slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Kraftfahrzeugaerodynamik PowerPoint Presentation
Download Presentation
Kraftfahrzeugaerodynamik

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 23

Kraftfahrzeugaerodynamik - PowerPoint PPT Presentation


  • 525 Views
  • Uploaded on

Kraftfahrzeugaerodynamik. Sichtbarmachung mit Rauch. berechnetes Strömungsfeld. Bild 1: Strömung um das A-Modell von Mercedes-Benz (c V =v lokal /V ∞ ). Durchströmung der Karosserie. Umströmung des Fahrzeugs. Strömung innerhalb der Aggregate.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Kraftfahrzeugaerodynamik' - evangelina-zaro


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Kraftfahrzeugaerodynamik

Sichtbarmachung

mit Rauch

berechnetes Strömungsfeld

Bild 1: Strömung um das A-Modell von Mercedes-Benz (cV =vlokal/V∞)

slide2

Durchströmung

der Karosserie

Umströmung

des Fahrzeugs

Strömung innerhalb

der Aggregate

Einteilung und Einfluss der Kraftfahrzeugaerodynamik

Wechselwirkung

Komfort

Windgeräusche

Kühlung

Geradeauslauf

Leistung

Fahrverhalten

Luftzufuhr

Verschmutzung

Seitenwindstabilität

Wirtschaftlichkeit

slide3

Kräfte auf umströmte Körper

Form- oder Druckwiderstand

Flächen- oder Reibungswiderstand

=> Beide Anteile sind gekoppelt und ändern sich nicht unabhängig voneinander!

V

Bild 2: Ermittlung des Widerstandes eines Körpers

slide4

dimensionsloser Widerstandsbeiwert cW-Wert

Der cW-Wert ist zum Synonym und einer

Art „Leitgröße“ für die ganze Fahrzeug-

aerodynamik geworden.

Luftwiderstand

Beispiel: Der Anteil des Luftwiderstand (für Mittelklasse-Pkw) am gesamten

Fahrwiderstand bei einer Geschwindigkeit von VF=100 km/h beträgt

bereits 75 bis 80 %

slide5

Widerstandsbeiwerte verschiedener Grundkörper

=> Durch Anfügen von Radattrappen erhöht sich der Widerstand bis zum Doppelten:

slide6

Stand der Technik

Serienfahrzeuge (Mittelwert):cW = 0,32 (2003) ; cW = 0,37 (1994)

Energiekrise

cW = 0,25

Stromlinien

Form

Audi A2

Mercedes C-Klasse

Grundkörper

Klemperer 1922

VW 1972

CNR/PF 1976

Pininfarina

Morelli 1976

cW = 0,05

slide7

Strömungsaufnahme vom Forschungsauto CNR/PF

Bild 2: CNR/PF von Pininfarina

slide8

Prototypen (mit niedrigen cW-Werten)

Bild 3: Ford „Probe IV“, 1983, cW = 0,15, A =1,90m²

Bild 4: GM Aero 2002, 1983, cW = 0,14, A =1,68m²

slide9

Umströmung (schematisch)

V∞ Anströmgeschwindigkeit

δ Grenzschicht

f Querschnitt einer Stromröhre

w örtliche Strömungsgeschwindigkeit

f

w

Bild 6:Ablösung

v∞

p ∞

P Motorleistung [kW]

k Korrekturfaktor (16-18)

Fromel: Höchstgeschwindigkeit

Bild 5: Grenzschicht

slide10

Umströmung und Druckverteilung

für reibungslose und inkompressible Außenströmung

Staupunkte (w = 0, => p = g)

Bernoullische Gleichung

g Gesamtdruck

p∞ statischer Druck

V∞ Geschwindigkeit

(ρV²∞/2 Staudruck, dyn. Druck)

dimensionsloser Druckbeiwert

Summierung der Druckkräfte in x-Richtung ergibt W=0.

slide11

Gesamtkräfte und -momente

Austrieb

Momentenbezugspunkt

Nickmoment

FSt Stirnfläche

Rollmoment

Widerstand

(bei β ≠ 0)

Seitenkraft

l Fahrzeugabmessung

Giermoment

Bei bekannter Lage des Momentenbezugs-punktes und durch die Komponenten A, W, M und Y, L, N können damit die aus der Umströmung resultierenden Belastungsänderungen an allen vier Rädern ermittelt werden.

(bei β ≠ 0)

(bei β ≠ 0)

slide13

Zusammenwirken von Umströmung und Durchströmung

  • Für die Motorkühlung wird die Druckdifferenz zwischen
  • dem Staupunktbereich am Bug und der Fahrzeugunter-
  • seite zur Erzeugung eines Kühlluftstroms ausgenutzt.
  • Das Ausblasen an gut geformten Auslassschlitzen kann
  • die Grenzschichtströmung bei Umströmungsproblemen
  • günstig beeinflussen.
  • Nachteilig ist, dass der Massendurchsatz von der Fahrgeschwindigkeit stark
  • abhängig ist. Bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten stellen sich nur kleine Massen-
  • ströme ein. Deshalb werden sowohl im Kühlluftstrom als auch bei der Innen-
  • raumbelüftung zusätzliche Gebläse eingesetzt.
  • => vermehrte Geräuschbildung

Bernoulli-Gleichung:

∆pV Druckverlust

slide14

Strömungsablösungen

  • Strömungsablösungen führen zu Druckwiderstand
  • zwei Arten von Ablösungen lassen sich unterscheiden
  • Ablösekante quer zur Strömungs-
  • richtung, dabei entstehen
  • Querwirbel
  • Ablösekante geneigt gegenüber
  • Strömungsrichtung, es formieren
  • sich Längswirbel
  • die Komponenten der Geschwin-
  • digkeit in Richtung der Wirbel-
  • achsen sind klein
  • => Es entsteht ein Totwasser
  • im Wirbelfeld der abgelösten
  • Strömung existieren große Ge-
  • schwindigkeitskomponenten in
  • Richtung der Wirbelachse
slide15

Totwasser bei Strömungsablösungensenkrecht zur lokalen Strömungsrichtung

  • Linie 1 ist Scherschicht, die sich mit der
  • reibungsfreien Außenströmung vermischt
  • Linie 2 ist Stromlinie, sie schließt das
  • durch Rückströmung gekennzeichnete
  • Totwasser ein
  • Linie 3 ist Grenze zwischen Vor- und
  • Rückströmung
  • Ablösung an „führenden Kanten: Hinter-
  • kante des Daches (Stufenheck),

Nichtperiodisches Totwasser

Abriss

Kriterien zur Ablösung (nach Prandtl):

slide16

Periodisches Totwasser

  • Stromabwärts gehen die Grenz-
  • schichten in freie Scherschichten
  • über.
  • Diese treffen im Punkt R, einem
  • freien Staupunkt, aufeinander und
  • schließen das Totwasser ein.
  • Bilden von zwei gegenläufigen
  • rotierenden Wirbeln (Kármánsche
  • Wirbelstraße)
  • Rechts von R bildet sich der Nachlauf,
  • der sich stromabwärts aufweitet und
  • sich allmählich ganz ausgleicht.
  • Es können Ringwirbel entstehen, aus
  • dem sich freie Wirbel lösen und in
  • einer Spiralform davonschwimmen

Die Bezeichnung „Torwasser“ geht auf Helmholtz (1868) und Kirchhoff (1869) zurück. Deren Totmassermodell

ging davon aus, dass innerhalb der Totwassers Ruhe herrscht. Erst später zeigte es sich, dass das nicht zutrifft,

aber die Bezeichnung wurde beibehalten.

slide17

Strömungsablösung an schrägen Kanten

  • Bevorzugte Orte ihrer Entstehung sind A- und die
  • C-Säulen.
  • Die Längswirbel induzieren auf den Flächen, denen
  • nahe kommen, hohe Unterdrücke mit ausgeprägten
  • Spitzen.
  • Durch die hohe Umfangsgeschwindigkeit der Wirbel
  • kommt es zu lauten Windgeräuschen an den
  • vorderen Seitenscheiben eines Pkw.
  • Die Unterdrücke auf der Heckschräge
  • haben große Werte von Widerstand und
  • Auftrieb an der Hinterachse zur Folge.

Wirbeltüten

slide18

Strömungsablösungen am Vorderwagen

Windlauf

-> Querwirbel

Saugspitze

A-Säulen

-> Längswirbel

Hufeisenwirbel

slide19

Strömungsablösungen am Heck

  • Luftwiderstand eines Pkw wird ganz
  • wesentlich durch den Verlauf der
  • Strömung am Heck beeinflusst.
  • Nur das Fließheck wurde von der
  • Aerodynamik beeinflusst.
  • Vollheck ähnelt dem periodischen
  • Totwasser mit seinen gegenläufigen
  • Wirbel.
  • Fließheck nur kleines Totwasser,
  • aber wie Vollheck, zwei gegenläufige
  • Wirbel.
  • Stufenheck ruft auch zwei gegen-
  • läufig rotierende Wirbel hervor, die
  • Spuren des Ringwirbels.

Vollheck

Fließheck

Stufenheck

slide20

Auftrieb

  • Einfluss erst ab vF = 120 km/h, hebt das Fahrzeug, entlastet die Räder
  • => erschwert Fahrtrichtungshaltung => Eigenlenkverhalten ändert sich mit der Fahrgeschwindigkeit (Auftrieb greift
  • nicht in der Radstandsmitte an)
  • Auftriebsverringerung (Anpressdruck: ↑) durch Spoiler (Rennfahrzeuge): => Kurvengrenzgeschwindigkeit ↑ => cW-Wert ↑ (Bremswirkung)
slide21

Einfluss von Spoilern auf die Strömung

  • Mit Spoilern lässt sich der Auftrieb reduzieren und damit
  • die Fahrrichtungshaltung verbessern
  • (Strömungsablösung hinter dem Spoiler).
  • Spoiler dienen auch als:
  • - Leitflächen (Umlenkflügel), um die Heckscheibe vom
  • Schmutz frei zu halten
  • - Flügel auf dem Dach, um Zuströmung zum Anhänger
  • zu verbessern
  • Bugspoiler können folgende positive Effekte erzielen:
  • - Widerstand verkleinern
  • - Auftrieb auf der Vorderachse abbauen
  • - Kühlvolumenstrom erhöhen
  • Heckspoiler können folgende Wirkung erzeugen:
  • - Widerstand verkleinern
  • - Auftrieb an der Hinterachse reduzieren
  • - Verschmutzung auf dem Heck in Grenzen mindern
slide22

Strömungsvisualisierung im Windkanal

  • Sichtbarmachung der Strömung durch Fäden - Ablösungen und Verwirbelungen gut sichtbar (Spoiler, Fenster)
  • Sichtbarmachung der Strömung durch Rauch - Strömungsablösung am Heck gut sichtbar („Totwasser“)

Bild 5: Sichtbarmachung durch Fäden

Bild 6 und 7: Längsmittelschnitt

Totwasser