Dieser Bericht entstand im Praktikum des Wahlpflichtfachs Karosserie 2 im Sommersemester 2004 an der FH Köln. Das Projekt bestand in der Auslegung, Konstruktion und Fertigung eines Heckspoiler für einen BMW M3 (E30). In der vorliegenden Ausarbeitung befasse ich mich mit den numerischen Grundlagen der CFD, der Strömungssimulation und der Auswertung der errechneten Daten. Die CFD Simulation befasste sich mit zwei unterschiedlichen Fällen: 1. Der Hauptflügel wurde fixiert und NUR der Flap variiert, 2. das komplette System wird in mehreren Anstellwinkeln berechnet.
Ziel in diesem Projekt war die Berechnung der aerodynamischen Beiwerte der Flügel als Gesamtsystem und die Abhängigkeit der Abtriebskraft und der Widerstandskraft von der Flapposition und von der Positionierung des Gesamtsystems. Zusätzlich wurde eine kurze Abschätzung der veränderten Fahrdynamik getroffen, da die Radaufstandskräfte von besonderer Bedeutung für das Fahrverhalten in der Kurve sind. Durch höhere Anpressdrücke kann hier eine Verbesserung der Rundenzeiten durch höhere Kurvengeschwindigkeiten ermöglicht werden.
Die Entstehung der Flügelgeometrie selbst wird unter Hinweis auf Literaturnachweis 2 nicht näher untersucht.
Im Anhang befinden sich Koordinaten der original Flügelkonfiguration und die Koordinaten der von uns verwendeten Flügel.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Geometrie des Heckspoilers
- 3. Grundlagen der CFD
- 3.1 Allgemeines zur CFD
- 3.2 Methodik der CFD Berechnung
- 3.3 Grundgleichungen
- 3.4 Turbulenzmodell k-ɛ
- 3.5 Finite Volumendiskretisierung in Fluent
- 3.6 Konvergenz, Konsistenz und Stabilität
- 4. Grundzüge der Aerodynamik
- 4.1 Strömungsvorgänge
- 4.2 Kräfte am Flügel
- 4.3 Dimensionslose Beiwerte
- 4.4 Polardiagramm
- 5. Preprocessing
- 5.1 Geometriegenerierung (CATIA V5R13)
- 5.2 Gittergenerierung und Netzqualität (GAMBIT v2.0)
- 5.3 Randbedingungen (GAMBIT v2.0/FLUENT v6.1)
- 6. Solving (FLUENT v6.1)
- 7. Postprocessing (FLUENT v6.1)
- 7.1 Variation des Flap-Anstellwinkel
- 7.2 Variation des Anstellwinkels des Gesamtsystems
- 8. Betrachtung der Kräfte an Vorder- und Hinterachse
- 9. Schlussbemerkungen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Dieser Bericht dokumentiert das Ergebnis einer numerischen Strömungssimulation (CFD) für einen Heckspoiler, der im Rahmen eines Praktikums an der FH Köln entwickelt wurde. Die CFD-Simulation dient der Untersuchung der aerodynamischen Eigenschaften des Spoilers und der Ermittlung der Abhängigkeit von Abtrieb und Widerstand von der Flap-Position und der Gesamtsystemposition. Der Fokus liegt auf der Analyse der Kräfte am Flügel und deren Auswirkungen auf die Fahrdynamik, insbesondere in Bezug auf die Rundenzeiten im Kurvenbereich.
- Numerische Strömungssimulation (CFD) für einen Heckspoiler
- Aerodynamische Eigenschaften des Spoilers
- Abhängigkeit von Abtrieb und Widerstand von der Flap-Position
- Auswirkungen auf die Fahrdynamik
- Verbesserung der Rundenzeiten im Kurvenbereich
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung: Dieses Kapitel stellt das Projekt und die Zielsetzung des Berichts vor. Es beschreibt den Hintergrund des Projekts, die verwendeten Methoden und die wichtigsten Themenbereiche.
- Kapitel 2: Geometrie des Heckspoilers: Hier wird die geometrische Konstruktion des Heckspoilers erläutert, einschließlich der einzelnen Bauteile und ihrer Anordnung.
- Kapitel 3: Grundlagen der CFD: Dieses Kapitel behandelt die theoretischen Grundlagen der CFD, einschließlich der Methodik, der Grundgleichungen, des Turbulenzmodells und der Finite Volumendiskretisierung.
- Kapitel 4: Grundzüge der Aerodynamik: Hier werden grundlegende aerodynamische Prinzipien wie Strömungsvorgänge, Kräfte am Flügel, dimensionslose Beiwerte und Polardiagramme erläutert.
- Kapitel 5: Preprocessing: Dieses Kapitel beschreibt die Vorverarbeitungsschritte der CFD-Simulation, einschließlich der Geometriegenerierung, der Gittergenerierung und der Definition der Randbedingungen.
- Kapitel 6: Solving: In diesem Kapitel werden die Verfahren zur Lösung der numerischen Gleichungen der CFD-Simulation vorgestellt.
- Kapitel 7: Postprocessing: Dieses Kapitel erläutert die Nachverarbeitung der Simulationsergebnisse, einschließlich der Analyse der Druck- und Geschwindigkeitsverteilungen sowie der Variation des Flap-Anstellwinkels und des Anstellwinkels des Gesamtsystems.
- Kapitel 8: Betrachtung der Kräfte an Vorder- und Hinterachse: Hier werden die Auswirkungen der aerodynamischen Kräfte auf die Fahrdynamik des Fahrzeugs analysiert.
Schlüsselwörter
CFD, Heckspoiler, Aerodynamik, Abtrieb, Widerstand, Flap-Position, Anstellwinkel, Fahrdynamik, Rundenzeiten, Kurvenverhalten, Strömungssimulation, Finite Volumendiskretisierung, Turbulenzmodell, Preprocessing, Postprocessing.
- Quote paper
- Norman Henkel (Author), 2004, CFD-Berechnung eines Heckspoilers, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/29455
