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Aeroprobe Fahrzeugtechnik Verwirbelungen messen mit Strömungssonden

  • Strömungsmechanische Anwendungen im Bereich der Fahrzeugtechnik verursachen besondere Probleme. Die meisten Strömungen in oder um ein Fahrzeug herum finden in Bereichen statt, an denen entweder eine vorwärts- oder eine rückwärts gerichtete Strömung vorliegt. In dieser Situation sind Staudrucksonden erforderlich, welche die Richtung der Geschwindigkeitsvektoren selbst dann noch erfassen können, wenn der Anströmwinkel um volle 180 Grad von der konstruktiven Achse abweicht. Für solche Zwecke sind die Omniprobe-Sonden von Aeroprobe die perfekte Wahl. Typische Fallbeispiele sind hier die Strömungsverhältnisse in der Wirbelschleppe eines Automobils, die Strömung unter der Motorhaube und im Bereich um den Motor herum oder die Strömung im Bereich der sich drehenden Räder. Einige der unten aufgeführten Beispiele beziehen sich auf entsprechende Strömungssituationen.

In anderen Fällen müssen auch interne Strömungen untersucht werden. Eine besondere Herausforderung sind allerdings Fälle, die sich mit dynamisch wechselnden Strömungsfeldern befassen. Hier können oft auch andere Verfahren wie die Hitzdraht-Anemometrie oder die Laser-Doppler-Anemometrie sinnvoll erscheinen. Die Nutzung dieser Verfahren stellt sich allerdings als relativ komplex dar und erfordert eine spezielle Schulung. Die Hochgeschwindigkeitssonden von Aeroprobe bieten hier eine kostengünstige und zuverlässige Alternative, die vergleichsweise einfach anzuwenden ist.

Aeroprobe-Produkte wurden von Unternehmen wie Honda, Hyundai, BMW, Volvo, Ferrari, John Deere und vielen anderen erfolgreich eingesetzt. Beispiele für solche Anwendungen finden Sie, indem Sie auf die entsprechenden Symbole klicken:

Mann+Hummel nutzt Aeroprobe-Messtechnik zur Verbesserung der Leistung von Ansaugtrakten
Volvo setzt auf Omniprobe-Staudrucksonden bei der Untersuchung der Aerodynamik von Reifen
Verwirbelungen bei Fahrzeugen - Strömungssonden im Windkanal

Mann+Hummel nutzt Aeroprobe-Messtechnik zur Verbesserung der Leistung von Ansaugtrakten

Eine Strömung durch gekrümmte Rohre führt zu einer ungleichmäßigen Geschwindigkeits- und Druckverteilung und entsprechend zu erheblichen Verwirbelungen. Scharf abgewinkelte Ansaugkrümmer verursachen daher eine ungleichmäßige Füllung der Motorzylinder. Zur Erkundung dieser Effekte anhand einer Krümmerkonstruktion von 54 mm Durchmesser mit einer Abwinkelung von 135 Grad setzte Mann+Hummel, Brüssel, eine Aeroprobe-Siebenloch-Staudrucksonde mit 1,6-mm-Spitze ein. Diese wurde in drei verschiedenen Krümmer/Leitblech-Konfigurationen jeweils in vier Ebenen verfahren. Die Abbildung unten zeigt zwei Ansichten des Krümmers.

Ansichten Krümmer

Die Ergebnisse werden in den folgenden zwei Abbildungen durch Geschwindigkeitsvektoren in Ebenen, die senkrecht zur lokalen Achse des Krümmers angeordnet sind, dargestellt. Die ebenenbezogenen Geschwindigkeitskomponenten werden durch Pfeile dargestellt, die axiale Komponente wird durch Farben verdeutlicht. Hierdurch konnte die Wirkung eines Leitblechs analysiert werden. Im linken Bild tendiert die axiale Komponente stark zum rechten Teil des Rohrquerschnittes. Durch Hinzufügen eines Leitblechs wird die axiale Strömung im Rohr so verändert, dass sich die Verhältnisse der Abbildung rechts einstellen. Mann+Hummel nutzte die im Experiment gewonnenen Daten für eine Optimierung ihrer Krümmerkonstruktionen.

Axialgeschwindigkeiten: Ohne Leitblech (Abbildung links), Leitblech #2 (Abbildung rechts); Daten: Mann+Hummel, Brüssel

Strömungsprofil gemessen

Volvo setzt auf Omniprobe-Staudrucksonden von Aeroprobe bei der Untersuchung der Aerodynamik von Fahrzeug-Rädern

Bei hohen Geschwindigkeiten hat der Luftwiderstand erheblichen Anteil am Energieverbrauch von Automobilien. Dabei ist der Fahrzeugaufbau nur für die Hälfte des gesamten Luftwiderstandsverlustes verantwortlich. Ein großer Teil des Widerstands wird durch den Unterboden, die Räder und die Radkästen verursacht. Bei der Untersuchung dieser Phänomene hat Volvo mit Hilfe der Omniprobe-Staudruckssonden von Aeroprobe die Geschwindigkeits- und Druckfelder in der Umgebung des rotierenden Rades gemessen. Ausgeführt wurden diese Experimente mit einem Volvo-Fahrzeug in Originalgröße im Volvo-Windkanal. Es wurde ein System zur Simulation der Fahrzeugbewegung (moving ground) installiert, die Tests fanden mit und ohne Einsatz dieses Systems statt.

Eine Anordnung von zwei Omniprobe-Sonden wurde auf Ebenen senkrecht oder parallel zur freien Strömung um die Räder des Fahrzeugs verfahren. Die Abbildung unten zeigt die Sonde neben einem der Räder.

Omniprobe Staudrucksonde

Typische Ergebnisse zeigt die Abbildung unten. Die Linien in dieser Abbildung geben den gemessenen Gesamtdruck an, die Pfeile entsprechen den Geschwindigkeitskomponenten in der Ebene. Die detaillierten Ergebnisse und entsprechenden Rückschlüsse finden Sie im SAE Paper No 2009-01-0778 (Detailed flow structure in close proximity of rotating wheels on a passenger car von C. Landstrom, L. Lofdahl und T. Walker). Die Forscher identifizierten u. a. zwei Verwirbelungen hinter dem Vorderrad. Dabei schienen Größe und Stärke der Wirbel gute Indikatoren für den aerodynamischen Gesamtwiderstand zu sein.

Die farbigen Linien markieren den normalisierten reduzierten Gesamtdruck. Die Pfeile stehen für die Geschwindigkeitsvektoren innerhalb der Ebene.

Strömungsprofil gemessen

Verwirbelungen bei FahrzeugenStrömungssonden im Windkanal

Die Omniprobe-Strömungssonde von Aeroprobe eignet sich perfekt für die Untersuchung von Verwirbelungen bei Fahrzeugen, da mit diesem Instrument auch bei Richtungsumkehr der Strömung gemessen werden kann. Die Abbildung unten zeigt ein Fahrzeug in Originalgröße im GIE-SAA-Windkanal in St. Cyr, Frankreich. Dieser Kanal wird von französischen Herstellern wie Renault, Peugeot und Citroën genutzt.

Strömungsmessung im Windkanal

Die Daten wurden auf einer Ebene senkrecht zur freien Strömung und in der Nachlaufströmung des Fahrzeugs unter Verwendung einer Drei-Sonden-Anordnung gesammelt. Auf diese Weise konnte die Windkanalzeit um den Faktor 3 verkürzt werden. Die Strömungswiderstandsebene (Drag Plane) wurde so verfahren, dass eine Fläche größer als die Projektion des Fahrzeugs zu dieser Ebene abgedeckt wurde. Auf diese Weise wurden die meisten von ihm erzeugten Störungen erfasst. Das Foto oben zeigt eine der an der Verfahr-vorrichtung befestigten Omniprobe-Sonden.

In der unteren Abbildung sind die mit der Mehrsonden-Anordnung (Omnirake) gemessenen Ergebnisse dargestellt. Die Ergebnisse zeigen das Ausmaß an langsamer Strömung sowie das Auftreten von axialen Wirbeln, deren Eigenschaften denen von Wirbeln an Spitzen von Deltaflügeln ähneln.

Ergebnisse der Druckmessung