آیا فرمول یک می‌تواند از سال 2030 تونل باد را کنار بگذارد؟

فرمول یک ایران -آیا می‌توان تصور کرد که تیم‌های فرمول یک، بدون استفاده از تونل باد و تمرکز کامل بر دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) طراحی خود را انجام دهند؟ این آرزوی بسیاری از دست اندرکاران فرمول یک است و این برنامه حمایت اکثر مدیران تیم‌های فرمول یک را دارد.

این مساله سال 2020 در کمیسیون فرمول یک به بحث گذاشته شد و در یک رای‌گیری غافل‌گیرانه، 8 تیم از 10 تیم شرکت‌کننده در رقابت‌ها توافق کردند تا از سال 2030 تونل باد را کنار بگذارند و این قوانین را به صورت بنیادین حمایت کنند. به هر ترتیب هر گونه تصمیم گیری برای تعیین سال 2030 که همگان قرار است براساس توافق، به آن پایبند باشند، که زودتر یا دیرتر همه تیم‌ها بتوانند به راحتی تغییرات خود را اعمال کنند. این وقایع و هماهنگی‌ها در حال حاضر در مرحله گفت و گو و رایزنی است.

تاریخچه ایده ممنوع کردن استفاده از تونل باد در فرمول یک، به تیم ویرجین بر می‌گردد. که در سال 2010 با شور و هیجانی عجیب تمرکز تیم را برای طراحی ماشین خود بر روی دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) قرار داد. این موضوع به عنوان یک استراتژی خوشبینانه و نه چندان واقعی صورت گرفت. البته بیشتر بحث تبلیغاتی در میان بود.

از آن زمان تاکنون فناوری‌های پیشرفته گسترش پیدا کرده‌اند و ماشین‌های مسابقه‌ای در زمینه‌های مختلف به صورت کامل با دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) طراحی شده‌اند.

تشکیلات سازمانی فرمول یک به طور کامل از تیم‌های شرکت‌کننده عقب مانده است و نتوانسته مانند دیگر رشته ها، تونل باد را کنار بگذارد. مهندسان فیا تمامی تمرکز طراحی پکیج‌های قانونی سال 2022 را با کمک دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) انجام داده اند و برنامه ریزی کرده‌اند. ولی این تحقیقات به صورت موثر بر تفاوت استفاده حداقلی فیا از CFD در قیاس با بقیه تیم‌های شرکت‌کننده، که قابلیت استفاده حداکثری و پیشرفته‌تری از این امکانات را دارند، نبوده است. به همین دلیل نیاز مبرم به استفاده از تونل باد برای تیم‌ها وجود دارد.

دو دلیل عمده، زمینه‌ساز ممنوعیت تونل باد بوده‌اند. اولین دلیل، مشکلات محیط زیستی است که در رابطه با مصرف انرژی بیش از اندازه تونل باد می‌باشد. به همین دلیل سال 2030 که در برنامه‌ها برای کربن صفر کردن مسابقات تعیین شده است، زمان شروع ممنوعیت در نظر گرفته‌ شده است.

تونل‌های باد مصرف کننده عظیم الکتریسیته هستند. به عنوان یک تخمین، می‌توان گفت که در یک سال به طور متوسط قبض برق آن یک میلیون پوند است. باید این تخمین را در 10 تیم شرکت کننده ضرب نمود تا فهمید که چرا مدیران تیم‌های فرمول یک خواستار چنین قانونی هستند. به خصوص تیم مرسدس که خواستار استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر است.

پس جدا از مسائل محیط زیستی، صرفه‌جویی در مصرف منابع مالی کلید اصلی است. تعیین سقف هزینه فقط یک راه را پیشروی همگان قرار می‌دهد و آن کاهش هزینه‌ها است. تیم‌ها به دنبال راه‌ها و روش‌های گوناگونی هستند که هزینه‌های خود را کاهش دهند و تا آنجا که ممکن است این کاهش هزینه‌ها در جهت افزایش عملکرد و راندمان تیم و خودرو آنها باشد. کنار گذاشتن تونل باد یک صرفه‌حویی عظیم در منابع مالی تیم‌ها است.

هزینه‌های تونل باد تنها به قبض برق آن محدود نمی‌شود. بلکه به افرادی که آنجا کار می‌کنند هم مربوط می‌شود. به هزینه ساخت مدل‌های مشابه خودرو برای تست در تونل باد نیز مربوط است و هزینه متریال، ماشین کاری و ساختن قطعات نیز به آن ربط پیدا می‌کند.

تیم‌های فرمول یک به صورت مشخص هزینه‌هایی را برای استفاده از تونل باد به صورت سالیانه کنار می‌گذارند. حداقل هزینه سالیانه یک تیم از 5 میلیون پوند شروع می‌شود و در تیم‌های سطح اول خیلی بیشتر مورد توجه است و منابع مالی بیشتری صرف می‌گردد. آن تیم‌هایی که تونل باد ندارند و باید این مجموعه را کرایه نمایند، به طور متوسط روزانه 25 هزار پوند پرداخت می‌کنند. این هزینه باید در طول یک فصل از مسابقات محاسبه شود و این هزینه شامل هزینه ساخت مدل آزمایشی در تونل باد نیست. بلکه هزینه‌ای جداگانه دارد.

البته سیستم‌های کامپیوتری ابر رایانه‌ای نیز، انرژی بسیاری در جهت محاسبه دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) مصرف می‌کنند. همچنین انرژی بسیاری در جهت خنک سازی این سیستم‌ها استفاده می‌شود. این بحث‌ها و گفت و گوها در سایه مصرف بسیار زیاد استخراج بیت کوین اتفاق می‌افتد که انرژی بسیاری در دنیا مصرف می‌کند.

برای سال‌های طولانی، تیم‌ها برنامه‌های تحقیق و توسعه خود را بین دو روش استفاده از تونل باد و دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) تقسیم کرده بودند. در حال حاضر، در قوانین آیرودینامیک فیا، محدودیت‌هایی برای استفاده از تونل باد و CFD اعمال شده است. البته این محدودیت‌ها به صورت پلکانی است و از سال 2020 در مسابقات فرمول یک برنامه ریزی شده است که تیم‌های پایین‌تر زمان بیشتری داشته باشند تا از تونل باد و CFD استفاده کنند تا رقابت‌ها جذاب‌تر و نزدیک‌تر شود.

این قوانین، به راحتی می‌توانند طی سال‌های آینده تغییراتی داشته باشند تا تیم‌ها برای استفاده بیشتر از دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) و تبدیل آن به یک ابزار بسیار قوی، ترغیب شوند. ولی آیا فیا می‌تواند تیم‌ها را محدود به استفاده از CFD کند؟

کلید اصلی استفاده از فن آوری‌های پیشرفته در سال 2030 و پیش بینی از قوانین مور در آن سال است. در تئوری مور هر سال میزان محاسبات کامپیوترها دو برابر می‌شود. این دوبرابر شدن پردازش می‌تواند هزینه‌های تیم‌ها را در این زمینه کاهش دهد و هزینه پردازش اطلاعات نیز پایین‌تر بیاید. همچنین هزینه ساخت یک تونل باد با توجه به پیشرفت فن آوری بیشتر خواهد شد.

تیم‌های فرمول یک آگاهانه به سمت ممنوعیت تونل باد حرکت می‌کنند و البته راهی طولانی در پیش دارند تا بتوانند خود را تطبیق دهند.

متیا بینوتو، مدیر تیم فراری می گوید:

من فکر می کنم که تمامی تیم‌ها از بحث در این مورد استقبال می‌کنند.

همچنین برای پذیرش این موضوع، نهایتا موافقت خود را اعلام خواهند کرد. چون راهی طولانی در پیش است.

آیا ما الان در حال حاضر می‌توانیم ممنوعیت تونل باد را اعلام کنیم؟ خیر به هیچ وجه! من فکر می‌کنم در حالت عادی، همیشه کار در طراحی بر شبیه سازی و تست کردن استوار بوده است. تست کردن و آزمودن هنوز بسیار مهم است و مهم نیست کدام بخش باشد، آیرودینامیک، پکیج موتور و یا هر بخش دیگری که می‌خواهد باشد.

من فکر می‌کنم در زمینه کاهش هزینه، ما هم اکنون این کار را انجام داده‌ایم و ساعت‌های کار تونل باد را کم کرده‌ایم. این قدمی در جهت درست است.

اگر شما امروز ممنوعیت به صورت کامل را آغاز کنید، متوجه می‌شوید که هزینه تست کردن بر روی آسفالت مسابقه بالا خواهد رفت، چون راه دیگری ندارید. به همین دلیل چاره‌ای نیست و باید از تونل باد استفاده کنیم. در حال حاضر نمی‌توان چنین قانونی را اجرا کرد.

مایکل بادکاوسکی از تیم رنو می گوید:

ریسک این کار آنجا است که شما میزان خطای طراحی(Correlation) خود را به دلیل ممنوعیت تونل باد از دست می‌دهید و تونل باد یک المان مهم محسوب می‌شود. فرمول یک از چالش استقبال می‌کند و من فکر می‌کنم که ما در 10 سال آینده زمان مناسبی را داشته باشیم که این قدم مهم و حساس را برداریم و شیوه توسعه خود را تغییر دهیم. دلیل عمده آن بالا بردن شیب شبیه‌سازی است و البته قابل اجرا بودن آن است .

یکی از بزرگترین حمایت‌کننده‌های انتقال به استفاده کامل ازدینامیک سیالات محاسباتی(CFD)، تیم فرمویل یک ردبول ریسینگ است. این تیم که از یک نابغه آیرودینامیک به نام آدریان نیوی در طراحی بهره می‌برد. او کسی است که پشت ممنویت کامل تونل باد ایستاده است.

آدریان نیوی می گوید:

تونل باید عالی است ولی دیگر تاریخ مصرف آن تمام شده است.

مدیر تیم ردبول بسیار مشتاق است تا این هدف ممنوعیت به واقعیت بدل شود و این تغییر اتفاق بیافتد.

کریستین هورنر می گوید:

این موضوعی بود که من چند ماه گذشته به پیش کشیدم.

تونل باد به صورت کامل موثر نیست و دوستدار محیط زیست هم نیست.

راه استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) به صورت پیوسته در حال تکامل است. به عنوان مثال ماشین والکیری هیچ وقت در تونل باد تست نشده است و یا توسعه پیدا نکرده است. به نظر من شما باید یک نگاه 10 ساله داشته باشید و باید این وسیله دوران دایناسوری را که به شدت الکتریسیته مصرف می‌کند و متعلق به گذشته است، کنار بگذارید. فرمول یک باید جهت دهنده و استفاده کننده بهترین فن‌آوری‌های روز باشد.

هورنر به دنبال استفاده از اسپانسرهایی است که حامی پیشرفته‌ترین تکنولوژی در زمینه خود باشند. کسانی که می‌توانند به تیم او در زمینه محاسبات سنگین و پردازش‌های قوی، که این تیم نیاز دارد، کمک شایانی کنند. البته در نقطه مقابل، هزینه عملکرد بسیار بالای تونل باد قرار دارد.

مدیر تیم ردبول می افزاید:

ما داریم بیشتر و بیشتر در زمینه تکنولوژی هزینه می‌کنیم و سوال این است که چرا در نهایت از همان تکنولوژی در فرمول یک استفاده نکنیم؟
من فکر می‌کنم در 10 سال آینده، همه تیم‌ها درک درستی از راه پیشرو خواهند داشت و از این تغییر استقبال خواهند کرد و در مسیر درست قدم بر خواهند داشت. به همین دلیل دیگر شما می‌دانید که هزینه‌های خود را در کجا انجام دهید.

در اینجا یک نقطه کلیدی وجود دارد. بعضی از تیم‌ها تازه تاسیس هستند و همچنین تیم‌هایی، تونل باد خود را اخیرا مورد بروزرسانی قرار داده‌اند. یعنی آن تیم‌ها نیازی به هزینه کردن دوباره برای بروزرسانی تونل باد خود، در آینده ندارند. همچنین تیم‌های رقیب در حال رصد تیم‌هایی مثل مکلارن، استون مارتین و ردبول هستند که در حال ساخت بخش‌های جدیدی در کارخانه خود می‌باشند. این تیم‌ها هزینه‌های هنگفتی را در آینده‌ای نه چندان دور انجام خواهند داد. این رویه ممکن است مصارف هنگفت صورت گرفته را با عمری کوتاه مواجهه کند.

با توجه به راه اندازی تونل باد جدید تیم استون ماریتن و اعمال قوانین جدید، پیش بینی می‌شود تونل باد تازه‌ساز این تیم، عمرکوتاهی در حد یک دهه خواهد داشت.

اوتمار سافنور می‌گوید:

ما برنامه‌ریزی‌ کرده‌ایم که یک تونل باد جدید داشته باشیم.

من فکر می‌کنم آیرودینامیک هنوز یک بخش بزرگ در تفاوت تیم‌ها در این سطح از مسابقات است. در واقع شما باید نقاط قوت و ضعف خود را بشناسید تا در مسیر درست گام بردارید.

در حال حاضر در حال برنامه‌ریزی برای ساخت تونل باد اختصاصی برای خود هستیم ولی به احتمال زیاد با ثبت قوانین جدید در سال 2030، کمترین زمان ممکن برای بهره‌برداری از آن را داریم. ولی هنوز از نظر ما مدت زمان قابل قبولی است.

البته باید این نکته را در نظر داشته باشیم که تیم‌هایی مثل مکلارن و استون مارتین در فصل‌های 2027 تا 2029 دست بالا را از نظر پیشرفته بودن تونل باد خواهند داشت و پیش بینی می شود دست بالا را در رقابت‌ها دارا خواهند بود. دلیل این موضوع آن است که تیم‌های رقیب به دلیل داشتن زمان کم، از هزینه کردن برای ارتقاء تونل باد خود خودداری خواهند کرد.

زافنر هشدار می‌دهد که تونل باد هنوز برای فرمول یک در چند سال آینده ضروری خواهد بود.

او می‌افزاید:

در حال حاضر، در این زمانی که ما هستیم، دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) توانایی جایگزینی تونل باد را ندارد. نه اینکه نحوه استفاده از CFD متفاوت است. بلکه CFD برای ما عالی است. در صورتی که شما برای حل مسائل نسبتا ساده آیرودینامیکی و تست اجسام آیرودینامیکی ساده از آن استفاده کنید.

یک خودرو فرمول یک دارای پیچیدگی‌های بسیار و فعل و انفعالات متفاوتی است که شما باید برای حل آنها راه حل پیدا کنید. در این نقطه شما نمی‌توانید از دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) استفاده کنید.

جنبه های مختلفی از CFD وجود دارد که شما باید در کار خود از آنها استفاده کنید. درواقع شما باید از CFD استفاده کنید و این روش بهتر از ترکیب CFD با تونل باد است.

اوتمار سافنور در مورد صرفه جویی مالی در زمینه تولید قطعات فقط از طریق دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) سوال می‌کند که این کار باعث می‌شود شما قطعاتی را به وسیله CFD توسعه دهید و تولید کنید و آن قطعات را بر روی ماشین قرار دهید و متوجه شوید که ای قطعات کار نمی‌کنند و شما پول خود را دور ریخته‌اید.

اوتمار سافنور می‌گوید:

البته راه‌اندازی تونل باد برای شما هزینه زیادی ندارد.

فقط هزینه الکتریسیته آن است و هر از چندگاهی نیاز به بروزرسانی و تعمیرات دارد. شما تسمه‌های مربوط به راه‌اندازی را تعویض می‌کنید که زیاد اتفاق نمی‌افتد.

قسمت هزینه بر تونل باد، ساخت یک مدل مورد نیاز شما برای انجام تست‌ها و آزمایشات مورد مشخص شما در آن است. اگر شما تست در تونل باد را حذف کنید، بله می‌توانید هزینه‌های زیادی را صرفه‌جویی کنید

این را هم باید در نظر داشت که همیشه قطعاتی را که شما تهیه و توسعه می‌دهید و در تونل باد آزمایش می‌کنید، همیشه قابل استفاده بر روی ماشین نیستند. زیرا تغییراتی را که شما یه دنبال دستیابی به آن هستید را ندارند. پس شما باید آن قطعات را دور بیاندازید. در واقع قبل از اینکه شما در تونل باد قطعات را آزمایش کنید، نمی‌توانید به سراغ استفاده از آنها بر روی ماشین بروید.

یکسری از قطعات هستند که بسیار گران تمام می‌شوند و خوب شما نمی‌توانید با حذف تونل باد، هزینه آنها را کم کنید.

یکی از مشکلاتی که در اینجا تیم‌ها با آن روبرو می‌شوند، حل مشکل ایمنی قطعات است. در واقع با حذف تونل باد، امکان سنجش آن بر روی مدل تونل باد امکان پذیر نخواهد بود و مشکلی است که باید برای حل آن فکر کرد.

توتو ولف می‌گوید:

در سطح بالای فرمول یک، یک توافقی در جریان است که حذف تونل باد و خاتمه به استفاده از آن مورد توافق قرار گرفته است.

از نظر ایمنی باید یک نگاه ویژه و خاص داشته باشیم تا بتوانیم تول باد را کنار بگذاریم.

ما باید حواسم خودمان را جمع کنیم و به خاطر داشته باشیم که بر روی این کره خاکی، ماشین‌های فرمول یک سریعترین ماشین‌های حال حاضر مسابقات اتومبیل رانی هستند و نباید تست قطعات را به صورت زنده بر روی این خودرو‌ها انجام دهیم. زیرا رانندگان ما در پشت فرمان قرار دارند و ما نمی‌خواهیم جان این عزیزان را به خطر بندازیم و با نصب یک قطعه با اطمینان پایین مشکلات ایمنی را برای راننده ایجاد کنیم. آن هم تنها با CFD این کار را کنیم.

به عنوان یک پیشنهاد، احتمالا تست محدود قطعات در تونل باد می‌تواند بعد از سال 2030 پا برجا بماند. در واقع بیشتر به عنوان تضمین ایمنی بعضی قطعات خاص در اندازه واقعی بر روی مدل واقعی در تونل باد انجام شود. تونل باد تیم ساوبر در هینویل قابلیت استفاده از مدل واقعی را دارد.

البته می‌توان قوانین تست آیرودینامیک را کمی تغییر داد تا بتوان از مدل واقعی به صورت حرکت مستقیم در تونل باد، استفاده کرد. البته چند سالی است که مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

در آخر باید عنوان کرد که با بودن تونل باد یا با نبودن آن، تحقیق و توسعه در زمینه آیرودینامیک همیشه یک حوزه خاص و ویژه باقی می‌ماند. جایی که باهوش‌ترین آدم‌های این صنعت با ایده‌های بی نظیر خود، تحولات عظیمی را به وجود می‌آورند. توانایی استفاده از یک وسیله یا ابزار می‌تواند فاصله بین رقبا را تعیین کند.