Analyse der aerodynamischen Verlustmechanismen der Radhausströmung von Pkw und Entwicklung von Maßnahmen zur Luftwiderstandsreduktion

Abstract

Die Strömung im Bereich der Räder und Radhäuser von Pkw, die einen wesentlichen Beitrag zum Luftwiderstand des Fahrzeugs leistet, rückte in den letzten Jahrzehnten mit den Fortschritten in der Windkanal- und Simulationstechnik verstärkt in den Fokus aerodynamischer Studien. Aufgrund der Vielzahl an geometrischen Einflussgrößen und komplexen Strömungsverhältnisse konnten bisher nur wenige allgemeingültige Aussagen zur Strömungstopologie im Radhausbereich von Serienfahrzeugen abgeleitet werden. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit die Radhausströmung eines VW Golf 7 tiefergehend auf Basis von numerischen Simulationen analysiert. Da dieses eine hohe Simulationsgüte im Bereich der rotierenden Räder voraussetzt, wird das Berechnungsmodell umfangreich validiert und verschiedene Methoden zur Modellierung der Reifenrotation getestet. Der Abgleich mit Windkanalmessdaten erfolgt hierbei nicht nur auf Basis von integralen Kraftbeiwerten, sondern auch anhand von lokalen Strömungsgrößen in charakteristischen Bereichen. Der Fokus der darauf aufbauenden Strömungsanalyse liegt auf der Identifizierung von Wirbelstrukturen im Bereich der Räder und Radhäuser. Durch die Anwendung der Fernfeldmethode auf den fahrzeugaerodynamischen Berechnungsfall kann erstmalig der Einfluss lokaler Strömungsstrukturen auf den Luftwiderstand quantitativ bewertet werden. Hierzu wird lediglich das Geschwindigkeits- und Wirbelstärkefeld benötigt, mit dem die Verteilung des induzierten Widerstands berechnet werden kann. Dies ermöglicht es, die widerstandsbestimmenden Strömungsstrukturen zu ermitteln und gezielt mithilfe von Maßnahmen zu beeinflussen. Zur Reduzierung des Luftwiderstands werden spezielle Verdrängungskörper, Achsverkleidungen sowie Anpassungen der Radhausgeometrie entwickelt.