Aerodynamisches Druck-Scanning – Messung am Fahrzeug

Der Unterschied zwischen einem Siegerauto und dem Zweitplatzierten ist sehr gering. Jeder Renningenieur in der Boxengasse wird Ihnen sagen, daß der Unterschied winzig ist und der wichtigste Faktor für einen Vorteil oft in der Aerodynamik liegt. Die Kunst ist es, Abtrieb für die Kurvenleistung zu erzielen und trotzdem den Luftwiderstand so gering wie möglich zu halten, um die für die Gerade benötigte Geschwindigkeit zu erzielen.

Auf der Suche nach Leistungsvorteilen wird die aerodynamische Optimierung von Rennwagen immer wichtiger. Aufgrund der zunehmend restriktiven Regeln der Sportverbände muß der Aerodynamiker auf der Suche nach Leistungsvorteilen immer genauere Messungen und Analysen durchführen – und dies möglichst besser als jedes andere Team. Innovation und Experimentierfreudigkeit sind in einem sich schnell ändernden Umfeld und unter dem oft bestehenden Zeitdruck am stärksten gefordert und die besten Aerodynamiker werden sehr geschätzt und respektiert.

Strenge Vorschriften für die Form und Größe sowie das Gewicht der Autos zwingen den Aerodynamiker, jedes Teil zu berücksichtigen, um den Luftwiderstand zu verringern und einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen. Vordere und hintere Tragflächen oder Flügel und die gesamte Karosserieoberfläche drücken das Auto auf die Fahrbahn. Unter dem Auto erhöhen komplexe Venturi-Formen die Luftgeschwindigkeit und erzeugen einen Niederdruck-Effekt (Sog), der nur einen minimalen Einfluß auf den Luftwiderstand hat. Zusätzlich zu den vorderen und hinteren Flügeln werden Winglets und andere Vorrichtungen angebracht, um direkte Abtriebseffekte zu erzeugen oder die Luftströmung für nachgelagerte Bereiche positiv zu beeinflußen.

Der Aerodynamiker hat in der Regel drei Werkzeuge in seinem „Werkzeugkasten“, um zu verstehen, wie sich seine Ideen in der Realität auswirken – CFD, den Windkanal und reale Messungen im Betrieb des Fahrzeugs. CFD (Computational Fluid Dynamics) ist das günstigste und schnellste Verfahren und liefert nützliche Daten, um die in Frage kommenden Optionen einzugrenzen – aber es liefert nicht die ganze Geschichte! Anhand der CFD-Analyse bestimmt der Ingenieur die „besten“ Designkonzepte und es werden maßstabsgetreue Modelle für Windkanaltests dieser Designs gebaut. In der hochgradig kontrollierten und bekannten Umgebung eines Windtunnels arbeitet der Ingenieur methodisch an der Lösung, die schließlich im Rennwagen zum Einsatz kommt. Scanivalve-Produkte, wie der Miniatur-Druckscanner MPS4264, eignen sich hervorragend für diese Windkanalmessungen und liefern schnell  genaue und synchrone Daten für die weitere Analyse.

Wenn CFD und Windkanal das Konzept bestätigt haben, wird das neue Bauteil in Originalgröße hergestellt und in das Auto eingebaut, wo es abschließend im Betrieb getestet wird. Dabei gilt es  sicherzustellen, daß es tatsächlich einen Leistungsgewinn bringt, wenn es im Kontext des gesamten Fahrzeugs unter realen Bedingungen analysiert wird.

Die wahre Herausforderung bei der Messung:

Im Windkanal sind die Messgeräte hochempfindlich, genau und reaktionsschnell, allerdings unter relativ einfachen und kontrollierten Bedingungen. Windkanal-Messgeräte sind jedoch in der Regel zu teuer, groß, schwer und nicht robust genug für den Einsatz im Fahrzeug, wo Vibrationen, Lärm, Schwerkräfte von bis zu 4,5 g und massive Schwankungen von Temperatur und Umgebungsdruck auftreten. Es wird eine miniaturisierte und robuste Messtechnik benötigt. Die ideale Lösung ist dabei ein aufteilbares Messsystem, das die Messungen in die Bereiche bringt, in denen sie benötigt werden.

Bei den herkömmlichen Messungen des Luftwiderstands an den verschiedenen Oberflächen des Fahrzeugs mussten lange Druckschläuche verlegt werden, um die Messung an den zentral im Fahrzeug montierten Druckscannern zu ermöglichen. Neben den offensichtlichen Nachteilen wie Störungen durch Abknicken oder Einklemmen und einem erhöhten Fahrzeuggewicht können diese langen Verbindungsschläuche auch selbst zu einer aerodynamischen Störung werden, weil z.B. der Platz für eine verdeckte Montage fehlt oder die unterschiedliche Länge der Schläuche die Messung verfälscht.

Es wurde ein neues Konzept benötigt, das den Scanner direkt an den Messpunkt bringt und dabei Gewicht und Entfernung auf ein Minimum reduziert.

DIE DRUCKSCANNER DER EVOSCANN® P-SERIE EIGNEN SICH HERVORRAGEND FÜR DIESE ANWENDUNG

Aufgrund seiner geringen Größe und seines geringen Gewichts kann er in einer Vielzahl von Positionen am Fahrzeug montiert werden und liefert hochgenaue, voll digitale Daten an den nächstgelegenen CANbus-Knoten. Jeder Druckkanal ist temperaturkorrigiert, um eine optimale Genauigkeit unter wechselnden Bedingungen zu gewährleisten.

Mit einem Gewicht von weniger als 15 g und einer Kohlefaser-Außenkonstruktion ist die P-Serie für härteste Bedingungen ausgelegt. Ergänzt wird der Sensor durch ein umfangreiches Zubehörprogramm. Schläuche, verschiedene Anschlußstücke und spezielle Werkzeuge helfen dem Anwender, die EvoScann® P-Serie schnell und effektiv in den Prüfling zu integrieren. Damit kann die Messung und Datenerfassung schnell beginnen und teure Prüfzeit und Ressourcen können effizient genutzt werden.

Die FIA-zugelassene P-Serie kann so konfiguriert werden, daß sie einen gemeinsamen statischen Eingang hat, um die anderen Kanäle des dynamischen Drucks zu korrigieren. Mehrere Geräte der P-Serie können auf oder sogar innerhalb der wichtigsten aerodynamischen Oberflächen angebracht werden, um sensible Daten aus der Praxis zu sammeln.

Mehr über EvoMestec

EvoMestec ist Experte in Branchen, die hochpräzise physikalische Messungen, Instrumente und Kalibrierungen erfordern.

Als Vertreter von Guildline Instruments bieten sie maßgeschneiderte Lösungen für die Mehrpunkt-Druck- und Temperaturmessung sowie die Entwicklung automatisierter Kalibrier- und Testsysteme und schlüsselfertiger Messlösungen.

Die von Evolution Measurement hergestellten Miniatur-Druckscanner der EvoScann®-Reihe erfreuen sich bei Aerodynamikern auf der ganzen Welt großer Beliebtheit. Das Team von EvoMestec verfügt über viel Erfahrung und Wissen in aerodynamischen Tests, insbesondere in der Automobilindustrie, und steht Ihnen bei Bedarf mit Rat und Tat zur Seite.

EvoMestec bietet lokalen Produktservice und Support und arbeitet in einer Vielzahl von Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Motorsport, Energieerzeugung, Universitäten und Forschungseinrichtungen, in denen Kunden die technisch leistungsfähigen Spitzenlösungen schätzen.