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2021 | Buch

Einleitung Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Charakterisierung instationärer Anströmsituationen und Analyse ihrer Einflüsse auf die Fahrzeugaerodynamik

verfasst von: Christoph Jessing

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Christoph Jessing gibt detaillierte Einblicke in die reale instationäre An- und Umströmung eines Fahrzeugs bei repräsentativen Fahrsituationen. Die aus den identifizierten instationären Anströmsituationen resultierenden Auswirkungen auf den Luftwiderstandsbeiwert sind sowohl im Maßstab 1:4 und 1:1 im Windkanalexperiment als auch in der numerischen Strömungssimulation dargestellt. Dabei wird neben dem Einfluss der instationären Anströmung auf den Luftwiderstand ebenfalls die Wirkweise von aerodynamischen Bauteilen unter instationärer Anströmung veranschaulicht. Der Autor leistet damit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der instationären Fahrzeugaerodynamik und beschreibt, wie die gegenwärtig in der Fahrzeugindustrie verwendeten Entwicklungswerkzeuge eine bessere Vorhersagegüte des Luftwiderstands in realistischen Anströmungen erzielen können.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Die Optimierung der aerodynamischen Eigenschaften von Kraftfahrzeugen und besonders des Luftwiderstands, dessen Fahrwiderstandsanteil keine Möglichkeit zur Rekuperation bietet, ist ein essenzielles Thema in der Entwicklung von Fahrzeugen. Durch neue Regulierungen der gesetzlichen Vorgaben der CO2-Emissionen und damit verbundenen möglichen Sanktionen hat dieses Thema an Bedeutsamkeit und Aufmerksamkeit gewonnen [1]. In dessen Folge sind in der Automobilindustrie ebenfalls die Anstrengungen zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften von Fahrzeugen ausgeweitet worden.
Christoph Jessing
Kapitel 2. Grundlagen
Zusammenfassung
Als Grundlage werden verschiedene Kennzahlen und Definitionen benötigt. Die für diese Ausarbeitung wichtigen und verwendeten Grundlagen werden im Folgenden beschrieben. Zu Beginn werden das Fahrzeugkoordinatensystem und die am Fahrzeug wirkenden Geschwindigkeiten zur Beschreibung des Fahr- und Anströmzustandes definiert.
Christoph Jessing
Kapitel 3. Stand der Technik
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird ein Überblick des Stands der Forschung hinsichtlich der in dieser Arbeit relevanten Themengebiete gegeben. Dazu warden zunächst die Fahrversuche zur Charakterisierung der realen Anströmbedingungen beschrieben, um im Anschluss verschiedene Windkanalsysteme zur Simulation dieser instationären Anströmbedingungen vorzustellen. Im letzten Abschnitt dieses Kapitels werden zusätzlich die wichtigsten Untersuchungen mit instationärer Anströmung in der numerischen Strömungssimulation beschrieben.
Christoph Jessing
Kapitel 4. Aerodynamische Entwicklungswerkzeuge
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die verwendeten Untersuchungsumgebungen und -werkzeuge beschrieben. Diese sind unterteilt in die drei Bereiche Fahrversuche, Windkanal und numerische Strömungssimulationen. Darin werden das Versuchsfahrzeug, die Fahrzeugmodelle, Teststrecken, Windkanäle und das Programm zur numerischen Strömungssimulation vorgestellt.
Christoph Jessing
Kapitel 5. Ergebnisse der Fahrversuche
Zusammenfassung
Die Ergebnisse der Fahrversuche stellen die Grundlage zur Charakterisierung der instationären Aerodynamik dar und werden verwendet, um die Randbedingungen für Windkanalmessungen und numerische Strömungssimulationen zu quantifizieren. Dafür wurden die Untersuchungen unter den vorgestellten Randbedingungen auf den öffentlichen Autobahnen und der Teststrecke ausgewertet. Die Ergebnisse sind im Folgenden dargestellt.
Christoph Jessing
Kapitel 6. Ergebnisse der Windkanaluntersuchungen
Zusammenfassung
Die auf öffentlichen Autobahnen und der Teststrecke charakterisierten Anund Umströmungen des Fahrzeugs bilden die Grundlage für die im folgenden Kapitel dargestellten Windkanaluntersuchungen. Ziel ist es, mit verschiedenen Hilfsmitteln die instationäre Strömungssituation der Straße und der Teststrecke im Windkanal nachzubilden. Dazu wurden die in Kapitel 4 beschriebenen Windkanäle und Fahrzeugmodelle verwendet.
Christoph Jessing
Kapitel 7. Ergebnisse der numerischen Strömungssimulationen
Zusammenfassung
Als Grundlage für Untersuchungen instationärer Anströmungen wurde zunächst der virtuelle Golf VII unter stationären Anströmbedingungen mit Simulia PowerFLOW® aerodynamisch charakterisiert und anhand der Windkanalmessungen validiert. Dazu wurden die in Abschnitt 4.6 beschriebenen Randbedingungen verwendet. Die Ergebnisse der stationären numerischen Strömungssimulation bei einer Anströmgeschwindigkeit von 27,8 m/s sind im Vergleich zu Messungen im Aeroakustik-Fahrzeugwindkanal in Abbildung 7.1 dargestellt.
Christoph Jessing
Kapitel 8. Vergleich der untersuchten Oberflächendrücke
Zusammenfassung
Die Transporter-Hinterherfahrt wurde als repräsentatives individuelles Fahrmanöver identifiziert, das die Straßenfahrt sehr gut abbildet. In diesem Kapitel werden die vorgestellten Oberflächendruckverteilungen und deren Schwankungen für die Transporter-Hinterherfahrt in 50 m Abstand bei einer Fahrgeschwindigkeit von 27,8 m/s, mit den Ergebnissen der verschiedenen Untersuchungsumgebungen verglichen. Die Anströmgeschwindigkeit in den Untersuchungsumgebungen betrug ebenso 27,8 m/s, lediglich im Modellmaßstab wurde eine Anströmgeschwindigkeit von 50 m/s verwendet.
Christoph Jessing
Kapitel 9. Schlussfolgerungen
Zusammenfassung
Diese Arbeit schafft ein Verständnis für die Auswirkung von instationären Anströmeffekten auf die Fahrzeugaerodynamik. Es wurden Anströmbedingungen, die ein Fahrzeug bei der Straßenfahrt erfährt, sowohl im öffentlichen Straßenverkehr als auch auf der Teststrecke erfasst. Dabei war es möglich, neben verschiedenen Verkehrsdichten im öffentlichen Straßenverkehr ebenfalls verschiedene Konstantfahrten und Hinterherfahrten auf der Teststrecke zu untersuchen und zu beschreiben.
Christoph Jessing
Backmatter
Metadaten
Titel
Charakterisierung instationärer Anströmsituationen und Analyse ihrer Einflüsse auf die Fahrzeugaerodynamik
verfasst von
Christoph Jessing
Copyright-Jahr
2021
Electronic ISBN
978-3-658-34847-2
Print ISBN
978-3-658-34846-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-34847-2

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