollo específico. Si hace falta, la DCF o la pista pueden emplearse como referencia para apoyar esta decisión. Así que la sinergia entre la DCF y los túneles es un factor clave para que el desarrollo aerodinámico sea lo más exitoso posible.

Llegamos a la pista

Cuando después de este trabajo se decide fabricar una nueva pieza, llega la hora de comparar los datos de la DCF y los túneles con lo que en realidad sucede en la pista, es decir, la información que llega de todos los sofisticados sensores con los que un F1 va equipado, y la opinión del piloto. Las sensaciones del piloto pueden ser definitivas aunque su opinión no sea siempre tan científica como les gustaría a los ingenieros, pero hay que recordar que no hay, ni habrá, ningún simulador, sistema, habilidad de interpretar datos... que pueda proporcionar información sobre el comportamiento general del coche al nivel de un piloto puntero. Las sensaciones del piloto merecen toda la atención, pero siendo objetivos, necesitan una correcta interpretación por experimentados ingenieros. El piloto puede confirmar que algo funciona de acuerdo a los datos disponibles, pero si algo no lo hace habría que estudiar por qué no lo hace.

Como os habréis dado cuenta, aún no hemos hablado de los tiempos por vuelta. Sin duda que son importantes, pero raramente es lo primero que se mira cuando se decide si un paquete aerodinámico es mejor que otro. Las condiciones cambiantes de las pistas y el estado de los neumáticos hacen que realizar un juicio en base al cronómetro sea muy difícil, e incluso peligroso. Hay que tener en cuenta que algunos desarrollos pueden producir una mejora en tiempo por vuelta de una décima o menos... Por supuesto no podemos dejar pasar la ocasión para hablar de los efectos de la enorme reducción de los test en los últimos años, y cómo ésto ha hecho avanzar las tecnologías de simulación.

Errores experimentales, limitaciones y niveles de incertidumbre

Como ya os estaréis imaginando el ejercicio de correlación de datos es mucho más complejo de lo que parece. A la hora de realizar la correlación entre los túneles y la pista hay que tener muy en cuenta que todos los experimentos tienen sus errores experimentales, limitaciones, y niveles de incertidumbre. Estos aspectos hay que tenerlos por supuesto en consideración si queremos obtener fiabilidad en los datos.

Un estudio de DCF nos dirá todo lo relacionado con las complejas características del flujo alrededor del coche (rutas de las líneas de flujo, niveles de vorticidad, recirculaciones, separaciones, aerodinámica interna, contribuciones de una pieza...) en torno a un coche virtual originado por CAD en una configuración fija, perfectamente rígido y estable, inmerso en un espacio vacío con un suelo liso y frío cuya velocidad está sincronizada con el flujo de aire, con un nivel de turbulencia logrado mediante un modelo matemático. Si el tiempo y las limitaciones de un equipo de DCF no lo impiden, también pueden tenerse en cuenta la falta de estabilidad del flujo o los efectos térmicos para mejorar el realismo. Así que podemos imaginar que la configuración calculada en DCF nunca es 100% igual a la de cualquier túnel o la pista. Algunas diferencias son toleradas en base a la experiencia.

Al mismo tiempo, el experimento en el túnel de viento, realizado con una maqueta a escala hecha a mano, informará sobre la evolución de fuerzas aerodinámicas, flujos internos y presiones mientras se cambia la posición del coche respecto al suelo (variando las alturas de los ejes delantero y trasero, la dirección, el balanceo... variables que se pueden combinar en el túnel. Pero los experimentos en el túnel implican que la física real se invierte, con un coche estacionario dentro de un tubo con aire en movimiento, a velocidad constante, y normalmente sin efectos térmicos. Inevitablemente todo es menos preciso que en el coche real, y las deformaciones de los neumáticos al girar se reproducen, pero siempre diferirán algo con la realidad o los cálculos de la DCF.

La complejidad de la realidad

En la pista, la pura realidad es muy compleja. Continuas variaciones de velocidad, aceleraciones longitudinales y laterales, deformaciones y degradación de los neumáticos, movimientos del chasis como balanceos y cabeceos, deformaciones de partes del coche según la velocidad, frenos y motor que producen calor y hay que refrigerar, superficie de la pista real con una capa de aire superficial caliente dependiendo de la temperatura de la pista, variabilidad de la pista con el tiempo, condiciones meteorológicas (sobre todo el viento), el efecto del casco del piloto en movimiento... todo se complica para calcular el apoyo (y su consistencia) y resistencia aerodinámica que el coche genera.

Con todo esto queremos decir que buscar la correcta correlación entre la DCF y el túnel con la pista, hay que establecer un "lenguaje común". De otro modo, si no se realizan todos los ensayos en condiciones similares y no se reconocen todos los errores no-evitables para tener en cuenta los efectos, todo puede convertirse en un juego de adivinanzas o en una total confrontación de datos...

Este es el motivo por el que los equipos suelen hacer test en recta a velocidad constante y altura de marcha controlada para estar más cerca de los datos de la DCF y el túnel, y verificar sus afirmaciones con cientos de sensores. El problemas es que esta especie de túnel de viento a escala real no puede simular el funcionamiento de la aerodinámica en frenadas y curvas, las fases más importantes... para las que el piloto deberá dar información lo más completa posible...

Conclusión

Aunque este es un tema sobre el que podría escribirse largo y tendido, en esta visión superficial ya podemos ver que el tema es enormemente complejo. El secreto es la metodología, organización e innovación. Métodos y procesos robustos deben asegurar que la comparación de datos entre diferentes ambientes está bajo control. Esto alimenta el proceso, gracias al conocimiento al que se llega sobre qué metodología tiene una correlación más fuerte para cada parte aerodinámica del coche. Un grupo de personas tiene que lidiar constantemente con estos aspectos, garantizando las correctas interacciones proactivas entre personas plenamente dedicadas a la DCF o al túnel de viento, para elevar la precisión de todas las medidas y ampliar el dominio de lo que es posible medir. La innovación significa la aplicación de cualquier tecnología que permita mejorar el realismo de la DCF y el túnel para elevar la precisión de todas las medidas.

La correlación no es algo que pueda perderse de golpe misteriosamente o mejorarse mágicamente. Los ingenieros de F1 son muy conscientes de que algunos procesos de las simulaciones no están suficientemente cerca de los resultados de análisis realizados sobre la pista, es decir, que no se entienden totalmente, por lo que identificar el proceso que falla es siempre el primer paso para resolver problemas de correlación.

fuente: gocar