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Aerodynamik-Windwiderstand - Winkel einer (Front-)Fläche (und Rundungsradien)

Themenstarteram 10. Juli 2012 um 15:09

Hallo!

ich hab mal eine grundlegende Frage zur Aerodynamik:

Hier geht es zunächst bitte ausschliesslich um den Frontflächenwinkel u. evtl. noch Rundungen der Außenkanten aber bitte nicht um Form des Hecks, Einfluß des Zugwagens und sicher zahlreiche weitere denkbare (kleinere) Faktoren. Es geht um eine Geschwindigkeit von ca. 100km/h.

Gibt es bei einer geraden Fläche (z.B. ein Anhängeraufbau von ca. 200x200cm) genaue Werte für den jeweiligen Windwiderstand in Abhängigkeit zum Winkel der Frontfläche?

Anders ausgedrückt: Ein "Backstein/Standardcontainer" auf Rädern hat eine völlig gerade Frontfläche mit Winkel 0 Grad - er hat sprichwörtlich den Luftwiderstand einer Schrankwand;)

Ich würde gern wissen was nun welche Winkeländerung (in welche Richtung sollte ja zu vernachlässigen sein) bringt um einerseits genug (Windschlupf-)Kapital daraus schlagen zu können.

3te Art der Beschreibung: Was brächte ein Winkel von 45 Grad an der Frontfläche im Verhältnis zu 0 Grad? Wenn man also den Windwiderstand eines Quaders mit 0 Grad=1 setzt, wie groß wäre der wenn man dessen Frontfläche 45Grad abschrägt?

Ist es eine lineare Gleichung (also brächten 22,5Grad die Hälfte an Reduzierung?

Ich finde im Net zwar wildeste Berechnungen für Kugeln, Formel-1-Wagen, zerklüftete Motorradfahrer... aber diese (zunächst einfach erscheinende...) Frage nicht.

@Mods: Na hoffentlich wird mein Thema nicht wider geschlossen... wie im Mai weil es angeblich mit Fahrzeugtechnik nichts zu tun hätte - hat es & hatte es!:mad:

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10 Antworten

Die Sache ist ja auch nicht ganz einfach. Die Aerodynamik ist ja das Produkt aus dem cw-Wert (Luftwiderstandsbeiwert) und der Fläche. Bei 0° hat der Backstein eine klar definierte Fläche und einen bestimmten Cw-Wert (den ich im Moment nicht zur Hand habe). Bei 45° dagegen ändert sich der Cw-Wert sehr deutlich, aber auch die Fläche. Denn jetzt ist auch ein großer Teil von der Seite des Backsteins dabei. Da wird die Sache kompliziert. Rein theoretisch müsstest du für den Backstein bei jedem Winkel einen Cw-Wert bestimmen. Fläche könnte man sich immer ausrechnen. Du siehst, die Sache ist nicht ganz so einfach...

Themenstarteram 10. Juli 2012 um 15:36

Danke!

Neeneenee - Missverständnis;)

Der "Backstein" hat ca. 200 x 200cm Frontfläche - die Windangriffsfläche bleibt immer gleich!Stell Dir bitte vor du dürftest den Backstein nun abschrägen aber er behält immer das gleiche Format! Also nur der Cw-Wert!

 

Lediglich der Winkel der Frontfläche wird nun gekippt um den Einflussfaktor Windwiderstand zu reduzieren.

Mir geht es hier um eine hinreichende Abschätzung (falls tatsächlich keine Formel oder Diagramm existiert) - nicht um hochgenaue Zahlen 17 Stellen hinter dem Komma.

Google ist dein Freund (auf Seite 219 geht es um die Verbesserung des cw-Wertes eines längs angeströmten Quaders durch Abrunden der Kanten).

Themenstarteram 10. Juli 2012 um 21:27

Danke 0MGQoNDYjZ: Ein beeindruckendes Werk... und ich finde es super von Dir, dass Du für mich gegoogelt hast...

aber...Dir ist schon aufgefallen, dass:

- es sich bei dem Kapitel um Fluide handelt? (wobei ich nicht in Abrede stellen will, dass das rel. gut übertragbar ist!?)

-Dass es um die Hauptfrage mit Neigung/Winkel der Frontfläche im Quader nicht geht?

-Sondern "lediglich" um die Abrundung der Ränder, und das Diagramm sich auf einen im Verhältnis zum erfragten geradezu winzigen Prüfkörper Radien dreht (auch hier stelle ich mangels eigenen Wissens eine sinnvolle Übertragungsmöglichkeit auf MEINEN Quader der über 27mal so groß ist keineswegs in Frage!)?

Auf alle Fälle ist die Kantenrundung einen erheblichen Einfluss!

Ich werde aber mal zusätzlich in dem Werk nach weiteren Hinweisen suchen... hochinteressant auch das Bild darüber - wenn:

b:h=Unendlich Ergebnis 2,1 (katastrophal)

b:h=4 Ergebnis 1,19(klasse)

Was bedeutet das aber für b:h cirka 1(also meinen Fall)? Es müsste imho niedriger werden wegen der im Verhältnis zur Fläche geringer werdenden Kantenlänge. Jedoch größer als die Kreisscheibe mit 1,11.

Zitat:

Original geschrieben von Quox

Danke!

Neeneenee - Missverständnis;)

Der "Backstein" hat ca. 200 x 200cm Frontfläche - die Windangriffsfläche bleibt immer gleich!Stell Dir bitte vor du dürftest den Backstein nun abschrägen aber er behält immer das gleiche Format! Also nur der Cw-Wert!

 

Lediglich der Winkel der Frontfläche wird nun gekippt um den Einflussfaktor Windwiderstand zu reduzieren.

Mir geht es hier um eine hinreichende Abschätzung (falls tatsächlich keine Formel oder Diagramm existiert) - nicht um hochgenaue Zahlen 17 Stellen hinter dem Komma.

Nee, das stimmt so nicht!

Der cw-Wert wird über eine Kraftmessung im Windkanal ermittelt.

Die Stirnfläche ist aber die projizierte Fläche, so dass diese bei 90° eben 200x200cm beträgt,

bei Neigung auf z.B. 45° aber nur noch der Projektion dieser Neigung entspricht! Die Höhe ist dann eben nicht mehr 200cm, sondern nur noch cos45 davon, also ca. 71%...

(cos 45° x 200 x 200cm Breite, also nur 141,42x200cm Breite)

Hier mal nachlesen

am 10. Juli 2012 um 22:04

Zitat:

Dir ist schon aufgefallen, dass:

- es sich bei dem Kapitel um Fluide handelt?

....das tut weh......

 

Gruß SRAM

Themenstarteram 10. Juli 2012 um 22:10

omg... sowas hatte ich schon befürchtet...

(und ja SRAM - dass mit den Fluiden war doof:rolleyes: - hoffe Du hattest Deinen Spaß...)

NATÜRLICH ändert sich die Größe der Stirnfläche in einem vorgegebenen Quader wenn man diese schräg stellt...

und das erst eine Windkanal-Messung perfekte Ergebnisse gibt ist auch soweit klar... aber das ist doch viel zu teuer...zumal man Modell herstellen müsste und nicht nur den Kanal mieten.

Ich hatte also Andreas falsch verstanden weil ich dachte er hätte die Frage falsch verstanden ;)

Der Wiki-Artikel ist klasse-Danke!

Worum es geht ist aber klar oder?

Es geht um Praxis... in diesem Falle um einen angestrebten Minderverbrauch durch Cw-Verbesserung.

Dass der Wind an einer längeren/größeren Fläche entlangstreichen muss im 45 Grad-Winkel dürfte doch weniger ausmachen als wenn er auf die etwas kleinere Fläche dafür aber eben im 90Grad Winkel trifft...

ich machs bald doch halbrund:p... mir ist grad ein sinnvoller Weg eingefallen dies durchzuführen...achja... die Oberfläche wird in diesem Falle NOCH GRÖßER... dennoch wirds aerodynamisch (weniger Wirbel an Kanten) sogar die unerwünschte Keilform 45 Grad locker toppen.

Zitat:

Original geschrieben von Quox

omg... sowas hatte ich schon befürchtet...

Einen Gutteil der Schuld musst du aber meines Erachtens bei dir selbst suchen. Deine Frage war wirklich verblüffend verquer dargestellt. Nur mal ein Beispiel: dass es dir um einen Anhänger geht, konnte man nur daraus schließen, dass du ohne sonstigen Bezug Wert darauf legtest, die Heck-Form des Zugfahrzeugs doch bitte zu vernachlässigen. Erst einen ganzen Absatz weiter hast du dann in einem Nebensatz das Wort "Anhänger" überhaupt erwähnt.

Zitat:

Worum es geht ist aber klar oder?

Nur begrenzt. Ich kann mir nur mit Mühe vorstellen, wie man die einfache Frage

"Wie berechnet man den Effekt einer Veränderung der Front-Form auf den cw-Wert?"

noch verwirrender/verwirrter zur Diskussion stellen kann, als du es hier getan hast.

Und die Antwort auf diese einfache Frage ist ebenso einfach: im Großen und Ganzen gar nicht.

Denn wenn man sowas wirklich berechnen könnte, glaubst du dann im Ernst, dass Autohersteller tausende Mannjahre und Abermillionen von Euros dafür ausgeben würden, allerlei Formen als Modell oder Prototyp zu bauen, und die dann in Windkanälen und Straßenversuchen auszuprobieren? Das macht man deshalb, weil es anders nicht geht.

Themenstarteram 10. Juli 2012 um 23:27

Schuld?

soso... und was hat es mit der Funktion eines Körpers auf sich? Ist es ein Unterschied für den Wind&Cw-Wert ob es ein Anhänger ist ein Backstein oder ein Geschenk (womöglich ein Ohrring...:D) oder ein D-Zug? Den Anhängeraufbau hab ich in meinem ersten Beitrag DENNOCH erwähnt.

Dass ich allerdings die Frage wohl unnötig missverständlich bis verquer gestellt hab gebe ich hiermit gern zu!

Und Windkanal-Tests+Prototypenbau macht man nicht nur deshalb weil es anders nicht geht... sondern weil man Großserie produziert und es sich DANN lohnt und weil man sonst auch in Tests gnadenlos untergehen würde... tierische Windgeräusche produziert etc.

und: Weil man eine einfache ebene Keilform mit 30 Grad Anstellwinkel (insofern ist DEINE Formulierung meiner Fragestellung überhaupt nicht gerecht werdend!) wohl auch kaum verkauft bekäme:p man designed und testet und bessert nach... aber dieses Vorgehen funktioniert wohl kaum sinnvoll bei einem Einzelprojekt mit engem Budget und unzähligen technischen Beschränkungen.

------

ich versteh sowieso nicht was immer dieses mini-Gebashe soll...

Jemand stellt eine Frage in einem halbwegs passenden Forum&Unterforum - er bemüht sich alles Relevante reinzupacken aber verwirrendes u. unnötiges eher wegzulassen... er tut das weil er sich erhofft Hilfe von Jemandem zu bekommen der mehr Ahnung hat, bessere Ideen etc.

Er zeigt damit öffentlich: Hier bin ich u. weiß nicht recht weiter.

Aha, Kastenanhaenger...

Da braucht man garnix rechnen (ausser man ist Wissensgierig) wenns um die oben erwaehnte "Praxis" geht. :o

Man guckt sich einfach die abgeschraegten Kastenhanhaenger / LKW Aufbauten der Hersteller an. Die Hersteller haben die Forschung schon bezahlt. ;)

Der Winkel ist praktisch immer derselbe und die Kanten, wenn sie abgerundet sind, sind immer auf einen 10" Zirkel gerundet, 5" Radius.

Gruss, Pete

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