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Vorlesung: Aerodynamik von
Hochleistungs-Fahrzeugen Dr.-Ing. R.Demuth WS10/11 Folie 7.1
Aerodynamik von 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
https://www.aer.mw.tum.de/?id=200
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss von Bug- und Heckform.
cAH=
cAH=
cAH=
A)! Hoch liegende Nase B)! Mittlere Lage der Bugspitze C)! Abgesenkte Nase mit
keilförmigen Bug
A)! Abrissheck B)! Mittlere Bauform C)! Langes , tropfenförmiges Heck
Nase Heck
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Frontschürze (‚airdam‘).
Höhe: 1) 0 mm 2) 75 mm 3) 100 mm
Fzg Mittelschnitt (y0)
In 200mm Höhe
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Frontschürze (‚airdam‘).
-CA*
A [m
2], C
W *
A[m
2]
Höhe [mm]
CW *A
-CA *A -CA vorne * A
-CA hinten * A
Delta ohne und mit 100mm ‚airdam‘.
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Frontschürze (‚airdam‘).
!
"Cw,local
!
"CA,local
Delta ohne und mit 100mm ‚airdam‘.
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Splitter.
Länge: 1) 50 mm 2) 100 mm 3) 150 mm
cp im Mittelschnitt für 100mm airdam (links) und 150mm Splitter (rechts)
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Splitter.
-CA*
A [m
2], C
W *
A[m
2]
Länge [mm]
CW *A
-CA *A -CA vorne * A
-CA hinten * A
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Frontdiffusor.
Diffusor ‚airdam‘
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Frontdiffusor.
!
"Cx,local
Diffusor
‚airdam‘
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Heckspoiler.
Höhe: 1) 20 mm 2) 60 mm 3) 100 mm 4) 160 mm
Winkel: a)! 20° b)! 40° c)! 60°
160mm 60°
ohne
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Heckspoiler.
Spoilerhöhe [mm]
Spoilerhöhe [mm]
Spoilerhöhe [mm]
-CA*A
[m
2]
CW
*A [m
2]
E [-]
Delta ohne und mit Spoiler (160mm, 60°).
Delta Spoiler 20° und 60°(160mm).
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Heckspoiler.
ohne Spoiler mit Spoiler (20mm, 20°)
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Unterboden.
Rauer
Unterboden
Geglätteter
Unterboden
Delta
Abtrieb
Abtrieb [N]
Body -1752 -1682 70
Räder -183 -190 -7
Unterboden 3232 3262 30
Heckspoiler 133 133 0
Gesamt 1430 1523 93
(6,5 %)
Widerstandsreduktion < 1%
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Unterboden und Bodeneffekt.
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Unterboden und Anstellwinkel.
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Unterboden mit Düsen-Diffusor-Kontur.
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Analogie Unterbodenströmung - Venturi Düse.
Düse Diffusor
Venturi-Düse
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Konzept eines Formelfahrzeugs mit Bodeneffekt.
Frontflügel
Heckflügel Seitenkasten
„Schürzen“
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss des Bodenabstands.
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss des Spaltes der „Schürzen“.
Schürze
Schürzenspalt, h [mm]
CA [-] Boden
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Spalthöhe und Druckverteilung.
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Fahrzeugkonzepte mit Unterbodenkanälen.
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Diffusor: Geometrien.
Flächenverhältnis:
Dimensionslose Länge:
!
AR =h
2
h1
= 1+N
h1
tan"
!
N
h1
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Komponenten des Abtriebs durch Diffusor.
Dimensionsloser Bodenabstand, h1/H [-]
Flächenverhältnis, AR [-]
Au
ftrie
bsb
eiw
ert
, C
A [
-]
ohne Diffusorwinkel
Abtrieb durch Bodeneffekt
Abtrieb durch Diffusorwinkel (Krümmung)
Diffusorwinkel 9,6°
Abtrieb durch Diffusorwirkung am gesamten Unterboden
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Auslegung zur Abtriebserzeugung.
N/L= 0,25 N/L= 0,75
Linie maximalen Abtriebs
Dimensionslose Länge, N/h1 [-] Dimensionslose Länge, N/h1 [-]
Flä
ch
en
ve
rhä
ltn
is P
ara
me
ter,
AR
-1 [
-]
Flä
ch
en
ve
rhä
ltn
is P
ara
me
ter,
AR
-1 [
-]
Abtriebsbeiwert CA
Linie maximalen Abtriebs
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss auf Druck am Unterboden.
Diffusor Längenanteil N/L [-]
Mittlere
r C
p [-
] am
Unte
rboden
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss des Bodenabstandes auf Widerstand.
Dimensionsloser Bodenabstand, h1/H [-]
Flächenverhältnis, AR [-]
Wid
ers
tan
dsb
eiw
ert
, C
W [
-] Diffusorwinkel 11,5°
ohne Diffusorwinkel
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss des Flächenverhältnisses auf CW.
Flächenverhältnis Parameter, AR-1 [-]
Wid
ers
tandsre
duktion,
CW
– C
W,0 [-]
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Hochleistungs-Fahrzeugen Dr.-Ing. R.Demuth WS10/11 Folie 7.29
Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Auslegung zur Widerstandsreduzierung.
N/L= 0,25 N/L= 0,75
Grenze der Widerstandsreduktion
Dimensionslose Länge, N/h1 [-] Dimensionslose Länge, N/h1 [-]
Flä
ch
en
ve
rhä
ltn
is P
ara
me
ter,
AR
-1 [
-]
Flä
ch
en
ve
rhä
ltn
is P
ara
me
ter,
AR
-1 [
-]
Widerstandsreduktion CW - CW,0
Grenze der Widerstandsreduktion
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Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss des Diffusorwinkels am Fahrzeug.
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Hochleistungs-Fahrzeugen Dr.-Ing. R.Demuth WS10/11 Folie 7.31
Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss des Diffusorwinkels am Fahrzeug.
CW CA
Diffusorkanal
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Hochleistungs-Fahrzeugen Dr.-Ing. R.Demuth WS10/11 Folie 7.32
Fahrzeugfront / -heck, Unterboden und Diffusor. Einfluss der Flügel auf Diffusorwirkung.
CA,v CA,h CA CW
Basis
Basis ohne HF
Basis ohne Flügel
Kanalmittellinie
Fahrzeugmitte, y0