FZA Aerodynamische Grundlagen (Kapitel 4)

Card Set Information

Author:
toebber
ID:
306143
Filename:
FZA Aerodynamische Grundlagen (Kapitel 4)
Updated:
2015-08-07 08:49:33
Tags:
FZA
Folders:

Description:
FZA Aerodynamische Grundlagen (Kapitel 4)
Show Answers:

Home > Flashcards > Print Preview

The flashcards below were created by user toebber on FreezingBlue Flashcards. What would you like to do?


  1. Fahrzeugkoordinatensystem
    • Ursprung in der Fahrbahnebene und im Schwerpunkt des durch die Radaufstandspunkte beschriebenen Rechtecks befindet
  2. Luftkräfte
    • Luftwiderstandskraft FW (oder auch Tangentialkraft FT)
    • Auftriebskraft FA
    • FA = FA,v + FA,h
    • FA,v und FA,h setzen sich aus zwei Anteilen zusammen. Aus einem Anteil der reinen Auftriebskomponente FA (hier FA,1 und FA,2) und der Position deren Angriffspunkts in x-Rcihtugn und aus einem Anteil der Widerstandskomponente FW (hier FW,1 und FW,2) und der Position deren Angriffspunkts in z-Richtung
    • Seitenkraft FS
    • FS = FS,v + FS,h
    • Wankmoment (oder auch Rollmoment) Mx
    • Nickmoment (oder auch Kippmoment) My
    • My = (FA,v - FA,h) * l0/2
    • My,W = FW * hW und FW,1 = -FW,2 = My,W/l0
    • My,A = -FA * lA und FA,1 = FA - FA,2 = (FA * l0 + 2 * My,A)/(2 * l0)
    • Giermoment Mz
    • Mz = (FS,v - FS,h) * s/2
  3. Formwiderstand
    • Einfluss auf den Formwiderstand kann durch Rundungen genommen werden. Rundungen ermöglichen eine ablösungsfreie Umströmung der Körperkanten, wodurch die Strömung länger am Körper anliegen bleibt, wodurch sich das Totwassergebiet verkleinert und der Luftwiderstand reduziert wird.
  4. Induzierter Widerstand
    • Durch Anströmen ergibt sich wie bei einem Flugzeugtragflügel eine Auftriebs- oder Abtriebskomponente. Dadurch wird aber auch der Luftwiderstand erhöht (Impulssatz). Diese Widerstandserhöhung wird als induzierter Widerstand bezeichnet. 
    • Durch Über- und Unterdruck auf den verscheidenen Seiten des angeströmten Objekts entstehen Ausgleichsströme am Rand des Objekts die die dargestellten Randwirbel und Wirbelzöpfe erzeugt. Die ständige Neubildung des Randwirbels verbraucht Energie und verursacht damit den induzierten Widerstand.
    • Bei der Wiedervereinigung der oberen und unteren Stromlinien hinter dem Flügel weisen diese, je nach Größe der Ablenkung, seitliche Geschwindigkeitskomponenten auf, wodurch die Drehbewegung eingeleitet wird. Die Intensität der Wirbelzöpfe ist abhängig von der Größe des Druckunterschieds.

    • Der induzierte Widerstand kann also auf drei Arten erklärt werden. 
    • Durch die Druckverhältnisse auf Flügelober- und Unterseite und die daraus resultierende Zusatzkraft
    • Durch den Impulssatz und den resultierenden Impulsverlust in x-Richtung
    • Durch den Energiesatz aufgrund der Produktion von Bewegungsenergie in den abschwimmenden Wirbelzöpfen
  5. Kühlluftwiderstand
    • ΔcW,K (typischerweise von 0 ≤ ΔcW,K ≤ 0,04, durchschnittlich bei 10% des Gesamtluftwiderstands)
    • Widerstandsanteile aus der Durchströmen des Motorraums, sowie aus der Zuführung von Kühlluft zu Bremsen, Getriebe und Katalysator
    • Als Referenz dient Mock-up (Fahrzeug mit verschlossenen Durchströmungsöffnungen)

    • Durch drei Anteile bestimmt:
    • Stoß- und Impulsverluste am Strömungsein- und austritt
    • Druckverluste bei der Kühler- und Motorraumdurchströmung
    • Wechselwirkungen mit der Fahrzeugströmung, insbesondere mit den Vorderrädern
  6. Anforderung an Kühlsystem
    • Ausreichende Kühlung des Motors und der Bauteile
    • Grenzfälle:
    • Maximale Motorleistung (maximale Temperatur der Bauteile)
    • langsame Bergfahrt mit voll beladenem Wagen
    • Anhängerbetrieb
    • Motorleerlauf nach Valllastfahrt bei stehendem Wagen
  7. Strömung der Kühlluft
    • Strömung im Bereich des Fahrzeugkühlers kann sich je nach Betriebspunkt stark unterscheiden
    • Ungleichmäßige Durchströmen des Wärmetauschers ungünstig für den Wirkungsgrad
  8. Kühler
    • Vorraussetzungen für den Kühlereinbau sind ungünstig.
    • Der Platz wird durch Traversen, Motor und Hilfsaggregate fixiert und begrenzt.
    • Außerdem ist die Fahrzeugdurchströmung durch den Kühlergrill, Motor und Hilfsaggregate behindert
  9. Anströmen des Kühlers
    • Unterscheidung zwischen freier und geführter Variante
    • Der freifahrende Kühler zeigt im relevanten Bereich der Kühlerdruckverlustbeiwerte etwas höhere Durchsätze und damit einen verbesserten Wärmeübergang bei deutlich erhöhtem Widerstand.
    • In heutigen Fahrzeugen kommen fast nur noch geführte Anströmenden zum Einsatz, auch um ungewollte Rückströmungen zu vermeiden
  10. Stoß- und Impulsverluste (Kühlluftwiderstand)
    Diese werden klein, wenn der Druckbeiwert cP der Fahrzeugumströmung am Strömungsaustritt gleich groß ist wie der Druckbeiwert der Fahrzeugdurchströmung am Strömungsaustritt und wenn der Strömungsaustritt möglichst tangential, also mit hohem x-Impuls erfolgt
  11. Wechselwirkung der Fahrzeugumströmung (Kühlluftwiderstand)
    • kann am Beispiel der Vorderräder veranschaulicht werden
    • Die Kühlluft aus dem Motorrad tritt teilweise in den Radkästen aus und vergrößert im Vergleich zum Mock-up den Anströmwinkel der Vorderräder, so dass der Radnachlauf mehr Widerstand erzeugt
  12. Rauhigkeitswiderstand
    • Unter Rauhigkeitswiderstand ist der Eigenwiderstand der Anbauteile und Oberflächengliederung unter den idealen Anströmbedingungen zu verstehen.
    • Bodengruppe mit Radaufhängung und Räder
    • Anbauteile der Außenhaut wie Außenspiegel, Antenne, Zusatzscheinwerfer, Gepäckträger, Scheibenwischer, Spoiler, Flügel, Radausschnitte und Fenstereintiefungen
    • Der Rauhigkeitswiderstand macht über ein Drittel des Gesamtwiderstands aus
  13. Interferenzwiderstand
    • Um den Gesamtwiderstand eines Fahrzeugs zu erhalten , genügt es nicht, die Widerstände der Einzelteile zu addieren. Es muss vielmehr die gegenseitige Beeinflussung (Interferenz) mit betrachtet werde, da durch die Anbauteile das Strömungsbild verändert wird.
    • Der Interferenzwiderstand erfasst die Einflüsse, die Anbauteile auf den GRundkörpfer und der Grundkörper auf de Anbauteile ausüben. 
    • Ein typischer Fall ist die Wechselwirkung zwischen Zugmaschine und Anhänger.

    • Sowohl positiver als auch negativer Interferenzwiderstand denkbar.
    • positiv: entsteht bei Annäherung zweier nebeneinander liegender Körper, wie bspw. Karosseriekörper und Rückspiegel. Ohne Karosseriekörper wird der Rückspiegel gleichmäßig angeströmt , durch den Einfluss der Karosserie ergibt sich hingegen eine höhere Anströmgeschwindigkeit und bei Druckanstieg eine größere Ablösegefahr
    • negativ: entsteht durch Annäherung zweier hintereinander angeordneten Körper. Hinter jedem Körper besteht ein Raum verminderter Strömungsgeschwindigkeit (Nachlauf). Ein Körper der sich in diesem Raum befindet, weist daher einen kleineren Widerstand auf, als in nicht abgebremster Strömung.
    • Bei strömungstechnisch gut ausgebildeten Körpern (Tragflügeln) ist der Abschirmeffekt infolge des geringen Nachlaufs allerdings unbedeutend.

    • Abschirmeffekt Sattelzug
  14. Fahrzeugheckformen
    • Vollheck (Neigungswinkel von nahezu 90°)
    • Stufenheck (schräge Heckscheibe mit mehr oder weniger horizontalem Heckdeckel)
    • Schrägheck (Heckscheibe reicht bis zum Heckabschluss)
  15. Heckscheibenneigungswinkel von 30°
    • wichtiger Richtwert für den Aerodynamischer
    • Steilere Heckscheiben begünstigen Strömungsablösung an der Dachhinterkante und sorgen für eine Abstimmung wie bei Vollheckfahrzeugen
    • Flacherer Heckscheiben zeigen anliegende Strömungen mit teilweise deutlich erhöhten cW-Werten und Hinterachsauftrieb
    • Daraus folgt weitere Unterteilung in Fließheck (Neigungswinkel < 30° mit anliegender Strömung) und Steilheckfahrzeugen (Neigungswinkel ≥ 30° mit abgelöster Strömung)
  16. Fahrzeugkonzepte
  17. Frontantriebskonzepte
    • Für Aerodynamiker egal ob Quer- oder Längsmotor
    • Nur Vorderachse angetrieben keine Kardanwelle erforderlich → kein Kardantunnel → lediglich die Abgasanlage muss nach hinten geführt werden
    • Großflächige Unterbodenverkleidungen sind möglich
    • Ausreichende Kühlung muss nur für die Abgasrohre und die Schalldämpfer sichergestellt werden

    • Verschärfte Anforderungen an den Vorderachsauftrieb
    • Schwerpunkt liegt weiter vorne → die Seitenkraft bewirkt ein rückstellendes Giermoment → verhältnismäßig seitenwindunempfindlich
  18. Hinterachsantrieb mit vorne gelegenem Motor
    • Kardanwelle, Abgasanlage und Tank schränken die Verwendung von großflächigen Bodenabdeckungen ein
    • An der Hinterachse muss das Achsgetriebe und beim Transaxleprinzip auch das Schaltgetriebe aus Kühlungsgründen angeströmt werden

    Da die Antriebskraft an der Hinterachse übertragen wird ist ein hoher Vorderachsauftrieb weniger kritisch als beim Frontantrieb
  19. Mittel- und Heckmotorkonzept
    • keine Kardanwelle erforderlich → der Tunnel kann entfallen
    • Auch Abgasanlage ausschließlich im Hinterwagen
    • → vollständig geschlossener Unterboden möglich
    • Eine solche vollständige Verkleidung erlaubt die bestmögliche Diffusorwirkung im Hinterwagen
    • All das senkt Widerstand und Auftrieb erheblich ab, bei Sportwagen wird damit gezielt Abtrieb erzeugt

    Schwerpunkt liegt weiter hinten → Heckantriebe am seitenwindempfindlichsten → Seitenkraft wird stets zu höheren Schiebewinkeln gierend (verstärkend) wirken. Dem muss in der Entwicklung in besonderem Maße Rechnung getragen werden
  20. Grundkörper
    Vereinfachte Fahrzeugformen für die Torentwicklung und Forschungsthemen

    • zwei bekannteste Formen:
    • SAE-Modell
    • Ahmed-Body
  21. SAE-Modell
    • Es existieren Stufenheck-, Vollheck-, Fließheck- und Steilheckaufsätze zur Darstellung verschiedener Grundformen
    • Diffusorschräge am Unterboden
    • Auch als durchströmte Version
    • Besondere Erkenntnis zum Einfluss der Motorkühlluft je nach Art der Wiedereinbringung in die Außenströmung auf den CW,K-Wert
  22. Ahmed-Body
    • wichtige Grundlegende Untersuchungen zum Einfluss der Heckflächenneigung auf den Luftwiderstand
    • Ergebnis: optimaler Neigungswinkel bei Fließheck von ca. 10° bei dem der Luftwiderstandsbeiwert optimal ist. Außerdem ist darauf zu achten dass bei einem Winkel von etwa 30° die Strömung zum Ablösen gebracht wird, da sich der Luftwiederstandsbeiwert dadurch abrupt verbessert
  23. Schall
    • Mechanische Schwingungen elastischer Medien, die Frequenzanteile im Hörbereich (16 Hz bis 16 kHz) enthalten, werden als Schall bezeichnet.
    • Solche Schwingungen entstehen, wenn die Moleküle eines elastischen Stoffes durch äußere Kräfte aus ihrer Gleichgewichtslage herausbeuget und anschließend sich selbst überlassen werden.
    • Infolge ihrer Elastizität- und Trägheitskräfte pendeln die Materialteilchen periodisch um ihre ursprüngliche Ruhelage.
    • Das Auftreten von Schall ist an Materie gebunden. Im Vakuum kann sich also kein Schall ausbreiten.
    • Während beim Luftschall ausschließlich Längs- und Longitudinalwellen vorkommen, treten in festen und flüssigen Medien auch Quer- und Transversbllwellen auf
  24. logarithmische Behandlung des Schalldrucks
    • Aufgrund des großen Bereichs der interessierenden, vom menschlichen Ohr wahrnehmbaren Schalldrücke von sieben Zehnerpotenzen (20*10-6 N/m2 bis 200 N/m2) ist die Kennzeichnung eine Geräusches in einem linearen Maßstab der Schalldrückwerte unübersichtlich
    • Eine solche lineare Schalldruckskala entspricht auch nicht dem Sinnesempfinden des Menschen
    • Daher werden an Stelle der Größen die Logarithmen der auf einen Bezugswert normierten Größen verwendet
  25. Pegelbewertung, Frequenzzerlegung
    • Der Schallintensitäspegel LI ist der Zehnerlogarithmus des Verhältnisses der gegebenen Schallintensität zu einer Schallintensität I0, die bei 1000Hz gerade notwendig ist, um ein Hörempfinden hervorzurufen
    • Der Schallaintensitätspegel wird in Dezibel (1 Bel (B) = 10 Dezibel (dB)) ausgedrückt und errechnet sich als
    • LI = 10*lg(I/I0)dB
  26. Frequenzbewertung
    • Herbei werden die Messgrößen durch einen bewertenden Filter gesichtet, was den Frequenzgang des menschlichen Gehörs berücksichtigen soll. Da das menschliche Ohr Töne mit gleichem Schalldruck in unterschiedlichen Tonhöhen unterschiedlich laut empfindet, werden sogenannte Frequenzbewertungskurven verwendet.
    • Überwiegend A-Bewertung im deutschen Rechtssystem
  27. Dämmung und Dämpfung
    • Schalldämmung ist die Verminderung er Ausbreitung von Schall durch Reflexion. Die Schallmindernde Wirkung wird hier im Gegensatz zur Dämpfung nicht durch Umwandlung von Schallenergie in Wärme erzielt.
    • Schalldämpfende Maßnahmen zielen dagegen darauf ab, Schallenergie in Wärme umzuwandeln.
  28. Aeroakustische Geräuschentstehung
    • Im Wesentlichen drei unterschiedliche Geräuschentstehungsmechanismen:
    • Volumenstrom durch kleine Öffnungen (Monopol)
    • Wechseldruckbeaufschlagung fester Oberflächen (Dipol)
    • turbulente Schubspannungen (Quadrupol)

    • Intensitäten:
    • Monopol Im≃ρ/c*v4
    • Dipol Id≃ρ/c3*v6
    • Quadrupol Iq≃ρ/c5*v8
    • → Monopolquelle ist in der Regel die lauteste Quelle. Nur wenn alle Monopolquellen eliminiert werden, kann eine der verbleibenden Dipolquellen dominieren. Quadrupolquellen sind in den meisten Fällen vernachlässigbar
  29. Frequenz des abgestrahlten Geräusches
    • Die Frequenz des abgestrahlten Geräusches ist abhängig von den charakteristischen Abmessungen des umströmten Bauteiles und der Anströmgeschwindigkeit
    • ƒ=Sr+(v/lchar)
    • mit Sr = Strouhalzahl und lchar = charakteristische Abmessung (z.B. Höhe oder Breite) des Bauteils
    • Strouhalzahl kann für Anbauteile allgemein mit ungefähr 1 angenommen werden. Für zylindrische Teile ist sie jedoch mit 0,2 anzusetzen. Dabei ist die charakteristische Abmessung der Durchmesser.

What would you like to do?

Home > Flashcards > Print Preview