Der Bereich des Unterbodens rückt verstärkt in den Fokus der aerodynamischen Fahrzeugentwicklung. Es wird eine Methode entwickelt, um die Raddrehung in der Strömungssimulation bei aerodynamischen Entwicklung standardmäßig berücksichtigen zu können. Zunächst wird die notwendige Rechengenauigkeit des hier angewandten Simulationswerkzeugs STAR-CD anhand einer Netzstudie an Fahrzeuggrundkörpern aufgezeigt werden. Unter den Kriterien Effizienz und Rechengenauigkeit wird für die Simulation drehender Räder aus den implementierten Verfahren die Methode mehrerer rotierender Referenzkoordinatensysteme (MRF) als das am besten geeignete ausgewählt. Hierfür wird eine automatisierte Vernetzungsmethode entwickelt, die sich leicht in den bisherigen Vernetzungsprozess integrieren lässt. Der aerodynamische Einfluss der Raddrehung wird an einem frei angeströmten Einzelrad, an einem vereinfachten Fahrzeugmodell und am Serienfahrzeug untersucht. Sowohl beim Einzelrad als auch am Fahrzeugmodell werden Anstrichbilder, LDA-Schnittebenen und Kraftbeiwerte zur Überprüfung der Strömungssimulationsmethode aufgenommen. Mehrere Felgengeometrien werden in stehender und drehender Konfiguration untersucht. Am isolierten Einzelrad, an dem vereinfachten Fahrzeugmodell und am voll detaillierten Serien-Fahrzeug wird eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation erreicht. Mit Hilfe der numerischen Strömungssimulationen gelingt eine Analyse der aerodynamischen Wirkmechanismen bei drehenden Rädern. Die stationären Anteile der Strömungstopologie am isolierten Einzelrad und an den Rädern im Radhaus werden aufgezeigt. Die Erkenntnisse vom frei angeströmten Einzelrad dienen als Grundlage für das Verständnis der Strömungstopologie an den Rädern von Serienfahrzeugen. Dabei zeigt sich, dass die Reduktion des Widerstands und des Auftriebs durch die Raddrehung beim Einzelrad und beim Rad am Fahrzeug auf unterschiedlichen Wirkmechanismen der Strömung beruht. Zwar verringern sich beim Fahrzeug durch die Raddrehung die Kraftbeiwerte auch lokal am Vorderrad, der weitaus größere Anteil ändert sich jedoch direkt am Fahrzeugkörper. Diese aerodynamische Effizienzsteigerung des Fahrzeugkörpers durch die Raddrehung wird auf die geänderte Interaktion der Hinterräder und des Fahrzeugnachlaufs zurückgeführt
Numerische und experimentelle Untersuchung des Einflusses von drehenden Rädern auf die Fahrzeugaerodynamik
2006
165 Seiten, Bilder, Tabellen, 91 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Numerische Fahrzeugaerodynamik am Beispiel der DrivAer Modellkonfiguration
Kraftfahrwesen | 2016
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