Aerodynamik der Radkästen

[benna]

Auch der kann keinen Luftvorhang erzeugen.

Mit einem flow sensor kann man Luftströmungen messen.

 

[UliB]

Querschnitt am Lufteingang

In einem der Vids wird als bestes gemessenes Verhältnis Fläche Eintritt zu Fläche Austritt 1,7:1 genannt.
Da ich ja einen mobilen Windkanal mein Eigen nenne, werde ich sowas am DF XL montieren. Fläche mit Clark Y ist als Meterware vorhanden. Ist bestimmt spannend, ob das ein meßbares Ergebnis bringt.

 

[Felix]

So, heute mal der erste Versuch das Problem zu identifizieren. Wie sieht die Luftströmung am Radkasten aus, wo lässt sich was verbessern?

https://videoapi-muybridge.vimeocdn.com/animated-thumbnails/image/5ce26e94-5598-4eb1-b411-ffe86d060ce5.gif?ClientID=vimeo-core-prod&Date=1621243882&Signature=dab3a461fef2a5aee5ee170ccf550dcc9d3ddca6

Also wenn da Verwirbelungen entstehen sind sie zu klein für die Wollfäden (ein nicht abgeklebter Spalt macht ja schon einen Unterschied, aber ein Wollfaden kann sowas nicht anzeigen). Die Luft strömt von der Kante direkt auf die Radscheibe, ein Aircurtain kann das kaum verbessern, nur Hosen werden etwas bringen!

 

[beate]

Also wenn da Verwirbelungen entstehen sind sie zu klein für die Wollfäden (ein nicht abgeklebter Spalt macht ja schon einen Unterschied, aber ein Wollfaden kann sowas nicht anzeigen).

M.E. sind die Verwirbelungen recht deutlich. Sie werden durch das ausgeprägte Hin- und Herzappeln der Wollfäden angezeigt.

ABER: bei Deinem Rad hat es ja bereits erhebliche Optimierungsarbeit gegeben, vor allem beim Schritt von 3 zum Evo. Dein Rad ist halt weder ein Alleweder noch ein 3 noch ein Mango...
Im Vergleich wurden da die Spalte minimiert und auch die Radkästen so gut es geht ausgefüllt.

Deshalb bleibt da nicht mehr viel - vielleicht noch in der vorderen Hälfte des Radkastens ein bisserl den Spalt abdecken, vielleicht ein Spoiler unten am Fahrzeug vor dem Radkasten. Und konstruktiv - aber nicht nachträglich machbar - ein optimierter Austritt für die Strömung im oberen Bereich des Radkastens (den B-Wirbel kann man m.E. ganz gut erkennen).

Weil jedoch der Radkasten bei Deinem Rad bereits "gut" ist, darfst Du da aber tatsächlich nicht mehr viel erwarten, ausser wohl tatsächlich vom kompletten Schliessen.

 

[Felix]

M.E. sind die Verwirbelungen recht deutlich. Sie werden durch das ausgeprägte Hin- und Herzappeln der Wollfäden angezeigt.

Nein, das machen die Fäden immer, es ging darum ob die Luft in den Radkasten reingesogen wird. Das könnte man mit einem Aircurtain verbessern, der soll ja die Luft um etwas herumleiten.

ABER: bei Deinem Rad hat es ja bereits erhebliche Optimierungsarbeit gegeben, vor allem beim Schritt von 3 zum Evo.

Natürlich, die Frage war aber ob man auf die Hosen verzichten kann und es sieht so aus als führt da kein Weg dran vorbei

Deshalb bleibt da nicht mehr viel - vielleicht noch in der vorderen Hälfte des Radkastens ein bisserl den Spalt abdecken, vielleicht ein Spoiler unten am Fahrzeug vor dem Radkasten.

Unten hab ich nicht geguckt, wäre noch interessant, weiter verkleinern möchte ich den Radkasten auch nicht.

Und konstruktiv - aber nicht nachträglich machbar - ein optimierter Austritt für die Strömung im oberen Bereich des Radkastens (den B-Wirbel kann man m.E. ganz gut erkennen).

Selbst wenn da ein Wirbel sein sollte ist er offensichtlich zu schwach um die Strömung richtig zu stören.

Also widme ich mich lieber der nächsten Baustelle!

 

[beate]

Nein, das machen die Fäden immer, es ging darum ob die Luft in den Radkasten reingesogen wird. Das könnte man mit einem Aircurtain verbessern, der soll ja die Luft um etwas herumleiten.

Die Luft scheint mir vor allem von unten reinzukommen. Generell, nicht nur bei Deinem Rad - schau Dir die eingangs verlinkten Wirbelstrukturen mal genauer an. Und bei nem Evo die Radkästen noch knapper gestalten würde ich auch nicht.

 

[Riese]

Nein, das machen die Fäden immer

Hier ein Gegenbeispiel. Aber vielleicht hast du etwas anderes gemeint.

 

[Felix]

Die Luft scheint mir vor allem von unten reinzukommen.

Die Frage ist ob das schlecht ist und dann ob das so schlecht ist dass es sich lohnt dafür einen Luftkanal durch die Kiste zu legen.

Hier ein Gegenbeispiel.

Da vibrieren die Enden auch (nur schneller), liegt vermulich am Strömungsabriss vom Faden selber. Man sieht aber auch schön was passiert wenn die Strömung wirklich die Richtung ändert, da bewegt sich der komplette Faden.

 

[beate]

Die Frage ist ob das schlecht ist und dann ob das so schlecht ist dass es sich lohnt dafür einen Luftkanal durch die Kiste zu legen.

Ich denke nicht, dass das lohnt. Unten dicht machen, so dass die Lenkung weiter funktioniert dürfte das Mittel der Wahl sein. So wie (meiner Erinnerung nach) ebenfalls hier im Faden weiter oben aufgezeigt.

 

[beate]

Da vibrieren die Enden auch (nur schneller),

und mit geringerer Amplitude. In anderen Experimenten hier aus dem Forum habe ich das als weniger ausgeprägt in Erinnerung. Es kann ganz gut sein, dass die Evos hier noch Potential haben. Das werden wir natürlich kaum heben können.

 

[Felix]

und mit geringerer Amplitude.

Liegt wahrscheinlich an der Geschwindigkeit und an meinen fisseligen Wollfäden.

 

[Simon_123]

Ich möchte nochmals auf diese zwei Beiträge zurückkommen:

30% aerodyn. Verlust durch den offenen Radkasten vorne, das merke ich bei jedem Lenken wie die Windturbulenzen laut werden und die Geschwindigkeit fällt.
Meine Idee die offene Radkästen vorne zu schliessen wäre folgende:
Am Längslenker ein GFK-Gestell, welches die Grösse des Rades im Radkasten nach aussen abdeckt. Von der Karosserie vorne über den Radkasten bis nach hinten ein hochstrapazier-fähiges und extrem dehnungsresistentes Spezialgewebe wie beim BMW Gina Light Vision Modell spannen. Damit kann die Aussenbreite trotz geschlossenen Radkasten gleich bleiben.
Das gleiche könnte man auch für den Unterboden des VM machen mit dem Ergebnis einen bis auf die Reifen komplett geschlossenen Unterboden zu erhalten. Resultat wäre eine Superaerodynamik. Durch das Gewebe kann ja sogar Licht durchscheinen.

Was für Materialien kämen denn da in Frage? Muss natürlich als erstes mal leicht sein Leicht dehnbar, aber straff genug um nicht zu flattern. Also muss es in jeder Position etwas gespannt sein. (Auch sodass beim Einlenken die Kraft zum Dehnen des einen Teils vom Entdehnen des anderen Teils aufgebracht wird.) Luftdicht muss es wohl nicht sein, sollte es sogar nicht, damit die Bremsen noch ordentlich gekühlt werden. Darf kein Wasser saugen, da es sonst schwer werden würde. Und es muss natürlich widerstandsfähig gegen ständiges Dehnen und gelegentliches Reiben und Kratzen sein und UV-beständig.

Und dann wird die Befestigung noch eine Herausforderung, dass es anliegt und straff ist und man noch an die Räder kommt. Bauerhafte Befestigung und ein Reißverschluss als Zugang? Ein Rahmen, denn man antapen könnte wie Hosen (oder schrauben)? Damit der Rahmen nicht so stabil sein muss, dass er im abgebauten Zustand die Spannung halten kann zwei Rahmenteile, die man bei der Montage auseinander zieht?
Oh, dann könnte man ihn auch einhaken und die Spannung hält ihn. Werkzeugfrei, einfach, schnell. Gleich mal rüber in den Faden für einklipsbare Radkastendeckel.

Spandex wurde von Stoff verkleideten Velomobilen genutzt. Dieses Material wird aber auch teilweise kritisiert - siehe hier. Meiner Ansicht nach ist das flattern in direkter Korrelation zur Federstärke des Materials und der Windgeschwindigkeit. Vielleicht nimmt man einfach ein stärkeres Material und erreicht das gleiche?

Ich frage mal bei der Herstellerin der "recumbent bodysocks / tailsocks" Herstellerin nach, welches Material sie verwendet und ob sie Lust hätte mal Hosen aus Stoff für ein Velomobil zu bauen...

 

[beate]

Ich beziehe mich wieder auf das bekannte Bild:

Sicher kann man unten mit einer passend zugeschnittenen Platte etwas zumachen.

Anhang anzeigen 230970

Bekanntlich habe ich das gemacht. Den Effekt erkennt man klar am Verschmutzungsbild - der hintere Teil des Radkastens bleibt ziemlich sauber. Wenn das Rad nicht im Weg wäre, könnte man die Luft im Bereich des Wirbels "B" einigermaßen sauber nach druaßen leiten. Vorne weiter zu schließen hat nur einen Sinn, wenn ich den Einlassbereich des Radkastens komplett zumache. Wennman genau hinschaut, sieht man auch dass sie Dreckspritzer, die schräg nach innen aus den Radkästen kommen, auf gekrümmten Bahnen verlaufen, die sich sich an den Kettentunnel anschmiegen. Interessant sind hier vor allem die etwas schwächeren Spuren - die "dicken" Spritzer scheinen direkt vom Kontakt Rad/Straße herzurühren; die sollte man gedanklich eher ausblenden.





Hier sieht man sehr schön, wo die Luft wieder aus dem Radkasten herauskommt - das müsste vor allem der Wirbel S sein, der die Fläche direkt hinter dem Radkasten diffus "besprüht", bevor das alles von dem schräg nach hinten hochgeschleuderten Schmutz von der Kontaktfläche Rad/Fahrbahn verdeckt wird. Genau wie oben auf der Skizze mehr oder weniger mit der Oberkante des Rades abschließend. Etwas weiter unten, kurz oberhalb der Falte in der Karosserie, ist nicht ganz so viel Dreck. Das passt prima zu dem Verschmutzungsbild des Radkastens an sich - die Wirbel B u. E sind offenbar wie in der Simulation deutlich getrennt.

Als nächstes sollte ich wohl den vorderen Teil der Kotflügel nach außen ziehen und ggf füllen oder zumindest nach dem Vorbild einiger Altovorderen (zB Daniel F und Harry..) den vorderen Bereich der Radkasten verblenden?





Am Ende der Karosserie scheint es noch einen Wirbel zu geben, der in das H der Schwinge hineinzeigt??
Bedeutet das, dass ich den Zwischenraum zwischen Schwinge und Karosserie schließen sollte?

 

[tieflieger]

Das wurde sehr wahrscheinlich sein. Bei das Engere Stuck der Hulle werden die Spritzer vorne von denn breiten, nach aussenstehende kotflugelverbreiter ab gehalten. Da hinter legt sich die stromung dan wahrscheinlich schön sauber an. Bis es das Hullenende erreicht. Auf so eine Kante, mit zentralen Lehrraum folgt immer eine Verwirbelung. An die verlangerungs profile weiter oben ist nichts zu sehen, die scheinen also zu wirken. Oder es ist eben kein Schmutz mehr vorhanden dort.

Ich mochte nochmal drauf weisen das es sehr schwierig ist in diesen geschwindigkeitsbereich die vorteile von Aerodynamik verbessernde massnahmen zu messen. Verhaltnismassig hatt die Rollwiederstand noch ein sehr hohen anteil in die totale Wiederstand. Wegen einfach sag ich mal 50% Roll-50% Luft. Oder in Watt als grobe annahme 80-80. Wenn du es schafst die Luftwiederstand mit 10% zu verringern, ist das -8 watt. Also 5% weniger Leistung. Wegen die quadratisch steigende Krafte bei Luftwiederstand bedeutet 5% weniger leistung bei 30 km/h nicht das du jetzt mit denn gleichen 160 Watt dann 5% schneller unterwegs bist. Das ist eher so in die richtung von 2,5% etwa 0,75 km/h. Alles sehr grob und nicht bis in detail genau.

Hochstgeschwindigkeits messung irgendwo Berg, Hugel oder Brucke runter um die 50km/h wahre vermutlich deutlicher.

 

[beate]

Oder es ist eben kein Schmutz mehr vorhanden dort.

genauer gesagt noch keiner. Die Fahrten hatte ich ja mit dem Heckkoffer unternommen oder aber mit dem unveränderten Heck.

Hochstgeschwindigkeits messung irgendwo Berg, Hugel oder Brucke runter um die 50km/h wahre vermutlich deutlicher.

Auf der nächtlichen Teststrecke ging es ein leicht abschüssiges Stück, da strenge ich mich natürlich an. Da hatte ich bisher aber gar keine systematischen Verbesserungen feststellen können - wohl aber ein deutlich höheres Vmax. Weil es da aber etliche andere Unwägbarkeiten gibt - Formschwankungen (nach 1 km ist man eigentlich noch nicht voll leistungsfähig), Temperatur, Windrichtung, Reifendruck - kann man das nur durch Mittelung über wirklich viele Fahrten herausfinden. I

Ich hab das übrigens hier gepostet, weil es mir vor allem darum ging, aufzuzeigen, dass die Theorie auch für der Praxis eines langsamen VM recht gut zu gelten scheint.

Verhaltnismassig hatt die Rollwiederstand noch ein sehr hohen anteil in die totale Wiederstand.

Ja. Und deshalb ist ja auch die Frage der Antriebssteifigkeit und der Verluste im Antrieb ein Thema.

 

[DePälzer]

Die Quelle der Dreckspuren sind ja die Stellen, wo der Reifen von der Straße abhebt und dann nochmal die Oberseite wo die höchste Relativgeschwindigkeit zur Luft besteht. Die Dreckspuren von letzterem würde ich mal als der Luftströmung folgend ansehen, nicht aber zwangsläufig für den Schmutz der von unten hochgespritzt wird. Daher halte ich die Versuche mit Wollfäden für zielführender.

 

[beate]

Wollfäden sind aber auf der Unterseite des Fahrzeugs ziemlich schwer zu visualisieren. Und solange ich nicht die technischen Mittel habe, kann ich dochmal versuchen, etwas aus dem zu lernen, was ich am Rad erkennen kann? Geschenkte Information sozusagen, nehm ich dankend an. Es geht mir hier im Faden übrigens nicht so sehr um Verbesserungen an meinem Rad, sondern um das Thema. Diesmal halt in der Praxis. Ein paar spannende Beobachtungen, die aber letztlich nur verdeutlichen, was ich eh schon weiß bzw. was andere vor mir gemerkt hatten: sowohl bei den Experimenten am Mango als auch von Daniel Fenn am 3 zeigte sich ja, dass man den Bereich des B-Wirbels besser nicht abdeckt. Daniel hatte dann aber weiter hinten unten die Verjüngung der Karosserie ebenfalls abgedeckt. Ob das jetzt gut oder weniger gut war, verstehe ich noch nicht.

nicht aber zwangsläufig für den Schmutz der von unten hochgespritzt wird.

Der lässt sich aber ganz gut identifizieren, und um den geht es selbstverständlich auch nicht. Wenn Du beispielsweise das Bild mit dem Vorderrad von der Seite anschaust, siehst Du ganz klar den hochgespritzten Straßendreck - dort, wo er aus dem nach hinten ja offenen Radkasten raus und am unteren Teil der Karossie vorbei kann. Der ist natürlich vollkommen uninteressant. Viel interessanter finde ich den im oberen Bereich fein verteilten Schmutz zwischen dem Radkasten und jenen großen Spritzern und dessen Verteilung.

Ein Bild hatte ich übrigens vergessen - die Verschmutzung in den Radkästen ohne die Blenden, noch von der Vorbesitzerin. Ist schon deutlich anders, besonders innerhalb der Radkästen, und das bestätigt wohl die Verbesserung, die diese Blenden mit sich bringen. Interessant übrigens auch der kleine Wirbel vor (!) dem Längslenker, so als ob an der Kante etwas Luft nach vorne geschleudert würde (wie sonst sollte der Dreck da hinkommen?)

Wenn man genau hinschaut, sieht man auch, dass sich die Ausströmung aus dem hinteren Bereich des Radkastens etwas verändert hat - unten gibt es eine Struktur, die direkt nach hinten wegzeigt,

 

[bastler]

Schaut mal bei Leiba Rekord.
Die Radhäuser gehen sehr dicht an die freistehenden Reifen, nach oben sind auch nur so 3cm Platz wegen des Federweges.
Unten im Radzentrum gibt es so eine Glasfaserblattfeder mit einlaminiertem Kugelkopfanschluss, die ist etwa 10 cm breit.
Vassili erzählte im Dez, dass er damit cw-Werte messen ließ, es sah wohl ganz gut aus. Schaut auch die Radien an, vorne fast eckig, Radhauskante hinter dem Rad verrundet, unten mehr als oben.
Saukki erwähnte in einem Beitrag, dass er mit beidseitigen Hüllen an den Quest Vorderräder Ergometerfahrten? machte, wobei mit Hülle nur aussen das Fahrzeug schneller war.
Aus dem Seitenwagensport weiss ich, dass an den Lenkanschlag angepasste Radausschnitte im geraden Unterboden das Fahrzeug schneller machen, allerdings Reifenbreiten bis 200 mm , Bodenfreiheit 65mm . Das Vorderrad steht mitten im Unterboden, nicht sichtbar.

 

[DePälzer]

dochmal versuchen, etwas aus dem zu lernen, was ich am Rad erkennen kann? Geschenkte Information sozusagen, nehm ich dankend an

Klar da hast du schon Recht. Denke aber trotzdem, dass du vor der Analyse der Spuren aber erst mal sicher stellen müsstest, wann der Dreck bzw Wasser wohin fliegt. Also bei welcher Geschwindigkeit und Windrichtung spritzt es wohin? Und natürlich auch nur bei Geradeausfahrt. Ansonsten könnte das Risiko bestehen, dass du Auswirkungen von langsamen Fahranteilen eventuell für deine Zielgschwindigkeit bewertest oder Kurvenfahrten für die Geradeaus-Aerodynamik.
Plus halt die Frage, ab welcher relativen Luftgeschwindigkeit, Abstand und Größenverteilung folgen Tröpfchen, Erdklümpchen und Steinchen überhaupt erst der Luft bzw Erdanziehung? Gerade an den Strahlen ausgehend vom Radaufstandspunkt sieht man ja, dass die einfach so ihre Flugbahn über nen halben m beibehalten und sich nicht um die Luftströmung scheren. Oder aber von hochgewirbelter Luft erst nach oben gezogen werden?
Vlt auch einfach zu kompliziert gedacht?

 

[beate]

Gerade an den Strahlen ausgehend vom Radaufstandspunkt sieht man ja, dass die einfach so ihre Flugbahn über nen halben m beibehalten und sich nicht um die Luftströmung scheren

Klar. Man sieht aber auch, dass da ein guter Teil nach hinten abgelenkt wird. (Ich versuche, all das was offensichtlich Spritzwasser zu sein scheint, einfach als "Noise" wegzudenken....)

Und vor allem: es geht da nicht um eine Detailauswertung, sondern ums grobe Bild. Ich hab das ja bewusst nicht im Faden über mein 3 gepostet, sondern in dem über die Radkkästen, damit man sieht, wie das in der Praxis aussieht.

Mein Tempo lag ganz typisch knapp über 30, mit kurzen langsameren Abschnitten und einem schnelleren (Durchschnitt 28,5-29,5 über gerade mal 9-11 km an den feuchten Tagen), und ich bin einen überwiegend einheitlichen Rundkurs gefahren, auf dem so mehr oder weniger alle Windrichtungen vorkamen.

Vlt auch einfach zu kompliziert gedacht?

Vermutlich. Am besten doch so: alles, was so aussieht, dass es von dem Kontaktpunkt der Räder hochgespritzt sein kann, wird dem auch zugeschrieben. Aber bereits da sieht man teilweise Abweichungen, vor allem aus den Ecken der Radkästen mit nach hinten gekrümmten Flugbahnen. Auf den Fotos kommt das nicht ganz so gut rüber, aber in echt ist das schon ziemlich beeindruckend. Dito mit dem Dreck, der nahezu parallel zur Schwinge entlangströmt und da Spritzer hinterlässt.

Und dann sieht man aber auch Stellen, an denen der Dreck einfach nicht direkt hochgespritzt sein kann - nicht so stark, ganz andere Verteilung und zufällig dort, wo die Theorie die auslaufenden Wirbel vorhersagt. Oder ein Blick in den Radkasten: vorne alles komplett zugesaut, hinten scharf abgegrenzt der sauberer geblieben Teil - und das nur, wenn der Radkasten unten die Blende hat. Ohne diese wird die Verschmutzung gleichmäßig.

Sehr viel mehr als diese qualitative Beschreibung kann man auch nicht aus den Bildern herauslesen. Doch: man erkennt ganz gut die obere Abgrenzung des B-Wirbels und weiß dadurch, wo eine eventuelle Blende/Kotflügel-Anpassung enden sollte. Das ist fast die wichtigste Information, und letztlich das einzige, was ich für weiteres basteln an den Radkästen lerne (außer dass man sieht, dass die Abdeckung unten ihren Zweck zu erfüllen scheint).