Der Widerstandsbeiwert eines Fahrzeugs wird auf eine einzige Zahl verkürzt, und diese Zahl wird beworben. Aus ingenieurtechnischer Sicht ist sie erst dann nützlich, wenn man weiß, woher sie kommt.
Der beherrschende Anteil: der Hecknachlauf
Bei Straßenfahrzeugen ist der größte Teil des Widerstands Druckwiderstand, und der größte Teil davon stammt aus dem Hecknachlauf. Das abgelöste Gebiet niedrigen Drucks hinter dem Fahrzeug zieht es nach hinten.
Deshalb hat die Heckgestaltung — Heckscheibenwinkel, Kofferraumkante, Diffusor, Heckstoßfänger — mehr Einfluss auf den Widerstand als die Front. Entscheidend ist, wo die Ablösung beginnt. Siehe die Notiz zur Ablösung.
Die übersehenen Posten
Räder und Radhäuser. Das drehende Rad und die Zirkulation im Radhaus machen einen überraschend großen Anteil des Gesamtwiderstands aus. Eine Analyse ohne modellierte Raddrehung trifft diesen Anteil systematisch falsch.
Kühlluftstrom. Luft, die durch den Kühler tritt, verliert Impuls und bildet einen Widerstandsposten. Deshalb gibt es aktive Kühlerjalousien. Ist die Motorraumströmung nicht im Modell, kommen Widerstand und Kühlung beide falsch heraus.
Der Unterboden. Eine unregelmäßige Unterseite verhält sich wie eine raue Oberfläche. Verkleidungen senken Widerstand und Geräusch zugleich.
Auch Auftrieb und Balance müssen gemessen werden
Eine Änderung, die den Widerstand senkt, kann an der Hinterachse Auftrieb erzeugen und die Hochgeschwindigkeitsstabilität verderben. Der Auftrieb an Vorder- und Hinterachse sollte getrennt berichtet werden; der cw-Wert allein ist kein Auslegungskriterium.
Hinweise zur Modellierung
Fahrbahn und Räder müssen sich bewegen. Ein stehender Boden erzeugt eine unrealistische Grenzschicht.
Den Versperrungsgrad niedrig halten. Ist das Gebiet nicht groß genug, sieht das Fahrzeug seine eigene Versperrung. Siehe die Notiz zu Randbedingungen.
Der Hecknachlauf ist instationär. Ein stationäres RANS liefert einen Mittelwert; für die genaue Nachlaufstruktur und ihre Schwingungen ist ein skalenauflösender Ansatz erforderlich.
Referenzen
- Spalart, P. R., Jou, W.-H., Strelets, M. & Allmaras, S. R. (1997). Comments on the feasibility of LES for wings, and on a hybrid RANS/LES approach. In Advances in DNS/LES, Greyden Press, Columbus, OH.
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149