Tutkimukset myrskyssä

Olemme yhdessä Volvo Carsin huippusalaisista testilaboratorioista. Hisingenin saarella laajan tehdasalueen itäsiivessä sijaitsevassa teräksenharmaassa metallirakennuksessa on yhtiön legendaarinen tuulitunneli, jossa työskentelee noin 20 henkilöä tiukan salaisuuden varjelemana. Kahden, kolmen vuoden ajan he testaavat ja analysoivat uusia automalleja varhaisista saviprototyypeistä valmiiseen tuotteeseen.

Tunneli oli huippuluokkaa jo silloin, kun se vihittiin käyttöön vuonna 1986. Siitä lähtien sitä on kunnostettu ja suunniteltu uudelleen useita kertoja, jotta se pysyy ajan tasalla. Nykyään se on yksi maailman kehittyneimmistä tuulitunneleista, jonka avulla voidaan simuloida, miten jopa 250 km/h ilmavirran nopeus ja jopa 60 asteen lämpötila vaikuttavat ajoneuvoon. Suuri lattian sisäinen vaaka mahdollistaa X-Y-Z-suuntavoimien mittaamisen ja ilmanvastuksen muutosten tutkimisen.

"Se on ainutlaatuinen siinä mielessä, että se on sekä aerodynaaminen tuulitunneli että lämmitetty ilmastotunneli. Olimme myös aikaisessa vaiheessa rakentamassa järjestelmää, joka antaa tarkemman kuvan ilmanvastuksesta. Noin 25 prosenttia ilmanvastuksesta syntyy pyörien ympärillä, joten siihen liittyvä mittaaminen on ratkaisevan tärkeää", sanoo Volvo Carsin tuulitunnelia valvova Daniel Strömberg.

Aerodynamiikan testauksesta on tullut yhä tärkeämpää autoteollisuudessa. Se on ratkaiseva askel päästöjen ja fossiilisten polttoaineiden kulutuksen vähentämisessä sekä turvallisten ja tasapainoisten ajoneuvojen rakentamiseen. Koska bensiini- ja dieselajoneuvoja korvataan yhä useammin sähköautoilla, ilmanvastuksen alentaminen vain muutamalla prosentilla voi merkitä merkittävää lisäystä toimintamatkaan.

"Tuulitunnelitestaus on erittäin tehokas työkalu ajoneuvojen optimoinnissa. Muistan autonvalmistajan, jonka auton takaosassa ei ollut spoileria, mikä teki autosta epävakaan suurilla nopeuksilla", Daniel sanoo painaessaan nappia tunnelin pienoismallissa, joka näyttää kuinka ilma liikkuu ohjaussiipien läpi ja osuu LEGO-hahmoon, jolla on tuulessa liehuva lippu.

Hän aikoi tulla ilmailuinsinööriksi, mutta 9/11-hyökkäykset merkitsivät iskua ilmailuteollisuudelle. Daniel on nyt ollut Volvo Carsilla 20 vuotta, joista viimeisen 15 vuoden ajan tuulitunneliin liittyvissä tehtävissä. Hän kuvailee sitä maailman parhaaksi työksi, jossa tehtävät vaihtelevat palvelu- ja menetelmäkehityksestä tunnelin esittelyyn kaikille koululaisista sijoittajiin.

"Tunnelissa tehdään töitä maanantaista torstaihin klo 6.00–24.00 sekä perjantaisin ja lauantaisin klo 6.00–18.00. Tämä antaa meille yhteensä 96 testituntia viikossa, ja olemme periaatteessa koko ajan täyteen varattuna. Kun emme testaa omia ajoneuvojamme, olemme avoinna muille automerkeille, alppihiihtäjille, kilpapyöräilijöille tai liikennevalotesteille. Ja rock-yhtye Europe itse asiassa kuvasi musiikkivideon täällä!"

Vierailu tunneliin on kuin pääsisi scifi-elokuvan tuotantoon. 165 metriä pitkä tunneli kaartuu silmukassa ja syvällä sisällä on 8,15 metriä korkea punainen ja musta puhallin, jossa on hiilikuitusiivet. Puhaltimen tuottama ilmavirta on turbulenttia, joten se syötetään useiden kammioiden, rakenteiden ja verkkoseulojen läpi pyörteiden hajottamiseksi ja tasaisen ilmavirran saavuttamiseksi. Lopuksi ilmavirta saavuttaa viimeisen kammion, joka tunnetaan nimellä "supistaja".

Supistajan sisällä ilmavirran nopeus kuusinkertaistuu. Jos käytämme puhallinta sen maksiminopeudella, saavutamme testiosuudelle 250 km/h, mikä vastaa 70 m/s nopeutta eli hurrikaania. Ajoneuvo kiinnitetään teräshihnoihin ja ilmavirran voimaa mittaavaan vaakaan. Vaaka on uskomattoman herkkä: siinä voisi punnita sokerikakun ainekset", Daniel sanoo.

Aerodynaamisten testien lisäksi laitos suorittaa myös ilmastoon liittyviä testejä. Valtavan lämmönvaihtimen ja aurinkosimulaattorin avulla voidaan jäljitellä ajamista kuumimmilla aavikoilla, mutta myös sitä, miten erilaiset epäpuhtaudet vaikuttavat ajoneuvoon.

"Sade, lumi, pöly, lika – testaamme kaiken, mikä vaikuttaa ajoneuvon suorituskykyyn", sanoo Daryosh Farin, Volvo Carsin valvontainsinööri, "varmistamme, että lika ei nouse ovenkahvaan asti ja että näkymä sivulasien läpi ei peity sateella ajettaessa. Jos asiakas ei huomaa mitään, se tarkoittaa, että olemme tehneet hyvää työtä."

Tunnelin liikkuva maajärjestelmä on toinen merkittävä tekijä. Neljä litteää teräshihnaa saa auton kaikki pyörät pyörimään, kun taas keskellä oleva rulla simuloi maata ja vetää liikkuessaan ilmaa ajoneuvon alle. Mittaaminen pyörivillä pyörillä staattisten sijaan tekee suuren eron.

"Saamme paljon realistisemman kuvan, koska voimme mitata sekä vierinvastuksen että voiman, jota tarvitaan pyörien ja kaiken niiden mukana kulkevan liikuttamiseen. Voimme myös jarruttaa autoa simuloidaksemme jyrkkiä rinteitä tai raskaan taakan vetämistä. Näin voimme todella testata jäähdytysjärjestelmiä", kertoo Volvo Carsin energiatehokkuusasiantuntija Max Sundén.

Kaikki tulokset analysoidaan huolellisesti ja niitä verrataan sekä tietokonemalleilla että reaalimaailmassa tehtyihin testeihin. Sitten he kokoavat jättimäisen datapalapelin. Jo yksi päivä tuulitunnelissa voi sisältää 100 erilaista konfiguraatiota, ja uutta mallia testataan useiden vuosien ajan.

"Vähennämme ajoneuvoon kohdistuvaa ilmanvastusta keskimäärin yli 10 prosenttia. Sähköautoissa tämä on vieläkin kriittisempää, koska jos ajat nopeudella 120 km/h, ilmanvastus kuluttaa kaksi kolmasosaa akun varauksesta. Teemme tiivistä yhteistyötä suunnittelutiimin kanssa – säätöä saattavat kaivata pienet yksityiskohdat, kuten takavalojen tai sivupeilien ääriviivat", kertoo Volvo Carsin aerodynamiikkainsinööri Kaveh Amiri.

Pääsemme kokemaan tuulitunnelin käytännössä. Daniel antaa signaalin valvomoon ja hälytys soi. Kuulemme matalan jyrinän, jonka jälkeen kevyt ilmavirta nousee nopeasti tasaiseen paineeseen . Virta puhaltaa vain 30 km/h, noin 9 m/s, mutta kompaktin virtauksen ansiosta se tuntuu enemmältä.

Hiuksemme hulmuavat, paperi pyörii pois. "Kestät 70 km/h, mutta sinun on turvauduttava turvanauhaan", huutaa Daniel, jonka parta lepattaa tuulessa. "Jos puhallin kytketään maksimiin, se toimii noin 10 MW:n tuntiteholla, mikä vastaa pienen omakotitalon vuosikulutusta Ruotsissa, mutta toisaalta testit säästävät myös valtavasti energiaa. Henkilökohtaisesti en saa tarpeekseni tunnelista. Uuden ajoneuvon seuraaminen ja parantaminen heti ensimmäisestä luonnoksesta lähtien on todella jännittävää."