CFD: MENGANALISA ANGIN KHAYALAN

Simulasi komputer berperan penting bagi F1. Menghemat waktu dan uang serta memecahkan persoalan.

Mengurangi interval waktu antara waktu desain dan produksi mobil Formula 1 sangatlah penting, tulis Will Hings. Di antara masa pengembangan mobil sampai di uji coba di atas trek, ada yang terbuang. Jadi untuk mempertinggi daya kompetisi, tim harus mempersingkat proses tersebut agar bisa lebih cepat mendapatkan elemen-elemen yang dibutuhkan untuk memenangi sebuah balapan.

Komponen-komponen aerodinamika biasanya dianalisa di wind tunnel. Tapi praktek tersebut memakan waktu dan biaya karena tim harus membuat mobil prototipe dulu. Solusinya, departemen aerodinamika memanfaatkan teknologi Computational Fluid Dynamics (CFD) agar waktu yang dibutuhkan untuk mendesain mobil lebih efisien.

APAKAH CFD ITU?

Teknologi CFD menggunakan wind tunnel yang terkomputerisasi yang mampu melakukan simulasi hampir tanpa batas. Dengan software dan tenaga supercomputer yang sangat besar, tim bisa menemukan desain aerodinamika yang terbaik dan bisa mensimulasikan, memvisualkan dan memprediksi aliran ‘fluida.’

‘Komputerisasi wind tunnel’ tak membutuhkan mobil prototipe, cukup dengan mensimulasikan model mobil secara virtual saja. Tujuan utama CFD adalah membantu tim ‘mengukir’ bentuk aerodinamika pada bodi mobil dan membantu mencarikan sistem pendinginan mesin dan pengereman yang paling efektif.

BAGAIMANA CARA KERJA CFD?

Langkah pertama mensimulasikan mobil di dalam komputer adalah membagi permukaan dan volume di sekeliling mobil ke dalam menjadi zona-zona kalkulasi (perhitungan) dalam bentuk kisi-kisi sel.

“Tak ada batasan berapa banyak sel yang bisa kita pakai dalam satu volume mesh,” kata William Toet, head of aerodynamics BMW-Sauber. “Tapi biasanya dalam satu mesh volume kami memakai sekitar 100 juta sel untuk satu mobil.”

Dengan kisi-kisi yang telah didesain tersebut, hukum dasar fisika bisa diterapkan ke dalam bentuk prototipe virtual, untuk mensimulasikan aliran fluida di permukaan mobil. Dengan cara ini, hukum fisika yang berkenaan dengan mekanika fluida (cairan) bisa dihitung secara matematis sehingga superkomputer bisa menghitung milyaran kalkulasi yang dibutuhkan untuk mensimulasikan aliran angin di permukaan mobil.

“Untuk menghitung setiap langkahnya dibutuhkan banyak tenaga,  makanya kita membutuhkan superkomputer,” tambah Toet.

MANFAAT CFD

Meski lewat pengujian wind tunnel bisa didapatkan desain aerodinamika yang paling efektif, hasil pengetesan itu tak selalu dijadikan acuan. Di sinilah tugas CFD, membantu desainer memvisualkan aliran angin dan interaksi antar komponen.

“Dengan simulasi, kita tak hanya mendapatkan hasil, tapi juga memahami apa yang sebenarnya terjadi,’ kata Direktur Motorsport BMW Mario Theissen. “Kita perlu memahami apa yang sebetulnya terjadi, tak hanya menganalisa apa yang telah terjadi. Itulah peran CFD, karena kita bisa memvisualisasikan zona aliran anginnya.”

 

Beberapa komponen juga sulit dievaluasi di wind tunnel, sehingga tim memanfaatkan CFD untuk mensimulasikan performa mobil di atas trek. Contohnya Renault. Ketika mengembangkan brake duct, pabrikan Prancis ini menggunakan CFD karena CFD satu-satunya alat yang tepat untuk menganalisa keefektifan setiap sistem pendinginan dengan memvisualisasikan struktur aliran angin sehingga perilaku pendinginan bisa diketahui oleh engineer.

“Kalau inefisiensi aerodinamika sudah bisa diminimalisir, performa pengereman bisa gampang didapat” kata Matthew Laight, head of CFD development Renault. “Tapi syaratnya, pengereman semaksimal mungkin dan inefisiensi aerodinamika seminimal mungkin harus dicapai bersamaan.”

Dengan simulasi, jumlah uji coba yang dilakukan bisa semakin banyak, pengembangan pun bisa dilakukan secara maksimal. McLaren baru-baru ini mengakui bahwa desain satu komponen mobil rata-rata dimodifikasi setiap 20 menit sekali.

MENGAPA CFD BERPERAN PENTING?

Sehubungan dengan semakin ketatnya regulasi yang membatasi kecepatan mobil dan membengkaknya biaya balapan, aerodinamika adalah area –yang paling tidak sampai sekarang- yang luput dari perhatian FIA. Dengan demikian, tim bisa mengubah paket aerodinamika setiap saat sejauh tidak melanggar regulasi yang berlaku.

Seiring dengan adanya homologasi mesin –yang melarang pengembangan mesin selama tiga tahun- ditambah minus perang ban, otomatis upaya pengembangan mesin pun jadi kecil. Dampaknya, kerja departemen aerodinamika lebih berat lagi dibandingkan sebelumnya. Paket aerodinamika menentukan kesuksesan tim di F1 –pengaruhnya sekitar 75 persen- dan iklim sekarang membuat aerodinamika menjadi penentu perbedaan performa sebuah tim dengan tim lainnya. Artinya, jika tim itu hebat, berarti ia mampu menggali potensi aerodinamikanya seefektif mungkin.

MASA DEPAN

Apakah mungkin nantinya wind tunnel akan menjadi barang usang? Atau menjadi korban dari komputerisasi di seluruh dunia? Jawabannya tidak, paling tidak tidak dalam waktu dekat ini. Karena sekarang ini CFD hanya pelengkap, bukan untuk menyaingi wind tunnel. Misalnya, saat mengembangkan sayap depan, sebuah tim bisa mensimulasikan 100 variasi dengan CFD, setelah itu desain yang paling tepat di uji coba di terowongan angin.

Wind tunnel masih menjadi bagian integral dari department aerodinamika karena dengan peranti tersebut tim bisa memvalidasi hasil yang ditemukan di CFD. Hasil CFD tersebut dibandingkan dengan hasil di wind tunnel untuk membuktikan apakah hasil simulasi komputer tersebut sama dengan praktek di dunia nyata.

“Kita mesti mengeceknya di trek,” kata Theissen. “Jadi kita selalu membutuhkan hasil pengujian di simulasi maupun di lapangan.”

Tapi sekarang ini perhatian tim-tim F1 terpecah pada dua filosofi yang berbeda. Honda, Toyota dan Ferrari berlomba membangun wind tunnel kedua, sedangkan BMW-Sauber memilih menginvestasikan dana pada teknologi CFD dengan secara konsisten menggali potensi-potensi di bidang ini.

CFD BMW-Sauber tercanggih di F1

Tim-tim F1 pada umumnya menjaga kerahasiaan komputer tim serapat-rapatnya. Tapi lain dengan BMW-Sauber. Baru-baru ini produsen mobil asal Jerman itu membuka lebar-lebar super komputernya yang diberi nama Albert2 kepada publik. Dibangun dengan prosesor Intel, superkomputer itu  menandakan keyakinan dan keseriusan BMW untuk mengembangkan teknologi CFD demi kepentingan balap F1.

Berat supercomputer ini mencapai 21 ton dan mampu melakukan 12 trilyun kalkulasi per detik. Dengan kekuatan seperti itu, Albert2 adalah supercomputer tercepat dalam dunia industri di Eropa sehingga BMW-Sauber bisa melakukan kalkulasi CFD lebih detail, lebih cepat serta lebih akurat dibandingkan tim-tim F1 lainnya.
(Tulisan ini mengalih-bahasakan dari bahasa penulis aslinya dan pernah dimuat di Majalah F1 Racing Indonesia) 

Sumber:

http://eka-zulkarnain.blogspot.com/2012/07/cfd-menganalisa-angin-khayalan.html