Zwei wichtige Teildisziplinen der Fahrzeugaerodynamik sind die Umströmung und die Durchströmung. Eine dabei fest definierbare Schnittstelle stellt der Kühlluftvolumenstrom durch das Kühlpaket dar. Um diesen messen zu können, wurden verschiedene Messtechniken entwickelt. Einen Überblick darüber mit den jeweiligen Vor- und Nachteilen ist in einem Kapitel zu finden. Es ist festzustellen, dass im Modellmaßstab bisher nur die Möglichkeit bestand, Absolutwerte zu ermitteln. Aussagen zur Geschwindigkeitsverteilung an Modellkühlern waren bisher nicht möglich. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit ein Modellmesskühler mit variabler Druckverlusteinstellung entwickelt. Diese Einheit wurde in den bestehenden Messträger integriert. Um den Durchströmungswiderstand an skalierten Modellen korrekt wiederzugeben, sind folgende Größen zu berücksichtigen: Kühlluftvolumenstrom, Stirnfläche, Kühlluftaustrittsfläche wie auch Kühlluftaustrittswinkel. Deren Gewichtung zueinander wurde in dieser Arbeit mathematisch formuliert. Dabei zeigt sich, dass der Kühlluftvolumenstrom den sensibelsten und somit größten Stellhebel zum Einstellen der Modelldurchströmung darstellt. Bei der Frage nach der Detaillierung von skalierten Modellen ist daher auf geometrisch möglichst exakt dargestellte Lufteintritts- wie Luftaustrittsverhältnisse zu achten. Mit skalierten Modellen ist es möglich, wechselseitige Beeinflussungen von Um- und Durchströmung richtig darzustellen und somit Proportions- und Außenhautmodifikationen bezüglich deren Einfluss und Potential auf die Durchströmung zu bewerten. Zudem ist die Darstellung der Durchströmung zur richtigen Abbildung der Umströmung unerlässlich. Dies wurde nachgewiesen anhand folgender Kriterien: Strömungsfeld, Widerstandsentwicklung, Differenzbetrachtungen im Strömungsfeld, Absolutwerte strömungsrelevanter Kühlergrößen und Geschwindigkeitsverteilung am Kühler. Darüber hinaus bieten skalierte Modelle in der frühen Fahrzeugentwicklungsphase eine kostengünstige Alternative zu 1:1-Messträgern. Spätestens nach den Design-Freeze kommen 1:1-Messträger zum ins atz. An ihnen werden Details wie Außenspiegel und verschiedene aerodynamische Unterbodenmaßnahmen entwickelt. Des Weiteren sind Ziergitter und Luftführungen zu entwickeln. Hierfür stellte sich die Kühlertraverse als sehr nützlich heraus, da mit ihr die Luftgeschwindigkeitsverteilung am Kühler in einer sehr hohen Auflösung bestimmbar ist. Zudem sind Teilbereiche des Kühlpakets auswertbar, um so zum Beispiel Luftbeaufschlagung des Ladeluftkühlers zu optimieren. Auch das Optimieren von Kühlluftverschließeinheiten, wie zum Beispiel Kühlluftklappen, ist nur mit Hilfe von Durchströmungsmesstechniken in 1:1-Fahrzeugen möglich.
Two important disciplines of automotive aerodynamics are the flow around the upper body and the flow through cooling package and engine bay. A commonly defined interface between those flow regimes is the volume flux through the cooling package. In order to measure this volume flux, different measurement techniques have been developed. Chapter 1.2 provides an overview of respective advantages and disadvantages of those methods. It is proven that only absolute values were able to obtain when using scaled models. The velocity distribution itself was previously not possible to achieve at scaled coolers. Therefore a scaled model cooler has been developed and described in the present work (chapter 4.1) using variable pressure loss measures. This system has been integrated into the existing car model. In order to measure the correct flow resistance the following items have to be taken into account: cooling air volume flux, projected area, cooling air emitting surface and exiting flow angle. The mathematical formulation of the weighting of those parameters has been described in the present work. It has been observed that the cooling air volume flux shows the highest sensitivity and can therefore been used efficiently to calibrate the airflow through the model. As reproducibility of scaled models is concerned it is very important to keep the geometric details and ratio between cooling air entry area and exit as close as possible to the original. Using scaled models it is possible to represent the correct interaction between flow around and through the car. Therefore the potential and impact on the cooling air flow can be evaluated if different proportions or car shape modifications are applied. In order to represent the air flow around the car correctly it is essential to exactly capture the cooling air flow through the model. This statement has been proven using the following criteria: flow field, drag development, visualization and calculation of flow field differences, absolute values of all relevant parameters of a cooling package and the velocity distribution at the different heat exchangers. On top of this scaled models are economic alternatives to full scale models within the early development phases of a car program. No later than design freeze full scale (1:l) models are used for development of detailed appendages like mirrors and aerodynamic features of the underbody. Also front grilles and air guides will be designed. In order to accomplish this, a heat exchanger traverse system has been proven to be useful since the velocity distributions at the different heat exchangers could be obtained at very high resolution. Also it is possible to analyze single parts of the cooling package to optimize the amount of cooling air through the charge-air-cooler only for instance. In order to develop and analyze closing systems, e.g. flaps at shroud, it is essential to have measurement techniques for cooling air at full scale models.
Optimierung des Fahrzeugdesigns unter Berücksichtigung der Durchströmung im aerodynamischen Entwicklungsprozess
2013
124 Seiten, 86 Bilder, 102 Quellen
Theses
German
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|Strategien der Optimierung im EMV-Entwicklungsprozess
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|Reifenentwicklung unter aerodynamischen Aspekten
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