FZA Beeinflussung der Luftkräfte am Fahrzeug (Kapitel 5)

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Author:
toebber
ID:
306144
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FZA Beeinflussung der Luftkräfte am Fahrzeug (Kapitel 5)
Updated:
2015-08-08 04:42:40
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FZA
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FZA Beeinflussung der Luftkräfte am Fahrzeug (Kapitel 5)
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  1. Maßnahmen zur Beeinflussung von Luftwiderstand, Auftrieb und Giermoment
    • Bug neigen und runden
    • Kühlluft führen und Menge regeln
    • Haube herunterziehen
    • Windschutzscheibe flach stellen
    • Dach wölben
    • Heckscheibe flach stellen
    • Heck anheben
    • Diffusor umsetzen
    • Radausschnitte abdecken
    • Unterboden glätten
    • Radwülste runden
    • Radschüsseln glatt abdecken
    • Bug feilen und Kotflügel einziehen
    • A-Säule runden
    • Windschutzscheibe wölben
    • Außenspiegel optimieren
    • C-Säule einziehen
    • Heck einziehen
  2. Schlankheitsgrad
    • Ausgehend von der Kugel die den Schlankheitsgrad 1 hat, fällt der Widerstand mit zunehmender Schlankheit zunächst ab, da der in diesem Bereich dominierende Druckwiderstand kleiner wird
    • Bei weiter zunehmender Schlankheit tritt der Reibungswiderstand hervor und der Widerstand nimmt wieder zu
    • Der effektive Schlankheitsgrad von Pkw liegt mit l/d = 1,5 mit einem Länge-Höhe-Verhältnis von l/h = 3 gerade dort, wo der Druckwiderstand überwiegt und der Einfluss des Schlankheitsgrades auf den Widerstand besonders groß ist
  3. Einfluss der Fahrzeugfront
    • Beispiel VW Bus
    • Eine an einer scharfen Kante auftretende Ablösung lässt sich mit einer Fase vollständig vermeiden
    • Neigung von Frontscheibe und Windlaufhöhe haben insbesondere Einfluss auf die Seitenkraft und das Giermoment. Ein tiefer gelegter Windlauf und auch eine stärker geneigte Frontscheibe vermindern das Giermoment.
  4. Einfluss von Dach- und Seitenkontur
    • Der Grundriss eines Autos erinnert an ein Rechteck. Durch Aufwölben der Seiten lässt sich jedoch eine wesentlich bessere Anpassung an die Verdrängerströmung um das Auto erreichen.
    • Ziel der Torentwicklung muss es sein den statischen Druck am Ende des Fahrzeugkörpers möglichst groß zu machen. Wirksames Mittel ist der Einzug, das Boat-tailing.
    • Der Widerstand kann auch durch die Wölbung des Daches gesenkt werde, jedoch nur dann, wenn der cW-Wert schneller ab- als die Stirnfläche zunimmt
  5. Einfluss des Fahrzeughecks
    • Zwei Arten von Ablösungen
    • quasi zweidimensional: Strömung lösst an scharfen kanten ab die senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufen. Es rollen sich Wirbel auf, deren Achsen vorzugsweise parallele zur Ablöselinie ausgerichtet sind. Ein großer Teil ihrer kinetischen Energie wird durch turbulente Mischung dissipiert. Dies kann in zwei Erscheinungsformen beobachtet werden. An der Vorderkante der Motorhaube, seitlich an den Kotflügeln, im Windlauf, in der Stufe des Stufenhecks und am Bugspoiler oder an einer stumpfen Heckfläche, dort bilden sich zwei gegenläufig drehende Wirbel.
    • Dreidimensionale Ablösung: An schräg umströmten Kanten rollen sich tütenförmige Wirbelzöpfe auf. Bevorzugte Orte des Entstehens sind A- und C-Säule. Ihre Achsen verlaufen im wesentlichen in Längsrichtung. Sind sehr Energiereich. Die Stärke der Zirkulation hängt von den geometrischen Gegebenheiten ab. In ersten Linie von der Neigung der Kante, an der sie sich von der Kontur ablöst. Ein sehr kräftiges Wirbelpaar bildet sich an der Heckschräge aus. Es induziert in dem den es umschließt ein Ab- oder Aufwindend, das die Ausbildung des Torwassers am Heck beeinflusst.
    • Fließheck: einwärtsdrehendes Wirbelpaar und induziert einen Abwind (cW-Wert Erhöhung)
    • Stufenheck: ähnliches Strömungsbild, jedoch deutlich schwächer
    • Vollheck: noch schwächeres auswärtsdrehendes Wirbelpaar
  6. Heckneigungswinkel cW-Wert
  7. Parameter des Stufenhecks
    • Neigungswinkel der Heckscheibe
    • Höhe des Hecks
    • Länge des Hecks
  8. Heckspoiler
    • Drei Wirkungen:
    • Reduzierung des Widerstands 
    • Reduzierung des Auftriebs an der Hinterachse
    • Reduzierung der Verschmutzung des Hecks

    • Abhängigkeit des Widerstands und des Auftriebs vom Spoiler
  9. Einfluss der Unterbodengruppe
    • Glatter Unterboden günstig für den Widerstand
    • konstruktiv aufwendig und teuer
    • Kühlung von Bremsen, Ölwanne und Abgasanlage muss gewährleistet sein

    • Möglichst verlustarme Unterströmung des Fahrzeugs
    • Auch die Reihenfolge der Teilmontage hat Einfluss auf den cW-Wert

    • An modernen Fahrzeugen werden eine Reihe von Spoilern am Unterboden angebracht. Deren Aufgabe ist es unter Generierung eines gewissen Eigenwiderstands die Luft von großen Widerstandsquellen fern zu halten
    • Bugspoiler: Verkleinern des Widerstands, Abbau des Vorderachsauftriebs, Erhöhung des Kühlluftvolumenstroms. Der Bugspoiler erhöht jedoch den Formwiderstand. Relation entscheidet über Zu- oder Abnahme des cW-Werts
    • Positionierung des Bugsoilers spielt große Rolle für die Minderung des Achsauftriebs
  10. Diffusor
    • Reduzierung des Luftwiderstands möglich
    • Diffusorwinkel spielt die entscheidende Rolle
    • Optimum wenn die Diffusorströmung bestmöglich auf die Dachströmung abgestimmt ist
    • Bei zu großen Winkeln löst die Strömung an der Kante ab
  11. Einfluss sonstiger Aspekte
    • Weitere Widerstandsgrellen sind:
    • Karosseriespalte
    • Kühlluftführungen (laufendes Gebläse führt der Strömung Energie zu und verringert den cW-Wert)
    • Anbauteile

    • Anbauteile:
    • Außenspiegel: Spiegelgröße, Spiegelform und Karosserieanbindung (Dreiecksspiegel oder Brüstungsspiegel) unterschiede von 10 cW-Punkten und mehr bei heutigen Spiegeln
    • Felge: Durch die Wahl des besten Rades kann eine Luftwiderstandsverbesserung von ΔcW = -0,006 erreicht werden
    • Dachgepäckträger: haben eine großen Anteil am Luftwiderstand 
  12. Karosseriekanten
    • haben insbesondere einen Auftriebseinfluss
    • höhere Auftriebsbeiwerte durch zusätzliche Abrundung, da dadurch ein Ablösen der Strömung verhindert wird
    • Die Rundungen der Seitenkanten der vorderen Haube sowie der A-Säule vermindern dagegen die vordere Seitenkraft und das Giermoment
    • Abrundungen an den hinteren Säulen führen generell zu einem Anstieg des Giermoments

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