Physics AI. Strömung in Millisekunden. – Methodik / Method ========================================================== DEUTSCH Was zu sehen ist Eine fiktive Limousine als Tonmodell in einem virtuellen Windkanal. Gezeigt wird die Strömung im Mittelschnitt des Fahrzeugs als zweidimensionale Rechnung bei reduzierter Reynoldszahl. Alle Werte sind relativ zur Ausgangsform und sagen nichts über reale Fahrzeuge aus. Es gibt keine Datenübertragung und kein Sprachmodell; alles läuft im Browser. Fahrzeug und Formparameter - Die Karosserie stammt aus demselben parametrischen Generator wie die Rohbauzelle dieser Website. Für das Tonmodell sind die Glaskanten verrundet (22 cm), vorn sitzt eine elliptische Tonnase (25 cm), die Unterseite ist geschlossen. - Ausgangsform im Windkanal: die Limousine mit 4,8 cm tieferem Bug und 2,4 cm tieferer Abrisskante. An der Limousine selbst liegt der Nachlauf im 2D-Schnitt an einer Regimegrenze (siehe Grenzen). Regler, Agent und Bericht zählen ab der Ausgangsform. - Fünf Formparameter verändern das Heck und den Bug im Mittelschnitt: Fuß der Heckscheibe (±17 cm), Höhe der Abrisskante (−6 bis +8 cm), Dachhöhe (±5 cm), Bughöhe (−8 bis +4 cm) und Diffusor (−10 bis +12 cm), jeweils gegenüber der Limousine. Die Regler zählen ab der Ausgangsform, an der Bug und Abrisskante schon tiefer sitzen: Dach ±5 cm, Bug −3 bis +9 cm, Abrisskante −4 bis +10 cm. - Randbedingungen: Dachhöhe über den hinteren Sitzen mindestens 1,39 m, Kofferraumlänge vom Heckscheibenfuß bis zum Heck mindestens 0,70 m. - Wirkung auf den Widerstand an den Enden der Bereiche (Simulation an der Limousine, die übrigen Parameter dort): Dach −5 cm −15,5 %, +5 cm +7,7 %; Bug −8 cm +6,2 %, +4 cm −9,8 %; Diffusor −10 cm +3,2 %, +12 cm −8,4 %; Abrisskante +1,4 % und +4,8 %; Fuß der Heckscheibe höchstens 0,3 %. Ein 2D-Schnitt bei niedriger Reynoldszahl überzeichnet Formwirkungen: Wenige Zentimeter am Dach ändern hier den Widerstand um mehr als 10 %, an einem realen Fahrzeug wäre es deutlich weniger. Ein höherer Bug wirkt im 2D-Schnitt über den Nachlauf: Zerlegt man den Druckwiderstand des gemittelten Felds, ändert 8 cm mehr Bughöhe den Anteil der Front kaum (0,026 → 0,034), der des Hecks sinkt um 13 % (0,880 → 0,769); hinter dem Wagen bleibt weniger Unterdruck. Im 2D-Schnitt liegt die Strömung an der glatten Heckscheibe an und löst erst an der Abrisskante ab, deshalb wirkt deren Winkel hier kaum. An einem realen Fahrzeug kann die Strömung schon an der Schräge ablösen. Die Regler zeigen Dach, Bug und Abrisskante; der Agent verändert alle fünf Parameter und nennt seine Änderung in Zentimetern; die Heckscheibe kennzeichnet er als „kaum Wirkung“. Ohne sie wählte er in der Nachrechnung schlechtere Varianten. Simulation - Lattice-Boltzmann-Verfahren D2Q9 in WebGL2 auf der Grafikkarte: 640 × 384 Zellen zu 3,25 cm, regularisierter BGK-Stoß mit Smagorinsky-Wirbelviskosität, nominelle Reynoldszahl rund 3.700 (auf die Wagenlänge). Eingeschwungen unterscheiden sich Mittel über 24.000 Schritte zwischen aufeinanderfolgenden Fenstern um 0,3 bis 1,2 %. - Ränder: ungestörte Anströmung an Ein- und Auslass mit absorbierenden Schichten, oben und am Boden reibungsfrei. Der reibungsfreie Boden übernimmt die Aufgabe des Laufbands im echten Windkanal: keine Bodengrenzschicht. - Die Karosseriewand wird spiegelnd behandelt. Das grobe Gitter kann die turbulente Grenzschicht nicht auflösen, die die Strömung an einem echten Fahrzeug anliegen lässt; so folgt die Strömung glatten Flächen und löst an Kanten ab. - Der Löser läuft ständig. Die Stromfäden folgen immer seinem aktuellen Feld; die Druckebene zeigt die Vorhersage, solange der Agent erkundet oder auf Freigabe wartet, sonst das gemittelte Feld der Simulation. Die Vorhersage deckt ein gut 10 m langes Fenster um den Wagen ab; zu dessen Rändern hin geht das Bild in das Feld der laufenden Simulation über. Beim Erkunden zeigt das Bild die jeweils beste Variante. - Kräfte über Impulsaustausch, Beiwerte bezogen auf die Höhe des Schnitts, gemittelt über 24.000 Schritte nach 30.000 Schritten Einschwingen. Bis zum 7. Oktober 2026 waren es 12.000 Schritte Einschwingen; der Nachlauf vieler Varianten wuchs danach noch, ihre Mittel lagen im Median 3,4 % zu hoch. - Validierung: Zylinder bei Re = 100 mit Strouhal-Zahl 0,166 und Widerstandsbeiwert 1,40 (Literatur 0,16–0,17 und 1,3–1,4); Massenerhalt im geschlossenen Kasten auf 10⁻⁹. Surrogatmodell - Trainingsdaten: 664 eigene Simulationen mit demselben Protokoll: 400 nach einem Latin-Hypercube-Plan über die fünf Parameter, 152 am Rand des Formraums (Achsen, Ecken, Seitenflächen) und 112 in einem Raster über die drei Regler. 72 weitere Varianten bleiben für den Test zurück (40 im Inneren, 20 am Rand, 12 im Reglerraum). - Modell: Hauptkomponenten (POD) der gemittelten Felder für Druck und Geschwindigkeit mit 16 Moden (96,5 % der Energie), dazu zwei kleine neuronale Netze: 5 → 64 → 64 → 16 für die Modengewichte und 5 → 32 → 32 → 2 für Widerstands- und Auftriebsbeiwert; numpy, fester Startwert. - Genauigkeit an den 72 zurückgehaltenen Varianten: Widerstand im Median 1,8 %, höchstens 5,8 % Abweichung; Feldfehler (L2, bezogen auf die Störung der Anströmung) im Median 3,3 %, im 95. Perzentil 7,9 %, höchstens 10,7 %. Zum Vergleich: Das bloße Mittelfeld aller Simulationen läge bei 10,3 %. - Dieselbe Prüfung in den Einheiten des Berichts: ΔW (Änderung des Widerstands gegenüber der Ausgangsform in %) weicht im Median um 1,7 Prozentpunkte ab, höchstens um 4,7; ΔcA (Änderung des Auftriebsbeiwerts, ohne Einheit) im Median um 0,07, höchstens um 0,20. Diese Höchstwerte sind die Toleranz im Bericht. - Grenzen: An der Limousine selbst liegt der Nachlauf im 2D-Schnitt an einer Regimegrenze. 1 cm weniger Dachhöhe senkt dort den simulierten Widerstand um 11,6 %, vorhergesagt sind 2,9 %; die Abrisskante liegt in einer Delle von 2,3 %. Ein glattes Modell mittelt solche Sprünge, und höhere Viskosität (getestet bis ν = 0,008) beseitigt sie nicht. Eine Probe über 19 mögliche Startformen fand eine glatte Umgebung bei 4,8 cm tieferem Bug und 2,4 cm tieferer Abrisskante: die Ausgangsform. Dort lagen alle 19 geprüften Reglerstellungen (je Regler eine, zwei und fünf Stufen in beide Richtungen und die Enden) innerhalb der Toleranz, im Median 1,1 und höchstens 3,0 Prozentpunkte daneben (Dach −1 cm: Vorhersage −2,7 %, Simulation −5,7 %). Bei Abrisskante +2 cm, der Höhe der Limousine, widersprechen sich die Richtungen (+1,1 gegen −1,3 %). Die Prüfzeile einer Handform sagt das jeweils offen. Deshalb prüft die Simulation auch den Vorschlag des Agenten. - Warum der Vorschlag des Agenten meist stärker abweicht als der Median des Tests: Ein Optimierer wählt gezielt die Variante, für die das Surrogat am meisten verspricht, und damit bevorzugt eine, die es überschätzt. Beim Ziel „Weniger Widerstand“ bestätigt die Simulation im Standardlauf 87 % der vorhergesagten Senkung. Eine Korrektur der Restfehler mit einem Kernmodell und eine über die Nachbarschaft gemittelte Bewertung haben das nicht verbessert; der Vertrauensbereich (85 %) hat es. - Im Browser rechnet das Netz in JavaScript, das Feld entsteht auf der Grafikkarte aus einem 8-bit-Modenatlas. Agent - Der Ablauf ist nachgestellt: Plan und Texte sind vorgegeben. Die Zahlen kommen live aus Surrogat, Optimierer und Simulation. - Optimierer: CMA-ES mit festem Startwert, 16 Generationen zu je 10 Varianten; Varianten außerhalb der Randbedingungen gelten als unzulässig. Der Agent sucht innerhalb von 85 % jedes Bereichs (Vertrauensbereich): An den Rändern ist das Surrogat am unsichersten, und ein Optimierer findet gerade dort seine zu optimistischen Fehler. Die Regler behalten den vollen Bereich. Widerstand und Auftrieb zählen je in Einheiten ihrer Streuung im Datensatz. Ziele: „Weniger Widerstand“ nur Widerstand; „Weniger Auftrieb“ Auftrieb, Widerstand mit einem Viertel; „Ausgewogen“ Widerstand, solange der Auftrieb nicht über den der Ausgangsform steigt (ΔcA ≤ 0). Weil die wirksamsten Hebel den Widerstand senken und zugleich den Auftrieb erhöhen, fällt die Senkung dann kleiner aus. - Vor der Prüfung bittet der Agent um Freigabe. Die Simulation rechnet die gewählte Variante aus der Ruhe neu, mit dem Protokoll der Trainingsdaten (rund 19 Sekunden); der Bericht vergleicht Vorhersage und Simulation mit der Toleranz aus dem Test des Surrogats. Die Kräfte werden alle 100 Schritte abgetastet, an denselben Schritten wie in den Trainingsdaten: Der Widerstand schwankt so schnell, dass schon die Lage der Abtastschritte ein Mittel um bis zu 0,3 % verschiebt. So berichtet ein Besuch dieselben Zahlen wie der Text unter den Standbildern, und die unveränderte Ausgangsform zeigt genau 0. - Eine von Hand geformte Variante rechnet die Simulation wie die Trainingsdaten aus der Ruhe: 30.000 Schritte Einschwingen und 24.000 Schritte Mittelung, rund 19 Sekunden. Der Wert der Simulation erscheint erst nach dem vollen Fenster, zusammen mit einer Prüfzeile mit Abweichung und Urteil: Mittel über ein halbes Fenster schwankten bei derselben Form um bis zu 1,7 %. Bis dahin steht der Wert der Vorhersage, gekennzeichnet. ENGLISH What you see A fictional saloon as a clay model in a virtual wind tunnel. The flow is shown in the vehicle's mid-plane as a two-dimensional computation at a reduced Reynolds number. All values are relative to the start shape and say nothing about real vehicles. There is no data transfer and no language model; everything runs in the browser. Vehicle and shape parameters - The body comes from the same parametric generator as this website's body-in-white cell. For the clay model the glass edges are rounded (22 cm), an elliptic clay nose sits in front (25 cm), and the underside is closed. - Start shape in the tunnel: the saloon with its front end 4.8 cm and its trailing edge 2.4 cm lower. At the saloon itself the wake in the 2D section sits on a regime boundary (see limits). Sliders, agent and report count from the start shape. - Five shape parameters change rear and front in the mid-plane: base of the rear window (±17 cm), height of the trailing edge (−6 to +8 cm), roof height (±5 cm), front height (−8 to +4 cm) and diffuser (−10 to +12 cm), each against the saloon. The sliders count from the start shape, where front end and trailing edge already sit lower: roof ±5 cm, nose −3 to +9 cm, trailing edge −4 to +10 cm. - Constraints: roof height above the rear seats at least 1.39 m, boot length from the rear window base to the tail at least 0.70 m. - Effect on drag at the ends of the ranges (simulated at the saloon, the other parameters there): roof −5 cm −15.5 %, +5 cm +7.7 %; nose −8 cm +6.2 %, +4 cm −9.8 %; diffuser −10 cm +3.2 %, +12 cm −8.4 %; trailing edge +1.4 % and +4.8 %; rear window base at most 0.3 %. A 2D section at a low Reynolds number exaggerates shape effects: a few centimetres of roof change drag here by more than 10 %, on a real vehicle by much less. A higher front end acts through the wake in the 2D section: splitting the pressure drag of the mean field, 8 cm more front height hardly changes the front's share (0.026 → 0.034), while the rear's falls by 13 % (0.880 → 0.769); less suction remains behind the car. In the 2D section the flow stays attached to the smooth rear window and separates only at the trailing edge, so its angle hardly matters here. On a real vehicle the flow can separate on the slope already. The sliders show roof, nose and trailing edge; the agent changes all five parameters and states its change in centimetres, marking the rear window as "hardly any effect". Without it, the re-simulated picks were worse. Simulation - Lattice Boltzmann method D2Q9 in WebGL2 on the graphics card: 640 × 384 cells of 3.25 cm, regularised BGK collision with a Smagorinsky eddy viscosity, nominal Reynolds number about 3,700 (on the car length). Once settled, means over 24,000 steps differ between consecutive windows by 0.3 to 1.2 %. - Boundaries: undisturbed stream at inlet and outlet with absorbing layers, free slip at the top and on the ground. The free-slip ground does what the moving belt does in a real wind tunnel: no ground boundary layer. - The body wall reflects specularly. The coarse lattice cannot resolve the turbulent boundary layer that keeps the flow attached to a real vehicle; this way the flow follows smooth surfaces and separates at edges. - The solver runs all the time. The streaklines always follow its current field; the pressure sheet shows the prediction while the agent explores or waits for approval, otherwise the simulation's mean field. The prediction covers a window of a good 10 m around the car; towards its edges the picture passes into the running simulation's field. While exploring, the picture shows the best variant so far. - Forces by momentum exchange, coefficients referred to the height of the section, averaged over 24,000 steps after 30,000 steps of settling. Until 7 October 2026 it was 12,000 steps of settling; the wake of many variants was still growing then, and their means were 3.4 % high in the median. - Validation: cylinder at Re = 100 with a Strouhal number of 0.166 and a drag coefficient of 1.40 (literature 0.16–0.17 and 1.3–1.4); mass conserved in a closed box to 10⁻⁹. Surrogate model - Training data: 664 own simulations with the same protocol: 400 on a Latin hypercube over the five parameters, 152 on the boundary of the design space (axes, corners, faces) and 112 on a grid over the three sliders. 72 further variants are held out for the test (40 inside, 20 on the boundary, 12 in the slider space). - Model: principal components (POD) of the mean pressure and velocity fields with 16 modes (96.5 % of the energy), plus two small neural networks: 5 → 64 → 64 → 16 for the mode weights and 5 → 32 → 32 → 2 for the drag and lift coefficients; numpy, fixed seed. - Accuracy on the 72 held-out variants: drag median 1.8 %, at most 5.8 % deviation; field error (L2, relative to the disturbance of the free stream) median 3.3 %, 95th percentile 7.9 %, at most 10.7 %. For comparison, the plain mean field of all simulations would score 10.3 %. - The same test in the report's units: ΔD (change in drag against the start shape, in %) deviates by 1.7 percentage points in the median and at most by 4.7; ΔcL (change in the lift coefficient, no unit) by 0.07 in the median and at most by 0.20. These maxima are the report's tolerance. - Limits: at the saloon itself the wake in the 2D section sits on a regime boundary. 1 cm less roof height lowers the simulated drag there by 11.6 %, against 2.9 % predicted; the trailing edge lies in a dip of 2.3 %. A smooth model averages such jumps, and a higher viscosity (tested up to ν = 0.008) does not remove them. A probe over 19 possible start shapes found smooth surroundings with the front end 4.8 cm and the trailing edge 2.4 cm lower: the start shape. There all 19 slider positions checked (one, two and five steps either way per slider, and the ends) were within the tolerance, 1.1 percentage points off in the median and 3.0 at most (roof −1 cm: predicted −2.7 %, simulated −5.7 %). At the trailing edge +2 cm, the saloon's height, the directions disagree (+1.1 against −1.3 %). The check line of a hand-made shape says so each time. This is also why the simulation verifies the agent's proposal. - Why the agent's proposal usually deviates more than the test median: an optimiser picks the variant the surrogate promises most for, and so favours one it overestimates. For "Less drag" the simulation confirms 87 % of the predicted reduction in the default run. Correcting the residuals with a kernel model and rating each variant over its neighbourhood did not improve this; the trust region (85 %) did. - In the browser the network runs in JavaScript; the field is composed on the graphics card from an 8-bit mode atlas. Agent - The run is re-enacted: plan and wording are scripted. The numbers come live from the surrogate, the optimiser and the simulation. - Optimiser: CMA-ES with a fixed seed, 16 generations of 10 variants; variants outside the constraints count as infeasible. The agent searches within 85 % of every range (a trust region): at the edges the surrogate is least sure, and an optimiser finds its optimistic errors there. The sliders keep the full range. Drag and lift count in units of their spread in the dataset. Goals: "Less drag" drag only; "Less lift" lift, with drag at a quarter; "Balanced" drag, as long as lift does not rise above the start shape's (ΔcL ≤ 0). Since the most effective levers lower drag and raise lift together, the reduction is smaller then. - Before verifying, the agent asks for approval. The simulation recomputes the chosen variant from rest with the training data's protocol (about 19 seconds); the report compares prediction and simulation with the tolerance from the surrogate's test. Forces are sampled every 100 steps, on the same steps as in the training data: drag swings so fast that the position of the sampling steps alone shifts a mean by up to 0.3 %. So a visit reports the same figures as the text under the stills, and the unchanged start shape shows exactly 0. - A shape made by hand is simulated from rest like the training data: 30,000 steps of settling and 24,000 of averaging, about 19 seconds. The simulated value shows only after the full window, together with a check line with deviation and verdict: means over half a window swung by up to 1.7 % for one and the same shape. Until then the predicted value stands, labelled as such.