Profil für den Heckspoiler eines Formel 1 Rennwagens

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Hilke Raske
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1 Christoph Wenzel Profil für den Heckspoiler eines Formel 1 Rennwagens (Vortragsdatum: 27. Januar 2014) Aufgabenstellung Ziel des Profilentwurfes war es, einen Heckspoiler eines Formel 1 Rennwagens mit maximal möglichem Abtrieb zu entwerfen um auf einer Rennstrecke mit geringer Durchschnittsgeschwindigkeit (z.b. Monaco) eine möglichst hohe Kurvengeschwindigkeit und damit eine kurze Rundenzeit zu ermöglichen. Laut Reglement (Saison 2013) sind für einen Heckspoiler eines Formel 1 Rennwagens zwei voneinander unabhängige Flügelsegmente gefordert, was für den Profilentwurf mit dem Eppler - Profilentwurfsprogramm jedoch eine nicht zu lösende Aufgabe darstellt. Aus diesem Grund wurde die Aufgabenstellung vereinfacht und als einzig mögliche Variante ein einzelnes Profil für den Heckspoiler zugelassen. Randwerte Als geometrische Randwerte ist laut Reglement (Saison 2013) ein definierter Bereich vorgegeben, in dem sich alle Elemente des Spoilers befinden müssen: Höhe: h = 220 mm Tiefe: t = 350 mm Breite: b = 710 mm Geschwindigkeiten (Monaco): Top Speed: v T S = 285 km h = 79, 16 m s Kurvenfahrt: v K = 140 km h = 38, 89 m s REYNOLDSzahlen mit ν = 14, m2 s und l = 0, 37 m (l > 0, 35m wegen Anstellwinkel im Bauraum): Top Speed: Re T S = v T S l ν = 2, Kurvenfahrt: Re K = v K l ν = 0, , Entwurfskriterien Wichtigster Optimierungsaspekt bei der hier behandelten Aufgabenstellung war das Erreichen eines möglichst hohen Auftriebsbeiwertes c lmax bei einer REYNOLDSzahl von Re K = 1, , da dieser den Abtrieb in schnellen Kurven und damit die maximal erreichbare Kurvengeschwindigkeit bestimmt. Der Auslegungspunkt bei einer REYNOLDSzahl von Re T S = 2, wird hingegen lediglich auf langen Geraden erreicht, auf denen nicht der Abtrieb sondern der Widerstand eine entscheidende Rolle spielt um die Rundenzeit zu verringern. Demzufolge ist hier darauf zu achten, dass es bei dieser REYNOLDSzahl zu keinem widerstandssteigernden Strömungsverhalten wie beispielsweise einer Ablösung an der Profilvorderkante kommt. Aufgrund der sehr hohen Auftriebsbeiwerte, des geringen Oswaldfaktors und der extrem geringen Streckung (Λ 2) des gesamten Heckflügels spielt bei dem hier auszulegenden Spoilerprofil 1

2 Christoph Wenzel der Profilwiderstandsbeiwert c d im Vergleich zum auftriebsabhängigen induzierten Widerstandsbeiwert c dind nur eine untergeordnete Rolle. Aus diesem Grund wurde beim Profilentwurf keine Optimierung bezüglich des Widerstandsbeiwertes c d durchgeführt. Im Laufe der Bearbeitung dieser Aufgabe hat sich gezeigt, dass der Auftriebsbeiwert laut Eppler- Profilentwurfsprogramm bis hin zu Werten von c lmax = 4, 3 optimiert werden kann, dabei der Schließungsanteil eines solchen Profils im Vergleich zu einem Referenzprofil (E 423) jedoch extrem groß wird. Da sich die negativen Auswirkungen eines zu großen Schließungsanteils in dem zum Entwurf verwendeten Eppler-Profilentwurfsprogramm nicht äußern, wurde als zusätzliches Entwurfskriterium ein ähnlich großer Schließungsanteil wie der des Referenzprofils E 423 gefordert. Das entworfene Profil mit zu großem Schließungsanteil ist im Anhang dieses Dokumentes dennoch enthalten. Entwurfseingabedaten des endgültigen Entwurfs REMO1 REMO1 *P@1P@2ROFILENTWURF 2013/2014 TRA TRA TRA RAMP TRA EHNN 6 ALFA DIAG *N@1CW@2-007 ALFA RE CDCL *N@1CW@2-007 ENDE Anmerkung Für die Rechnung wurde der Transitionsgrad auf N = 6 gesetzt und der Machzahleinfluss vernachlässigt. 2

3 Christoph Wenzel Geschwindigkeitsverteilung und Poalren des endgültigen Entwurfs 3

4 Christoph Wenzel Geschwindigkeitsverteilung und Polaren eines Vergleichsprofils (E 423) 4

5 Christoph Wenzel Anhang Entwurfsparameter des Zwischenentwurfes mit c lmax = 4, 3. REMO1 REMO1 *P@1P@2ROFILENTWURF 2013/2014 TRA TRA TRA TRA RAMP TRA EHNN 6 ALFA DIAG *N@1CW@2-008 ALFA RE CDCL *N@1CW@2-008 ENDE 5

6 Christoph Wenzel Geschwindigkeitsverteilung und Poalren des endgültigen Entwurfs 6

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