Wie ein Windkanal in der Formel 1 aufgebaut wird

(Motorsport-Total.com) - Noch vor ein paar Jahren prophezeiten einige der klügsten Köpfe der Formel 1 eine Zukunft, in der Windkanäle nicht mehr benötigt würden. Man denke nur an die enormen Kosten, die mit dem Betrieb verbunden sind.

Es wird ein gigantischer Ventilator in einem großen, leeren Raum betrieben, in dem sich lediglich ein 60-prozentiges Modell eines Autos befindet, und nimmt viel Zeit in Anspruch, um die generierten Daten zu analysieren.

Es schien, dass der technologische Fortschritt einen Wendepunkt erreicht hatte, an dem Computersimulationen all dies leisten könnten und präzise und effektiv die Strömungsmuster um ein Auto vorhersagen könnten.

Und doch sind wir hier, im Jahr 2024, und zwei Formel-1-Teams befinden sich entweder im Bau oder in der Fertigstellung brandneuer Windkanal-Designs.

Aston Martin befindet sich in der Inbetriebnahmephase seiner neuen hausinternen Anlage, während Red Bull plant, bis 2026 einen neuen Windkanal in Betrieb zu nehmen. McLaren hatte seinen neuen Kanal bereits 2023 fertiggestellt.

Die Erwartungen der Teams an die neuen Anlagen sind enorm. Sie werden oft als ein bedeutender Faktor für die Leistung angesehen, der das Schicksal eines Teams verändern und jede Andeutung eines Abfalls stoppen kann.

Aber wie immer ist es nicht ganz so einfach - selbst nach dem Bau ist monatelange Arbeit erforderlich, bevor der Windkanal auch nur ansatzweise einsatzfähig ist.

In diesen Monaten gibt es erhebliche Herausforderungen, um die Windkanäle einsatzbereit zu machen. Aston Martin ist bereits darin eingetaucht, während Red Bull sich in etwa zwölf Monaten dieser Arbeit widmen muss, wenn es den alten Bedford-Kanal, der aus der Ära des Kalten Krieges stammt, verlässt.

Der Windkanal ist "ein Labor"

Über diese Herausforderungen hört man selten etwas. Die gängige Erzählweise lautet oft: "Team X hat einen neuen Windkanal, er wird sofort funktionieren und das Auto wird konkurrenzfähig sein." Wir erklären, wie man einen Windtunnel einrichtet und welche Arbeiten Aston Martin und Red Bull vor sich haben.

Dazu haben wir den ehemaligen Formel-1-Aerodynamiker Jean-Claude Migeot - früher bei Tyrrell und Ferrari und Architekt der "hohen Nase" - gebeten, uns zu unterstützen.

Migeot war nach seiner Formel-1-Karriere stark in die Entwicklung mehrerer Windkanäle involviert, darunter die Aerolab- und Fondtech-Anlagen in Italien, und ist daher die ideale Person, um uns bei den Details zu helfen.

"Zuerst einmal glaube ich nicht, dass man sofort Vorteile hat", beginnt Migeot. "Man muss Vertrauen aufbauen. Ein Windkanal ist nicht die Realität, er ist ein Labor. Man muss also darauf vertrauen, dass er sich wie ein Labor verhält, das heißt, wenn man etwas wiederholt, sind die Ergebnisse perfekt reproduzierbar."

"Das ist die Mindestanforderung. So entsteht Vertrauen zwischen dem realen Fahrzeug und der Simulation im Windkanal. Es dauert eine Weile, dieses Vertrauen aufzubauen. Aber das hängt vom Hintergrund der Leute ab, die ihn nutzen."

Hier verweist er auf das Beispiel von McLaren, das auf seinen neuen Windtunnel umgestiegen ist und damit die Abhängigkeit von den Toyota-Anlagen in Köln beendet hat.

Dies fiel zusammen mit dem Fortschritt des Teams im Jahr 2023, als Upgrades die Mannschaft aus Woking von einer mittleren Position in die Spitze des Feldes katapultierten. Der Bau des Windkanals ist jedoch nur der erste Schritt.

Sobald der Bau abgeschlossen ist und alle Überwachungsgeräte installiert sind, muss der Kanal eine sogenannte "Inbetriebnahme" durchlaufen, bevor die Arbeit mit einem Kalibrierungsmodell beginnen kann. Es ist ein langwieriger Prozess, in dem Aston Martin derzeit steckt, um den Kanal für 2025 einsatzbereit zu machen.

"Schritt Null ist die Inbetriebnahme", erklärt Migeot. "Dabei muss man prüfen, ob das, was einem verkauft wurde, auch wirklich erreicht wurde - etwa die Luftverteilung, die Turbulenzen, die Temperaturkontrolle, die enorm wichtig ist."

"Man muss den Kanal unter allen Bedingungen laufen lassen und zunächst überprüfen, ob der Erbauer gute Arbeit geleistet hat, und dann die gesamte Elektronik für die Steuergeräte in Betrieb nehmen. Das ist eine enorme Arbeit für eine Gruppe von Leuten und dauert mindestens einen Monat", weiß Migeot.

"Wenn das dann in Ordnung ist - weil falls nicht, dann dauert das Beheben der Probleme nicht Stunden, sondern Tage und Wochen -, beginnt man mit dem Modell zu arbeiten."

Das Problem mit der Korrelation

Das aktuelle Reglement der Formel 1 durchläuft mittlerweile sein drittes Jahr, und die gestiegene Wettbewerbsfähigkeit des Feldes in der Saison 2024 zeigt das Maß an Annäherung, das durch stabile Regeln erreicht werden kann.

Die Teams müssen tief graben, um Verbesserungsmöglichkeiten zu finden. Das kann jedoch zu Korrelationsproblemen zwischen Windkanal und den Ergebnissen auf der Strecke führen.

Zum Beispiel könnte ein neuer Unterboden, der im Windkanal getestet wurde, Daten liefern, die nahelegen, dass es sich lohnen würde, ihn als Upgrade für ein zukünftiges Rennen in die Produktionsphase aufzunehmen.

Sobald er einsatzbereit ist, testet das Team ihn am Rennwochenende. Aber entweder bringt er nicht die erhofften Gewinne oder, schlimmer noch, führt zu Instabilität im Auto. Es gibt einige bemerkenswerte Beispiele dafür im Jahr 2024.

Ferrari erlebte eine Phase mit Unterboden-Upgrades, die das Bouncing bei hohen Geschwindigkeiten zunehmend verschlimmerten, während das Imola-Upgrade von Aston Martin das Auto schwerer zu beherrschen machte.

Racing Bulls und Mercedes haben beide Unterboden-Upgrades zurückgenommen, und bei Red Bull hat es lange gedauert, bis die Updates zur Saisonmitte, die eine Reihe von Balanceproblemen mit sich brachten, wieder in Ordnung waren.

Die allgemeine Erklärung lautet, dass es sich um ein Korrelationproblem handelt, und auf den ersten Blick stimmt das. Ein Teil davon hängt damit zusammen, wie ein Windkanal kalibriert ist, und möglicherweise gibt es irgendwo im Kanal Verluste, die es schwierig machen, den richtigen Wert zu erreichen.

Ein Beispiel hierfür ist Renaults Rückschritt im Jahr 2007, als das Team beim Wechsel von Michelin- zu Bridgestone-Reifen durch das geänderte Reifenprofil Probleme hatte.

Migeot erklärt, dass ein Windkanal nicht perfekt kalibriert sein muss, um den realen Bedingungen auf der Strecke zu entsprechen, aber die Unterschiede zwischen den Werten im Kanal und in der Realität müssen konsistent sein.

"Der Kanal wird Ihnen nicht die Wahrheit liefern. Er gibt Ihnen etwas, das im besten Fall konsistent mit der Realität ist. Wenn Sie eine ziemlich feste Abweichung zwischen Realität und Kanal haben, ist das in Ordnung; es kann nicht identisch sein."

"Wenn Sie sicher sind, dass eine Verbesserung im Kanal auch auf der Strecke eine Verbesserung bewirkt, sparen Sie viel Zeit. Bei vielen funktioniert das nicht. Upgrades werden an die Strecke gebracht, und dann kehrt man oft zur alten Konfiguration zurück. Ich denke, dass viele Teams Korrelationsprobleme haben."

Ist eine perfekte Korrelation also überhaupt möglich? "Das ist eine endlose Suche, die man nie abschließen kann", stellt Migeot fest. "Man ist in einer glücklichen Lage, wenn man Vertrauen hat, aber die Situation kann sich schnell ändern."

"Es gibt viele Unzulänglichkeiten, wie zum Beispiel bei den Gummireifen (am Modell), vielleicht hat man nicht das richtige Reifenprofil. Es gibt viele Kompromisse und vielleicht hundert Unterschiede, die man im Kanal nicht berücksichtigen kann. Man gibt sein Bestes und versucht, diese Einflüsse möglichst kleinzuhalten."

"Dann hat man es mit einem festen Fehler zu tun, und man kann seine Entwicklung und Verbesserungen durchführen. Aber wenn plötzlich einer dieser Faktoren die Ergebnisse stark beeinflusst, ist man wieder in der Korrelationsarbeit."

"So ändert sich die Reifendimension heutzutage nicht oft, aber schon der Zustand des Reifens, ob neu oder gebraucht, kann auf der Strecke einen Unterschied machen."

"All das muss man sammeln, und das braucht Zeit. Es ist ein unendliches Thema. Ich denke, es gibt immer Leute, die messen, was auf der Strecke passiert ist. Wenn man nur in einigen Fällen keine Korrelation herstellen kann, hält einen das nicht auf."

"Aber wenn ein Auto bei einem Rennen in der ersten Startreihe und im nächsten in der dritten oder vierten Reihe steht, dann hat man ein Problem", weiß der erfahrene Ingenieur.