Aerodynamik der stumpfen Körper: Physikalische Grundlagen by Wolf-Heinrich Hucho

By Wolf-Heinrich Hucho

Die aerodynamische Gestaltung von Fahrzeugen wie vehicle und Eisenbahnen, von Bauwerken wie weit gespannte Brücken, Türme oder Hochhäuser, ist eine äußerst vielschichtige Aufgabe. Ihre Auslegung basiert auf ingenieurmäßigen Verfahren, aber ihre Optimierung vorwiegend auf dem Prinzip von Trial & blunders. Dabei erweist es sich als nützlich, das anstehende challenge auf möglichst einfache Modellfälle zurückzuführen. Das vorliegende Buch stellt die dazu erforderlichen Grundlagen bereit und beschreibt, wie sie anzuwenden sind. Gegenüber der ersten Auflage wurde das Buch vollkommen überarbeitet und erweitert: um die neuen Windlastnormen, die Seitenwindstabilität von schnellen Zügen, sowie die Wechselwirkung von Aerodynamik und Statik biegeweicher Konstruktionen. Das Kapitel über die numerischen Verfahren (CFD) wurde auf den allerneuesten Stand gebracht.

Schlanke und stumpfe Körper - Strömungsphänomene - Geometrisch einfache Körper - Modelle von Totwasser, Scherschicht und Nachlauf - Wind und Windschutz - motor vehicle - Eisenbahnen - Bauwerke - Versuchswesen - Numerische Verfahren

Konstrukteure, Statiker, Versuchsingenieure und Numeriker, Fachleute in den relevanten Behörden,
Professoren und Studenten im Maschinenbau, in der Fahrzeugtechnik und im Bauingenieurwesen

Dr.-Ing. Wolf-Heinrich Hucho ist heute nach langjähriger Industriepraxis in der Automobilindustrie als beratender Ingenieur, technischer Publizist und Fachautor tätig. Er ist Herausgeber des Standardwerks zur Automobil-Aerodynamik von internationaler Bedeutung.

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Während bei schlanken Körpern, wie z. B. Tragflügelprofilen, ein windfestes Koordinatensystem gewählt wird – die Komponenten der Resultierenden heißen dann Auftrieb A und Widerstand W – wird bei stumpfen Körpern wie Fahrzeugen oder Bauwerken ein körperfestes System bevorzugt. 6: Zerlegung der resultierenden Luftkraft Fr in a) die körperfesten Komponenten Fx und Fy und b) in die windfesten Auftrieb A und Widerstand W. 8 Anders ist das bei schlanken Körpern. So wird z. B. der Auftrieb eines Tragflügelprofils in der Regel aus der Druckverteilung p – p∞ ermittelt; der Beitrag der Wandschubspannungen zum Auftrieb ist verschwindend klein und kann vernachlässigt werden.

Ist eine der beiden Bedingungen nicht erfüllt, dann platzen die Wirbel auf. Ein Vorgang, den Hummel (1965,1967) an schlanken Deltaflügeln entschlüsselt hat. Es bildet sich dann ein Totwasser, wie hinter einem stumpf endenden Körper, und der statische Druck über der Fläche ist annähernd konstant. 27 skizziert. Das von den schrägen Kanten ausgehende Wirbelpaar, das von diesem induzierte Geschwindigkeitsfeld und der statische Druck auf der Körperoberfläche (in dem angedeuteten Schnitt) sind schematisch dargestellt.

7 b die reibungslose Strömung betrachtet. Wie mit den Plus- und Minuszeichen (für Über- und Unterdrücke) angedeutet, ist in diesem Fall allein ein Moment wirksam; die resultierende Kraft ist gleich Null. Dieses Moment hat instabilen Charakter; d. , es hat das Bestreben, den schräg angeströmten Körper aus dem Wind heraus zu drehen – wodurch das abdrehende Moment weiter zunimmt. In Kapitel 6 wird dieses Phänomen wieder aufgegriffen: Fahrzeuge, bei denen ein niedriger Luftwiderstand durch eine im Grundriss weitgehend anliegend umströmte Heckform erzeugt wird, also durch eine möglichst weitgehende Annäherung an die reibungslose Strömung, neigen zu erhöhter Empfindlichkeit gegen Seitenwind.

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