Gastbeitrag von Seth Morris, Aerodynamiker, Richard Childress Racing

In der Welt des Stock-Car-Rennens entscheidet selbst der kleinste Wettbewerbsvorteil über Sieg und Niederlage.

Deshalb entwickeln und bauen wir bei Richard Childress Racing unsere Rennwagen von Anfang bis Ende selbst. Wir konstruieren und fertigen unsere eigenen Fahrgestelle und Aufhängungskomponenten, wir entwerfen und fertigen unsere eigenen Karosserien und wir testen und bauen unsere eigenen Motoren. Alles wird bei RCR von Grund auf neu entwickelt.

Vielleicht ist das der Grund für unseren Erfolg in unserer 48-jährigen Geschichte – die bis ins Jahr 1969 zurückreicht, als unser Besitzer Richard Childress in der NASCAR startete. Seitdem haben wir 17 Meisterschaften und 200 Rennen gewonnen und waren das erste Team, das alle drei NASCAR-Tourenserien gewann. Richards Partnerschaft mit dem legendären Dale Earnhardt machte RCR zu einer Elite-Organisation mit sechs Cup-Series-Meisterschaften von 1986 bis 1994.

Heute verfügt RCR über acht Vollzeit-Rennteams, über 500 Mitarbeiter, einen 40 Hektar großen Campus und über 50 Ingenieure aus den Bereichen Maschinenbau, Aerodynamik, Simulation, Strategie sowie Forschung und Entwicklung. Unser Aerodynamik-Team besteht aus sechs Ingenieuren, vier weitere Konstrukteure fertigen die Komponenten für die Tests im Windkanal. Drei dieser sechs Ingenieure sind mit der Simulation der Aerodynamik des Fahrzeugs mittels numerischer Strömungsmechanik (CFD) beschäftigt.

In den letzten 12 Jahren hat RCR viel Zeit und Ressourcen in CFD investiert. Die Hauptziele des CFD-Teams sind die Entwicklung eines tieferen Verständnisses des aerodynamischen Systems des Fahrzeugs, die Bewertung neuer aerodynamischer Konzepte, die Empfehlung von Designänderungen für Tests im Windkanalteam und die Analyse von Phänomenen, die im Windkanal nicht modelliert werden, aber auf der Strecke beobachtet werden können. Als Aerodynamiker bei RCR verwende ich ANSYS Fluent, einen kommerziell erhältlichen CFD-Code, um die Aerodynamik des Fahrzeugs zu untersuchen.

CFD ist ein rechenintensiver Prozess, und wir verfügen nur über begrenzte Ressourcen für die High-Performance-Computing-Infrastruktur (HPC) und das interne Know-how, um unsere Simulationsanforderungen zu erfüllen. RCR verfügt über 64 Kerne vor Ort, die hauptsächlich für die Vor- und Nachbearbeitung von CFD-Modellen genutzt werden. Aufgrund dieser Einschränkung hat sich unser Team entschieden, unsere gesamte CFD auszulagern. Wir wollten die Kapazität erweitern, um größere Modelle mit einer ausreichend hohen Auflösung zu erstellen, um die komplexen Strömungsdetails, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf der Strecke beeinflussen, präzise zu verstehen.

15. Mai 2008 – RCR-Gipfel in Welcome, North Carolina. (Foto/Harold Hinson)

Die Rescale™-Lösung

Für die Ganzkörper-Aerodynamische Analyse sind Modelle mit 150–400 Millionen Zellen erforderlich, deren Verarbeitung in angemessener Zeit Tausende von Kernen erfordert. Die interne Implementierung von HPC war aufgrund der IT-Infrastruktur und der Kapitalinvestitionen nicht realisierbar. Zudem wurde die Hardware zu teuer, RCR verfügte nicht über die nötige HPC-Expertise für deren Einrichtung und Verwaltung, und die Hardware unterliegt so schnellen Zyklen, dass sie veraltet wäre, bevor sich die Investition amortisiert hätte. RCR zog andere Cloud-Optionen in Betracht, war jedoch der Meinung, dass die Hardware und die Preise von Rescale mit unseren Anforderungen skalierbar wären. Dies würde uns die Flexibilität geben, klein anzufangen und die Produktion bis zur Vollproduktion hochzufahren.

ANSYS Fluent ist nativ in die ScaleX™-Plattform von Rescale integriert, wurde getestet und auf dieser optimiert. RCR nutzt diese Plattform seit einem Jahr für die Aerodynamiksimulation der gesamten Fahrzeugkarosserie. Mit Rescale können wir unsere Jobs problemlos auf 512 Kernen oder mehr ausführen und sie in 10 Stunden abschließen. Dank des Zugriffs auf umfangreiche Hardware in der Cloud können wir komplexere Simulationen in größerer Menge ausführen. In einer Branche, in der Geschwindigkeit eine wichtige Rolle spielt, ist es außerdem ein Segen, Jobs sofort ausführen zu können, ohne in einer Warteschlange warten zu müssen. Es beschleunigt nicht nur unsere Simulationen, sondern gibt uns auch die Flexibilität, Designvarianten und „Was-wäre-wenn“-Szenarien im Handumdrehen zu debuggen und auszuführen. Diese Wettbewerbsvorteile sind entscheidend für den Erfolg meines Teams.

Die Möglichkeit, den Designraum mit Rescale einfach und effizient zu erkunden, ist befreiend. Um auf diesem Erfolg aufzubauen, plant RCR, seine Produktivität zu steigern. RCR plant, mit Rescale weitere Simulationen zu automatisieren, um unseren Simulationsdurchsatz zu erhöhen und den Prozess zu rationalisieren. Auf Produktionsebene wird die Hinzufügung unbegrenzter CFD-Kapazitäten bahnbrechend sein. Dadurch können wir Luftwiderstand und Abtrieb des Karosseriedesigns je nach den Regeln und Vorschriften der jeweiligen Rennstrecke anpassen, um die Rundenzeit zu optimieren. Fortgeschrittene, hochauflösende CFD, die Tausende von Kernen erfordert, ist äußerst nützlich, um die komplexe Aerodynamik des Rennwagens zu verstehen. Es funktioniert als System und gibt uns die Flexibilität, schnell verschiedene Karosseriedesigns einzuführen und zu optimieren, da sich unsere Einschränkungen wöchentlich ändern.

Der On-Demand-Zugriff auf HPC über Rescale verschafft uns einen Wettbewerbsvorteil, der letztendlich zu mehr Erfolgen auf der Rennstrecke führen wird.