DE10037928C2

DE10037928C2 - Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten im Windkanal

Info

Publication number: DE10037928C2
Application number: DE2000137928
Authority: DE
Inventors: Franz X Muench
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: DE10037928A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten in einem Wind kanal mit einem Laufband. Dieses dient zur Grenzschichtbeeinflussung auf einem aerodynamischen Prüfstand mit dynamischer Bodensimulation bzw. Fahrbahnsimulation, wobei die grenzschichtbeeinflussende Vorrichtung so mit dem den Boden bzw. die Fahrbahn simulierenden Laufband verbunden ist, daß bei einer Verschiebung in Strömungsrichtung der der Windkanaldüse zugewandten Walze des Laufbandes konstante Grenzschichtverhältnisse des zuströmenden Luftstromes aufrechterhalten werden können.

Der Bodeneinfluß bei bewegten Fahrzeugen auf oder in der Nähe eines festen Untergrunds spielt eine große Rolle hinsichtlich der entstehenden aerodynamischen Kräfte und Momente. Beispiele dafür sind Automobile, Luftfahrzeuge bei Start- und Landevorgängen, Bodeneffektflugzeuge etc. Bei Luftfahr zeugen gilt allgemein, daß sich bei Annäherung an den Boden der Auftrieb erhöht und der Widerstand verringert. Bei Automobilen gilt, daß bei bewegtem Boden in der Regel Auftrieb und Widerstand grö ßere Werte annehmen als bei festem Boden, es sind jedoch auch gegenteilige Messergebnisse be kannt. Vergleichende Messungen zwischen Strassenfahrt und Modellversuchen mit bewegtem und festem Boden sind beispielsweise von Janssen, L. J., Müllenbach, P., Deutenbach, K. R., "Einfluss der Fahrbahnsimulation bei Windkanalversuchen an PKW", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 22, pp. 347-379, 1986, durchgeführt worden.

Für Windkanaluntersuchungen von Fahrzeugen unter Bodeneinfluß sind die verschiedensten Hilfsmit tel zur Darstellung einer Fahrbahn unter natürlichen Umgebungsbedingungen entwickelt worden. Die Simulation der Straße durch eine bewegtes Band kommt dabei den realen Strömungsverhältnissen am nächsten. Dabei wird eine Grenzschichtabsaugung an der Zuströmung zur vorderen Walze einge setzt, damit ein Rechteckprofil bis zum Vorderwagen vorliegt. Durch Reibung der Fahrzeugräder auf dem Laufband rotieren auch die Räder, sodaß deren Auswirkung auf die Strömungsverhältnisse im Radhaus die Vergleichbarkeit mit einer Straßenfahrt erlauben. Die bisher entwickelten Simulations techniken sind beispielsweise von Fosberry, R. A. C., "The Aerodynamics of Road Vehicles - A Survey of Published Literature", M. I. R. A. Report No. 1958: 1, 1958, und, unter Einbeziehung neuerer Ver suchseinrichtungen, von Cogotti, A., "Ground Effect Simulation for Full-Scale Cars in the Pininfarina Wind Tunnel", SAE paper 950996, Int. Congress and Exposition, Detroit, Michigan, February/March 1995 beschrieben.

In der Schrift von Cogotti wird auf die Bedeutung der Beseitigung der Bodengrenzschicht am Beginn der Teststrecke und/oder unmittelbar vor dem Fahrzeug eingegangen. Weiterhin wird anhand mehre rer Skizzen dargestellt, wie die Anordnungen von Grenzschichtabsaugung und Laufband an ausge wählten Windkanalanlagen gestaltet sind. Die Absaugevorrichtungen in Form einer Hutze oder in Form einer flächigen Absaugung sind dabei entweder fest an der Düse angebracht, zwischen Düse und vorderer Walze fixiert, oder - wie meist bei Mehrwalzenanordnungen - mit der nicht verschiebba ren Walze verbunden. Es ist auch eine an der Düse befestigte tangentiale Ausblasung zur Grenz schichtbeeinflussung beschrieben.

In der Schrift "Patents Abstracts of Japan JP-A-1-145542" ist eine Absaugevorrichtung für Strömungs grenzschichten in einem Windkanal mit einem Laufband bekannt; diese Vorrichtung umfasst eine Fünf-Walzen Anordnung mit zwei Hauptwalzen, bei der eine der drei kleineren Walzen zum Spannen des Laufbandes dient und die Absaugevorrichtung fest mit der nicht verschiebbaren vorderen Haupt walze verbunden ist.

Im Band "Research in Automotive Aerodynamics, SAE/SP-747" vom Februar 1988, S. 79-98, wird von G. W. Carr auf Seite 82ff schematisch eine Zwei-Walzen Anordnung dargestellt, bei der die Grenz schichtabsaugung zwischen Düse und vorderer Walze positioniert ist; aus diesem Artikel ist also eine Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten in einem Windkanal mit einem Laufband, das zwi schen zwei Walzen gespannt ist, und mit einem Absaugegebläse bekannt.

Auf die sorgfältige Grenzschichtbeseitigung unmittelbar vor dem Laufband muß deshalb so viel Au genmerk gelegt werden, weil der zwischen Fahrzeugunterseite und Fahrbahn durchfließende Mas senstrom die Lage der Staustromlinie an der Fahrzeugfront festlegt, und damit auch die Druckvertei lung mit ihrer Auswirkung auf Widerstand und Auftrieb.

Aufgabe der Erfindung ist die Sicherstellung eines konstanten Geschwindigkeitsprofils mit verschwin dender Grenzschichtdicke am Laufbandbeginn. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentan spruches 1 gelöst. In den weiteren Ansprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen angegeben.

Die Erfindung ist nachfolgend in Verbindung mit Fig. 1 näher erläutert.

Darin zeigt (1) die stromab vom Modell befindliche, antreibende Walze und (2) die stromauf positio nierte düsenseitige, angetriebene Walze für das Laufband (3). Dieses Antriebskonfiguration ist zur Vermeidung von Flattererscheinungen des Laufbandes erforderlich. Weitere Gefahren für das Flattern gehen von den Banddehnungen infolge Erwärmung oder Recken infolge Dauerbetrieb aus. Durch Spannen einer Walze, beispielsweise durch Einsatz von Federbeinen (4) wie sie aus der Fahrzeug technik bekannt sind, kann dieses Problem gelöst werden. Die Spannung wirkt auf die Walze (2) stromauf des Fahrzeugs durch Verschiebung in Strömungsrichtung, weil es nicht zweckmäßig ist, An trieb und Verstellung an einer Walze zu kombinieren. Eine weitere Hilfe gegen Flattern, das auch durch Druckgradienten auf dem Laufband infolge der Körperform des zu untersuchenden Modells her vorgerufen werden kann, ist das Anbringen einer Lochplatte (5) als Stützfläche für das Laufband, auf der das Band durch Erzeugung eines Unterdruckes in den Kammern eines Absaugekastens ange saugt wird.

Die aus der Windkanaldüse (6) ausströmende Luft mit der mittleren Geschwindigkeit u₀ weist das skizzierte Geschwindigkeitsprofil mit endlicher Grenzschichtdicke auf. Die Grenzschichtbeeinflussung vor dem Laufband bzw. die Grenzschichtbeseitigung unmittelbar vor dem Laufband kann auf mehrere Arten erfolgen:

a) Abschälung der Grenzschicht durch eine über die Breite des Windkanals reichende Hutze. Das Laufband ist dann bündig mit der Oberseite der Hutze.
b) a) mit anschließender flächigen Absaugung durch eine perforierte Platte, die möglichst nahe an den Laufbandbeginn heranreicht
c) Ausblasen eines Wandstrahls vor oder direkt an der ersten Walze (2) des Laufbandes
d) Kombinationen aus Abschälung, Flächenabsaugung und/oder Ausblasung.

Die Positionierung der Vorrichtungen zur Absaugung und/oder Ausblasung erfolgt sowohl noch vor dem Beginn des Meßstreckenbodens als auch unmittelbar vor Beginn des Laufbandes, also bereits in der Messtrecke. Am Beginn des Laufbandes soll ein Rechteck-Geschwindigkeitsprofil erzeugt werden, das mit der Laufbandgeschwindigkeit zum Testkörper transportiert wird. Dazu wird in einer Hutze (7), an der ein Absaugegebläse angeschlossen ist, die Grenzschicht abgeschält. Auf der oberen Fläche der Hutze bildet sich wieder eine Grenzschicht aus, die über ein perforiertes Absaugeblech und dem Absaugekanal (8), an dem ein weiteres Absaugegebläse angschlossen ist, abgesaugt wird. Am Ende des perforierten Absaugebleches liegt dann ein nahezu perfektes Rechteckprofil mit verschwindender Grenzschichtdicke vor.

Wenn sämtliche Absauge/Ausblasevorrichtungen in ihrer Position fixiert wären, würde sich bei einer Positionsänderung der düsenseitigen Walze (2) der Spalt (9) zwischen Absaugeblech und Laufband beginn verändern. Die Einstellung eines Rechteck-Geschwindigkeitsprofils würde erheblich erschwert oder unmöglich gemacht werden. Gerade dieser Spalt ist für das Rechteckprofil entscheidend und sollte idealerweise Null sein. Der Übergang vom Ende des Absaugebleches zum Laufband ist deshalb sehr sorgfältig mit einer Abdichtung, beispielsweise mit einer auf dem Laufband aufliegenden Lippe aus reibungsarmen Werkstoff, auszuführen.

Entscheidend ist nun, dass bei den betriebsbedingten Längenänderungen des Laufbandes dieser Spalt auf sein eingestelltes minimales Mass unverändert erhalten bleibt. Dies wird dadurch gewährlei stet, dass die gesamte Absaugevorrichtung (7, 8) fest mit der beweglicher, düsenseitigen Walze (2) verbunden wird und sich somit mit der Walze mitverschiebt.

Claims

1. Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten in einem Windkanal mit einem Laufband (3), das zwischen einer antreibenden Walze (1) und einer beweglichen Walze (2) eingespannt ist, wo bei mindestens ein Absaugegebläse an einer Hutze (7) angeschlossen ist, und die gesamte Ab saugevorrichtung (7, 8) derart fest mit der beweglichen Walze (2) verbunden ist, dass sie sich mit der Walze mitverschiebt.

2. Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten in einem Windkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Walze (2) durch Federbeine (4) gehalten wird.

3. Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten in einem Windkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Laufband (3) ein Lochblech (5) angeordnet ist.

4. Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten in einem Windkanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck zum Ansaugen des Laufbandes mittels eines weiteren unter halb des Lochbleches (5) angeordneten Absaugegebläses erzeugt wird.

5. Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten in einem Windkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom perforierten Blech des Absaugekanals (8) zum Laufband (3) mit einer Abdichtung erfolgt.

6. Absaugevorrichtung für Strömungsgrenzschichten in einem Windkanal nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung aus einem reibungsarmen Werkstoff besteht.