Aerodynamik von Hochleistungsfahrzeugen. Gliederung.

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Wilfried Geier
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1 WS 10/11 Folie 9.1 Hochleistungsfahrzeugen. Gliederung. 1. Einführung (Typen, Rennserien) 2. Aerodynamische Grundlagen 3. Aerodynamik und Fahrleistung 4. Entwicklung im Windkanal 5. Entwicklung mit CFD 6. Flügelelemente 7. Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor 8. Motorfrischluft / -kühlung, Bremsenkühlung 9. Leitbleche, Rad-/Radhaus 10. Rekord-/ und Serienfahrzeuge

2 WS 10/11 Folie 9.2 Funktionen von Luftleitblechen. Luftleitelement werden verwendet zur lokalen Erzeugung von Abtrieb (Feinabstimmung): dive vanes an der Frontschürzen oder den Endplatten der Fronflügel. winglets auf den Seitenkästen. flip up panels vor den Hinterrädern. Reduzierung des Luftwiderstandes der Räder: dive vanes an den Flügelendplatten. bargeborads und guide vanes hinter bzw. neben den Vorderrädern. flip up panels vor den Hinterrädern. Erzeugung von Abtrieb am Fahrzeug: bargeborads und guide vanes hinter bzw. neben den Vorderrädern. Verbesserung der Anströmung anderer Bauteile (Heckflügel): bull horns, viking horns, airbox Finne.

3 WS 10/11 Folie 9.3 Funktionen von Luftleitblechen. airbox fin winglets viking horns flip up panels barge boards guide vanes dive vanes

4 WS 10/11 Folie 9.4 Wirbel. Helmholtzsche Wirbelsätze: 1. Ein Wirbelfaden hat in einem Medium kein Ende, er ist entweder geschlossen oder endet an der Grenze des Mediums. 2. Es ist Drehung im Fuid erforderlich, um Wirbel zu erzeugen oder zu vernichten. 3. Das Linienintegral in einem Geschwindigkeitsfeld ist längs einer beliebigen, geschlossenen Kurve, die den Wirbel einmal umläuft, (Zirkulation) konstant. (D.h. ein eingeschnürter Wirbel besitz eine höhere Umfangsgeschwindigkeit.) Die Wirbelsätze gelten für reibungsfreie Strömung. In reibungsbehafteten Strömungen schwächen sich Wirbel kontinuierlich durch Dissipation ab.

5 WS 10/11 Folie 9.5 Wirbel: Phänomene. endlicher Flügel upwash Aufrollen Wirbelinduzierter Unterdruck Wirbelplatzen a) Wirbel gegensätzlicher Rotationsrichtung erzeugen eine aufwärtsgerichtete Strömung ( upwash ). b) Wirbel gleicher Rotationsrichtung können sich umeinander aufrollen. c) In Wechselwirkung mit einer Oberfläche können die Geschwindigkeiten eines Wirbel auf dieser Unterdruck induzieren. Wirbel können aufplatzen ( vortex burst / breakdown ). Schwache Wirbel sind stabiler. Starke Druckgradienten begünstigen das Aufplatzen.

6 WS 10/11 Folie 9.6 Wirbelplatzen.

7 WS 10/11 Folie 9.7 Schlanker Delta Flügel. Großer Anstellwinkel α > 20 Dünne oder sogar scharfe Seitenkanten Wirbelkerne AA

8 WS 10/11 Folie 9.8 Schlanker Delta Flügel.

9 WS 10/11 Folie 9.9 Wirbelinduzierter Auftrieb. Auftrieb bei schlanken Flügeln: Λ < 1 und α < 10 : C A = Π 2 Λ sinα (ohne wirbelinduzierten Auftrieb) Λ < 1 und 10 < α < 30 : C A = (α 1 + α 2 Λ) sinα mit a1 = 0,963, a2 = 1,512 für Delta Flügel C D = C L tanα

10 WS 10/11 Folie 9.10 Wirbelerzeugung. Wirbelerzeuger Wirbel Heckdiffusor Tumbprint Indy 2000

11 WS 10/11 Folie 9.11 Abtrieb und Widerstand mit Wirbelgeneratoren. C A C W C A (Unterboden und VG) C A (ohne VG) C W (Unterboden und VG) C W (ohne VG) h [mm]

12 WS 10/11 Folie 9.12 Konzepte Wirbelerzeugung. Bargeboard Sägezahnprofil Flügelendwirbel Deltaflügel

13 WS 10/11 Folie 9.13 Bargeboards. horizontale Platte hoher Druck

14 WS 10/11 Folie 9.14 Bargeboards.

15 WS 10/11 Folie 9.15 Leitbleche, Rad- / Radhaus Bargeboards. Bargeboards im Wandel der Zeit

16 WS 10/11 Folie 9.16 Divevanes.

17 WS 10/11 Folie 9.17 Leitbleche, Rad- / Radhaus Divevanes.

18 WS 10/11 Folie 9.18 Leitbleche, Rad- / Radhaus Flip up panels

19 WS 10/11 Folie 9.19 Rad-/Radhausströmung. Optimierung der Rad-/Radhausströmung 1. Freistehendes Rad ( Open Wheel ): Verringerung des Luftwiderstandes der Räder (30 %). Verringerung oder Vermeidung des Auftriebes. 2. Rad im Radhaus: Verringerung des Luftwiderstandes der Räder und des Radhauses (30 %). Freistehender Teil des Rades unten. Druckverhältnisse im Radhaus. Ein- / Ausströmen um das Radhaus. Minimierung des Radhaus-Auftriebes.

20 WS 10/11 Folie 9.20 Druckverhältnisse am Rad. stehendes Rad drehendes Rad

21 WS 10/11 Folie 9.21 Ablöseverhalten an Rädern. Drehendes Rad Stehendes Rad

22 WS 10/11 Folie 9.22 Auftrieb und Widerstand von Rädern. C A Fackrell,Harvey Cogotti Stapleford Stapleford C W

23 WS 10/11 Folie 9.23 Optimierung. Radumströmung Auffüllen nach Nachlaufes. Abschwächung des Überdruckgebietes auf der Vorderseite. Abschwächung des Überdruckgebietes vor dem Latsch. Verringerung des Unterdruckes auf dem Rad. Radhaus Verringerung des Druckes an den Radhausrückseiten. Erhöhung des Druckes an den Radhausvorderseiten. Möglichst geringer Luftaustausch seitlich Radblende. Möglichst gerade Anströmung des freistehenden Radteiles unten.

24 WS 10/11 Folie 9.24 Optimierung am Rad.

25 WS 10/11 Folie 9.25 Leitbleche, Rad- / Radhaus Umströmung des Hinterrades. Coke area

26 WS 10/11 Folie 9.26 Radhausentlüftung oben.

27 WS 10/11 Folie 9.27 Radhausentlüftung oben.

28 WS 10/11 Folie 9.28 Radhausentlüftung hinten.

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