Невидимое стало видимым: новая эра велоспорта благодаря технологиям Формулы-1

Photo © Red Bull Content Pool / George Marshall

Велокоманда Red Bull – BORA – hansgrohe рассказала о проведённых совместно со Specialized  и со специалистами по измерениям из компании LaVision испытаниях с использованием метода измерения скорости частиц (PIV), цифровой трассерной визуализации, — технологии, ранее известной только в Формуле-1. Испытания проводились в аэродинамической лаборатории Catesby Aero Research Facility, расположенной в выведенном из эксплуатации железнодорожном туннеле в Англии.

В луче лазера  поток воздуха становится видимым, что позволяет вывести аэродинамику на новый научный уровень. Впервые движение воздуха вокруг гонщика и велосипеда было зафиксировано с такой детализацией с помощью миллионов микроскопических пузырьков гелия, подсвеченных лазерами. Было записано каждое движение воздуха. Полученные данные позволяют по-настоящему увидеть, как воздух обтекает гонщика и велосипед. Это открывает новые возможности для понимания и проверки CFD-моделей (вычислительной гидродинамики) — виртуальных симуляций аэродинамического сопротивления.

Как отмечается в пресс-релизе команды Red Bull Bora-hansgrohe, «испытание методом PIV знаменует смену парадигмы», поворотный момент в профессиональном велоспорте.

 Никогда прежде не удавалось составить настолько точную картину потока воздуха вокруг гонщика. Комбинация CFD, аэродинамической трубы, испытаний на треке и в реальных условиях создает единую систему, которая позволяет анализировать производительность и позиции гонщика с беспрецедентной точностью. А PIV — это следующий рубеж, который дает истинную уверенность и корреляцию между всеми этими областями испытаний.

Red Bull – BORA – hansgrohe и Specialized работают рука об руку, чтобы переосмыслить аэродинамическую эффективность – от цифрового проектирования до реальных гонок. Эти фундаментальные исследования не только дают понимание для отдельных велогонщиков, но и формируют будущее современных аэродинамических разработок. Они позволяют понять ключевой момент – то самое «почему», лежащее в основе изменений аэродинамической эффективности.

Тест требовал полной концентрации: более 100 прогонов с одинаковой скоростью, положением и траекторией — каждый раз через зелёную завесу из гелиевых пузырьков и лазерного света. Туннель Кейтсби с его постоянной температурой и отсутствием внешних воздействий обеспечивает идеальные условия для такого рода экспериментов.

© Red Bull Content Pool / George Marshall

Дэн Бигхэм (Dan Bigham), руководитель инженерного отдела Red Bull – BORA – hansgrohe:

«Мы хотим понимать, что происходит на самом деле, а не просто определить, что быстрее, а что медленнее. С помощью этого теста PIV мы, наконец, делая видимым в аэродинамике то, что раньше в велоспорте было невидимым. Мы переносим технологии Формулы-1 на два колеса и создаем знания, которые изменят велоспорт.

Не каждый день удаётся проехать сквозь лазерный луч. Увидеть впервые потоки воздуха вокруг себя в реальном времени было завораживающе. Обычно мы знаем только, что что-то быстрее или нет, но не знаем, почему. Сегодня мы смогли увидеть причину, это «почему». Для меня, как инженера, это чистая магия — момент, который показывает, что происходит, когда любопытство встречается с технологиями.

Здесь (в тоннеле Кейтсби) воздух так же чист, как и данные. Ни ветра, ни градиента, ни случайностей — только чистая физика».

Как отмечает Red Bull Bora-hansgrohe, «то, что становится видимым в лазерном свете, — нечто большее, чем технический эксперимент. Это начало новой эры в велоспорте. Это фундаментальное исследование, которое будет определять процессы разработки в Red Bull – BORA – hansgrohe и Specialized на годы вперед. Ведь тот, кто понимает воздух, контролирует гонку».

Примечание: Метод PIV  - цифровая трассерная визуализация, или Particle Image Velocimetry — это бесконтактный оптический метод измерения мгновенных полей скорости потоков жидкости или газа. Он основан на регистрации двух изображений потока, освещенного импульсным лазером, за очень короткий промежуток времени - обычно менее 100 мкс. По смещению частиц-трассеров между двумя кадрами рассчитывается мгновенное поле скорости. Полученные изображения обрабатываются с использованием кросскорреляционного алгоритма, который разбивает их на небольшие расчетные области.  Для каждой области вычисляется среднее смещение трассеров. Зная это смещение и время между снимками, можно определить мгновенную скорость потока). Этот метод не нарушает течение, что является важным преимуществом для точных измерений и позволяет получать мгновенные картины распределения скорости, а не только усредненные значения).