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

By Wolf-Heinrich Hucho

Die aerodynamische Gestaltung von Fahrzeugen wie motor 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 & errors. 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.

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Bei vielen technischen Körpern überwiegen die Effekte 1 und 3; ihr cw-Wert sinkt, wenn die Reynoldszahl wächst. 4 Abgelöste Strömungen doch von der Zuströmgeschwindigkeit abhängen können. Diesen Einfluss der Reynoldszahl auf den Widerstandsbeiwert gilt es in der Versuchstechnik ebenso zu beachten, wie ein hier nicht diskutierter Einfluss der Machzahl. In Kapitel 9 (Versuchswesen) werden beide Effekte noch einmal aufgegriffen. Ist dagegen der Ort der Ablösung durch die Geometrie des Körpers festgelegt, handelt es sich also um einen Abriss an einer scharfen Kante, dann erwartet man, dass der Widerstandsbeiwert nicht von der Reynoldszahl abhängt.

28 b angedeutet, nicht konstant. Ausgehend vom Basisdruck PB fällt er entlang der x-Achse zunächst ein wenig ab, um dann wieder anzusteigen. Der von der Basis ausgehende Druckabfall bedeutet für das im Totwasser rückströmende Fluid einen Druckanstieg. Es löst ab und rollt sich zu einem vergleichsweise kleinen Wirbel, dem Sekundärwirbel, auf, dessen Drehrichtung der Hauptbewegung im Totwasser entgegengesetzt ist. 28 c. Die Wirbellinien, welche die Scherschicht bilden, verlaufen zunächst parallel zur Kante, von der sie ausgehen.

Folglich werden die wandnahen Schichten mit wachsender Reynoldszahl energiereicher und daher weniger ablösungsgefährdet. 21 schematisiert. Dabei treten drei Effekte auf, die teilweise gegenläufig sind: 1. 12 hervorgeht, der Beiwert Cf des Reibungswiderstandes ab; 2. länger anliegende Strömung bedeutet größere Lauflänge der Grenzschicht und folglich erhöht sich der Reibungswiderstand; 3. der Druckwiderstand nimmt ab, einmal weil infolge der späteren Ablösung aus dem Druckrückgewinn ein höherer statischer Druck in der abgelösten Strömung hinter dem Körper folgt, zum anderen weil die Basis, also die Fläche, in welcher dieser Druck wirksam ist, schmäler wird.

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