Diese Arbeit befasst sich mit der aerodynamischen Auslegung eines Heckflügels für den Formula-Student-Rennwagen "Edge 13" des TU Wien Racing Teams. Die Entwicklung stützt sich aufgrund der begrenzten Validierungsmöglichkeiten ausschließlich auf Strömungssimulationen. Ziel ist es, den vom Heckflügel erzeugten Abtrieb im Vergleich zum bisherigen Design um mindestens 15 % zu erhöhen und die optimale aerodynamische Balance beizubehalten. Aufgrund der durch andere Komponenten stark beeinflussten Luftströmung im Heckbereich wird der vom Reglement vorgegebene Entwicklungsraum zunächst einer Strömungsanalyse unterzogen.
Dabei wird festgestellt, dass die Luftströmung auf Höhe des Unterbodens für Abtriebserzeugung ungünstig ist, weshalb der Entwurfsraum auf den oberen Bereich beschränkt wird. Das Hauptaugenmerk liegt angesichts der Streckencharakteristik der Formula-Student auf mehrteiligen Flügelkonfigurationen. Die Entwicklung fängt mit der Auswahl von möglichen Flügelprofilen und dem Entwurf des Hauptflügels an. Anschließend wird der Hauptflügel zu einer 2-Klappen- und einer 3-Klappen-Konfiguration erweitert, wobei der Schwerpunkt der Entwicklung neben der Abtriebserzeugung auf der Vermeidung einer frühzeitigen Strömungsablösung liegt.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- Einführung
- Kontext, Motivation und Problemstellung
- Rolle der Aerodynamik im Motorsport
- Charakteristik der Formula-Student-Disziplinen
- Einfluss der Charakteristik der Disziplinen auf die Aerodynamik
- Widerstandsreduzierende Elemente
- Zielsetzung
- Vorgehensweise / Methodik
- Struktur
- Mechanismen und Prinzipien der Fahrzeug-Aerodynamik
- Fluide
- Kompressibilität
- Art der Strömung
- Thermische Instabilität
- Viskosität
- Erhaltungsgesetze in der Strömungsmechanik
- Massenerhaltungsgesetz
- Bernoulli-Gleichung
- Flügel
- Funktionsweise eines Flügels
- Nennmaße eines Flügels
- Grenzschichttheorie
- Aerodynamische Kennwerte
- Multi-Element-Flügel
- Fahrzeug-Aerodynamik
- Endplatte
- Gurney-Klappe
- Aerodynamische Balance
- Widerstandsreduzierende Elemente
- Numerische Strömungssimulation
Häufig gestellte Fragen
Was war das Ziel bei der Entwicklung des Heckflügels für den "Edge 13"?
Das Hauptziel war es, den erzeugten Abtrieb im Vergleich zum Vorgängerdesign um mindestens 15 % zu steigern, während die optimale aerodynamische Balance des Rennwagens beibehalten wurde.
Warum wurde der Entwicklungsraum für den Flügel eingeschränkt?
Strömungsanalysen zeigten, dass die Luftströmung auf Höhe des Unterbodens aufgrund anderer Komponenten für die Abtriebserzeugung ungünstig war. Daher wurde der Fokus auf den oberen Bereich des Reglements beschränkt.
Was ist eine Multi-Element-Flügelkonfiguration?
Dabei handelt es sich um Flügel, die aus mehreren Teilen bestehen (z. B. 2-Klappen- oder 3-Klappen-Systeme). Diese ermöglichen einen höheren Abtrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten, was für die Charakteristik der Formula Student entscheidend ist.
Welche Rolle spielt die Gurney-Klappe?
Die Gurney-Klappe ist ein kleines, senkrecht zur Strömung stehendes Element an der Hinterkante des Flügels, das den Abtrieb signifikant erhöhen kann, ohne den Luftwiderstand übermäßig zu steigern.
Wie wurde das Design validiert?
Aufgrund begrenzter physischer Testmöglichkeiten stützte sich die gesamte Entwicklung auf numerische Strömungssimulationen (CFD - Computational Fluid Dynamics), um den Einfluss der verschiedenen Profile zu untersuchen.
- Citation du texte
- Peter Kovacs (Auteur), 2022, Entwicklung eines Heckflügels für den Formula-Student-Rennwagen. Racing mit Fokus auf widerstandsreduzierende Elemente und Untersuchung ihres Einflusses auf das Verhältnis von Abtriebs- und Widerstandsbeiwert, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1282469
