Onderzoek bij windkracht 10

We bevinden ons in een van de uiterst geheime testlaboratoria van Volvo Cars. In een staalgrijs metalen gebouw in de oostelijke vleugel van het enorme fabriekspand op het eiland Hisingen bevindt zich de legendarische windtunnel van het bedrijf, waar zo'n twintig mensen in het grootste geheim in de weer zijn. Twee tot drie jaar lang testen en analyseren ze de nieuwe automodellen, van de vroege prototypes uit klei tot het eindproduct.

Toen Volvo Cars de windtunnel in 1986 in gebruik nam, was hij al hypermodern. Sindsdien is de tunnel verschillende keren gerenoveerd en aangepast. Op technologisch vlak is dit dan ook een van de meest geavanceerde windtunnels ter wereld. Hier kunnen de experts simuleren wat windsnelheden tot 250 km/u en temperaturen tot 60 graden Celsius doen met een voertuig. De grote weegschaal in de vloer maakt het mogelijk om de richtingskrachten op de X-, Y- en Z-as te meten en veranderingen in de luchtweerstand te bestuderen.

"Dit is zowel een windtunnel voor aerodynamische tests als een verwarmde klimaattunnel – echt uniek. Met ons systeem dat een nauwkeuriger beeld geeft van de luchtweerstand waren we ook pioniers. Ongeveer 25 procent van de luchtweerstand vindt plaats rond de wielen, dus het is van cruciaal belang om die te kunnen meten", zegt Daniel Strömberg, die de windtunnel bij Volvo Cars onder zijn hoede heeft.

De aerodynamische eigenschappen van nieuwe modellen testen is vandaag belangrijker dan ooit in de auto-industrie. Want om de uitstoot en het brandstofverbruik te kunnen verminderen en veilige voertuigen met een goede wegligging te kunnen bouwen, zijn zulke tests onmisbaar. Nu benzine- en dieselvoertuigen steeds vaker plaatsmaken voor elektrische auto's, kan zelfs de kleinste aanpassing in het ontwerp een paar procenten winst voor de luchtweerstand opleveren. En dat kan een enorm verschil in rijbereik betekenen.

"Tests in de windtunnel zijn ongelooflijk doeltreffend wanneer je een voertuig wilt optimaliseren. Ik herinner me een autobouwer die geen vleugel op de kofferbak had geplaatst, waardoor de auto onstabiel werd bij hoge snelheden", zegt Daniel. Terwijl hij zijn uitleg doet, drukt hij op de knop van een schaalmodel van de windtunnel. Meteen is te zien hoe lucht door geleideschoepen over een LEGO-figuurtje wordt geblazen. De vlag in de hand van het figuurtje wappert in de wind.

Eigenlijk wou hij luchtvaartingenieur worden, maar de aanslagen in New York op 9/11 betekenden de ondergang van de luchtvaartindustrie. Gelukkig werkt Daniel nu al twintig jaar bij Volvo Cars, waarvan de laatste vijftien in de windtunnel. De beste baan ter wereld noemt hij het. En afwisselend ook: Daniel staat in voor het onderhoud, helpt nieuwe methodologieën te ontwikkelen en demonstreert hoe de windtunnel werkt aan bezoekers – van schoolkinderen tot investeerders.

"De tunnel is van maandag tot en met donderdag bemand van 6 uur 's ochtends tot middernacht. Op vrijdag en zaterdag stoppen we om 18 uur. In totaal 96 testuren per week dus en eigenlijk zijn we zo goed als volgeboekt. Als we onze eigen voertuigen niet testen, nemen we andere opdrachten aan. Van andere automerken bijvoorbeeld, of van professionele skiërs en wielrenners. Verkeerslichten testen doen we ook. Wist je dat de Zweedse rockband Europe hier zelfs een videoclip heeft opgenomen?"

Wie de testruimte binnenstapt, waant zich op de set van een sciencefictionfilm. De 165 meter lange tunnel maakt een lus en diep vanbinnen zit een turbine verscholen met rode en zwarte schoepen uit koolstofvezel. Liefst 8,15 meter hoog is die. De wind die de turbine opwekt, is onstuimig. Daarom wordt de lucht door een reeks kamers, structuren en gaasschermen geleid om elke wervelwind te bedaren. Het resultaat: een gelijkmatige luchtstroom. Ten slotte bereikt de wind de laatste kamer, die bekendstaat als de vernauwing of contractie.

"In die kamer neemt de windsnelheid zes keer toe. Als we de turbine op maximale snelheid laten draaien, halen we 250 km/u in het testgedeelte. Dat komt overeen met 70 m/s, de snelheid van een extreme orkaan. Het voertuig is verankerd aan rollende stalen riemen en aan de weegschaal die de krachten van de lucht meet. De weegschaal is ongelooflijk gevoelig: je zou er zelfs de ingrediënten voor een cake op kunnen wegen", zegt Daniel.

Naast de aerodynamische tests worden hier ook klimatologische tests uitgevoerd. Met behulp van een reusachtige warmtewisselaar en zonnesimulator kunnen ze de omstandigheden in de heetste woestijn nabootsen, maar ook nagaan welk effect verschillende verontreinigende stoffen hebben op het testvoertuig.

"Regen, sneeuw, stof, vuil – we testen alles wat van invloed is op het rijgedrag van een auto", zegt Daryosh Farin, een Contamination Control Engineer bij Volvo Cars. "We zorgen ervoor dat vuil niet tot bij de deurgreep komt en dat je zelfs in de regen nog steeds goed door het raam in het portier kunt kijken. Als de klant er helemaal niets van merkt, hebben we goed werk geleverd."

Het bewegende grondsysteem van de tunnel is een andere belangrijke factor. Vier platte stalen riemen laten alle wielen draaien en een rolband in het midden simuleert de grond. Terwijl de rolband beweegt, zuigt hij lucht onder het voertuig aan. De wind meten met wielen die draaien in plaats van stilstaan, maakt een groot verschil.

"Zo krijgen we een veel realistischer beeld. We kunnen namelijk de rolweerstand meten, net als hoeveel kracht er nodig is om de wielen en alles wat meedraait aan te drijven. We kunnen de auto ook afremmen om steile hellingen of een zware aanhangwagen te simuleren. Op die manier kunnen we de koelsystemen echt op de proef stellen", aldus Max Sundén, energie-efficiëntiespecialist bij Volvo Cars.

Alle resultaten worden zorgvuldig geanalyseerd en vergeleken met tests die zijn uitgevoerd met zowel computermodellen als in de praktijk. Vervolgens leggen de experts een gigantische puzzel van gegevens in elkaar. Tijdens slechts één dag in de windtunnel kunnen wel honderd verschillende configuraties aan bod komen, en een nieuw model wordt meerdere jaren getest.

"Gemiddeld verminderen we de luchtweerstand van het voertuig met meer dan 10 procent. Bij elektrische auto's is dit nog belangrijker, want bij 120 km/u wordt twee derde van de energie in het batterijpakket opgesoupeerd door de luchtweerstand. Op dit gebied werken we nauw samen met het ontwerpteam. Soms moeten we namelijk kleine details aanpassen, zoals de contouren van de achterlichten of de buitenspiegels", legt Kaveh Amiri, aerodynamica-ingenieur bij Volvo Cars, uit.

We staan op het punt om zelf te ervaren hoe de windtunnel werkt. Daniel geeft een seintje naar de meldkamer en er gaat een alarm af. We horen een laag gerommel, waarna een licht briesje snel toeneemt tot een constante druk tussen de muren. De wind waait met slechts 30 km/u of zo'n 9 m/s, maar door de compacte luchtstroom voelt het sneller aan.

Ons haar blaast alle kanten op, papieren vliegen weg. "Je kunt 70 km/u aan, maar moet jezelf wel vastzetten met veiligheidskoorden", roept Daniel, terwijl zijn baard in de wind wappert. "Als we de turbine op de hoogste stand zetten, verbruikt hij ongeveer 10 MW per uur – het jaarlijkse verbruik van een klein vrijstaand huis in Zweden. Maar de tests besparen ook enorm veel energie. Zelf kan ik geen genoeg krijgen van de windtunnel. Ik vind het geweldig om een nieuw voertuig vanaf de allereerste schets te volgen en stap voor stap te verbeteren."