VM Aerodynamik: Warum 2 Räder vorne und 1 hinten?

AW: Aerodynamik: Warum 2 Räder vorne und 1 hinten?

Um nochmal auf die Eingangsfrage zurückzukommen: Warum 2 Räder vorne und 1 hinten? Da kann ja mittlerweile als geklärt gelten, daß aus tausenderlei Gründen, die die Fahrstabilität betreffen, ein Tadpole besser als ein Delta ist. Aber was noch nicht geklärt ist: wie lang sollte das Tadpole-VM sein im Verhältnis zu einer einmal festgelegten Stirnfläche?
Was die Aerodynamik betrifft, kann man sagen, daß bei gleicher Stirnfläche und generell Torpedoform (man kann auch Fisch-Form sagen) das Längerziehen des "Fisches" immer günstiger wird, je länger er gezogen wird, aber das geht auch nicht bis ins Unendliche, weil die Reibung an der Oberfläche eine Rolle spielt und weil Gewicht, Seitenwindstabilität und Praktikabilität eine Rolle spielen. Trotzdem könnte ein Längerziehen des Quest z.B. den Cw-Wert desselben noch erheblich senken.

Dafür hab' ich nochmal in das Buch "The Leading Edge. Aerodynamic Design of Ultra-streamlined Land Vehicles" von Goro Tamai hineingeschaut und mir besonders das TNE-3-Solarmobilgefährt angeschaut:
1725.png

http://www.automorrow.com/ddbase/aut...1&index_id=437

Ich finde die Idee, den Rumpf schmäler zu machen und die zwei Vorderräder nach außen zu legen, schon sehr interessant, weil es doch um eine ganz erhebliche Verringerung des Luftwiderstandes durch erhebliche Verringerung der Stirnfläche geht. Auf diese Weise hat doch auch das Leitra den Mangel seiner Höhe wieder wett gemacht. Wenn wir nun das obige TNE-3 anschauen, so ist klar, sooo spitz und flach ist ein Tretmobil mit Tretkurbel vorne natürlich nicht zu bauen. Aber wenn wir uns das Ganze einfach ein bißchen größer vorstellen, die Form an sich ist schon verdammt aerodynamisch! Stellen wir uns das Obige dann noch etwas höher und mit dem Hinterrad weiter hinten vor, das wär's doch! Ich habe in dem Buch auch die Cw-Wert-Formeln für Torpedos angeschaut (vgl. S. 87ff.) Daraus geht klar hervor: Je länger (L) das Fahrzeug in der obigen Form im Verhältnis zum Durchmesser an der maximalen Querschnittsfläche (D), desto niedriger der Cw-Wert. Cw = C x (1+1.5(D/L)hoch1.5 + 19(D/L)hoch6), wobei C der Cw-Wert der Grundquerschnittsfläche in horizontaler Ebene ist. Das sind alles Näherungswerte, aber sie zeigen, daß man bei einer Streckung des Fahrzeugs bei prinzipiell Torpedo-Form mit flachem Schwanz wie oben wesentlich bessere Cw-Werte erreicht. Also so wie oben, mit dieser Nase, nur den Schwanz etwas verkürzt bzw. das Hinterrad weiter hinten und alles etwas höher, so daß man sich mit den Beinen nicht die Sicht versperrt, so stelle ich mir mein Traum-Velomobil vor.

(Mit Torpedoform ist die folgende Rumpfform gemeint:
1713.png

Gemeint ist links der mittlere Rumpf, wobei ein flacher Schwanz (wie beim TNE-3) aerodyanmisch noch besser ist als ein spitzer Schwanz wie hier abgebildet, aber ein spitzer Schwanz hätte den Vorteil der besseren Seitenwindstabilität des ganzen Fahrzeugs. Ich halte das linke Teil auf diesem Photo hier für äußerst interessant als Vorlage für ein zukünftiges Velomobil. Die Radverkleidung oben ist übrigens auch nicht optimal, denn die Torpedo-Form gilt auch für die Seitenansicht, die Radverkleidung müßte nach vorn auch "spitzer" wie der Rumpf zulaufen und nicht nur sich einfach dem kreisrunden Rad anpassen. Bei der Lenkung müßte man dann ein bißchen von der Formel I abschauen.)

Meine Frage: wäre ein schmaler, langer Rumpf dieser Art für den Alltag zu unbequem? Wäre die Freude, die man hätte, wenn das VM einige Stundenkilometer schneller weil leichter und windschnittiger wäre, schnell komplett verflogen bei einer derartigen Enge?
Gruß von Christoph
 
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der Widerstandsbeiwert von eng nebeneinanderliegenden Stromlinienkörpern ist größer als die Summe der Einzelwerte.
 
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Logisch. Deshalb liegen sie ja nicht eng aneinander an, wie man sieht.
 
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in welcher größenordnung muss sich "eng" bewegen, damit es eine/keine verschlechterung gibt?
 
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Ich schätze mal, daß wenn die verkleideten Vorderräder so weit vom Rumpf entfernt sind, wie sie selbst hoch sind, dann ist der gegenseitige Rumpf-Rad-Verschlechterungseffekt auf den Cw-Wert vernachlässigbar. Besonders wenn der Rumpf auf der Höhe der Vorderräder schon einen ziemlich runden Querschnitt hat.
 
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... wenn die verkleideten Vorderräder so weit vom Rumpf entfernt sind, wie sie selbst hoch sind,...

Das sind bei 20" Rädern eine Spurweite von ca. 1,50m. Das ist selbst für ein Velo-Kart sehr breit.

Die ganze Diskussion ist müßig. Die erste Frage muss sein: Welche Spurbreite braucht man überhaupt. Und das hängt primär daran was für Strecken man fahren will. Sollen Strecken mit vielen engen Kurven befahren werden (also Kart oder Formel 1 mäßig) wird man auf keinen Fall die Räder im Rumpf unterbringen können. Wenn man aber nur auf einem Salzsee geradeaus fahren will (oder auf einem sehr großen Oval), kann man sicher auch eine schmale gelenkte Hinterachse bauen, die hinter dem Sitz verschwindet und stabil genug ist, um diese minimalen Lenkbewegungen zu unterstützen.

Der Punkt ist, dass es unglaublich viele unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten gibt, um ein dreirädriges Fahrzeug zu bauen und sich zu den meisten wahrscheinlich auch ein Anwendungsgebiet finden lässt, für das sie optimal sind. Wenn man nun also ein Fahrzeug für einen bestimmten Zweck konstruiert, ergibt sich an einem Punkt mehr oder weniger automatisch ob die Räder in die Karosserie integriert werden können oder nicht. Eigentlich muss man da dann nur zwei verschiedene Karosserieformen miteinander vergleichen...
 
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Solarwettbewerbe erfordern meines Wissens nach mindestens 3 Räder laut Reglement.
Das Fahrzeug sollte lang sein, damit viele Solarzellen montiert werden können. Das macht das Fahrzeug windempfindlich.

Und schon kommt etwas ganz anderes als bei einem Fahrrad heraus, mit dem man bei Windstärke 7 noch fahren kann. Ich glaube nicht, das bei solchen Bedingungen Solarwettbewerbe durchgeführt werden.
 
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Hi Fabi,
danke für die wirklich guten und einleuchtenden Einwände! Ich muß Dir Recht geben in allem, was Du sagst, bis auf die Feststellung, daß die ganze Diskussion hier müßig wäre. Immerhin hat ja aufrecht eingangs eine Frage gestellt, auf die hier viele zu antworten sich veranlaßt sahen, und ich glaube, das liegt auch zum Teil daran, daß in dem Verlegen der Vorderräder nach außen und einer entsprechenden Verschmälerung des Rumpfes viel aerodynamisches Potenzial liegt, sogar auch dann, wenn sich verkleidete Räder außen und Rumpf zu einem schlechteren Cw-Wert zusammentun im Vergleich zu einer Einheitsverschalung bei gleicher Stirnfläche. Vielleicht wäre ja der Cw-Wert auch bei 20"-Rädern und einer Spurbreite von nur 1 Meter immer noch sehr gut.
Aber was Du sonst sagst, gibt mir doch schwer zu denken, ob ich nicht immer viel zu theoretisch und zu wenig zweckorientiert pragmatisch denke. Ich danke Dir für die substanzielle Kritik!
Beste Wünsche und Grüße von Christoph

@Cas
Der unterschiedliche Anwendungsfall Solarmobil - Velomobil bedeutet noch nicht, daß sich diese Mobile in Sachen Aerodynamik nicht vergleichen ließen. Immerhin gelten die gleichen Prinzipien der Aerodynamik. Außerdem könnte man ja auch ein VM eines Tages mit Solarmodulen ausstatten und für einen Zusatzantrieb heranziehen, da soll es ja demnächst schon ganz schöne Dünnschichtzellen mit ansprechendem Wirkungsgrad und Preis-Leistungs-Verhältnis geben.
Beste Wünsche und Grüße von Christoph
 
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hi Christoph,
klar die Aerodynamik von VM und SolarM läßt sich vergleichen.

Was ich zuerst geschrieben hatte, dann aber wieder gelöscht war dieses.

Brevets fahre ich auf Zeit. Als Organisator kenne ich die Zwischen- und die Endzeiten der Teilnehmer. Das gibt mir Möglichkeit zum Vergleich.
Unerwartet mußte ich feststellen, das ich auf den schnellen Passagen fast nichts gewinne. Wenn ich da mit größer 40 Schnitt durch die Lande sause habe ich z.B. an der Elbe 120km entfernt nicht einmal eine halbe Stunde Vorsprung. Die RRler fahren dort auch ca 35km/h. Doch dann die Überraschung. Ich als Einzelfahrer kam an der Kontrolle viel schneller in die Gänge, meine Pausenzeiten sind kürzer. In Städten verliere ich viel Zeit, auf Kopfsteinpflaster noch mehr. Früher waren auch lange Aufstiege ein arges Zeitminus gegen mich.

Ich habe daraus gelernt mein Rad anzupassen, das es gut über Steigungen kommt und das ich auf holprigem Belag weiter flott fahren kann. Meinen Fahrstil habe ich auch angepaßt. Ich versuche nicht mehr auf schnellen Stücken das Feld weit hinter mir zu lassen. Meine Stärken sind wenig Standzeiten, da ich selten die Kleidung wechseln muss (Sonne, Regen, Dunkelheit). Ab und zu mal ein Hemd aus oder an. Lange Hose geht fast immer. Bei Dunkelheit hat mich gutes Licht schneller gemacht.

Aber es ist eben die Frage, was macht man mit dem Rad? Meines ist für Langstrecken-Straßenrennen gebaut. Eigentlich für Race-Across Tschechien. Das es auf Rundkrusen gut läuft, nehme ich gerne mit, war aber niemals Ziel.

Um in der Stadt schneller zu sein, wäre ein 25kg Milan mit Federung gut. Damit könnte man etwas forscher fahren, kann man doch jederzeit eine Notbremsung hinzaubern.
 
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Hi CAS,
vielen Dank für die genauen Ausführungen, die schon sehr deutlich zeigen, daß Aerodynamik nur ein Aspekt unter vielen ist. Es leuchtet ein, daß man mit Tempo im Flachen nicht viel gewinnt, wenn man andernorts mit Kriechen, Kontrollen und Pausen arg verliert. Aber ich hatte schon auch vor allem an ein leichtes, gefedertes, aerodynamisches VM gedacht wie Du, mit dem man die Berge leicht hochkommt, über Kopfsteinplaster zügig drüberkommt, die Hosen anbelassen kann und die Nacht zum Tage wird durch eine gute Lampe vorne.
Nun wäre es interessant zu erfahren, wie Du Dein Rad angepaßt hast, vielleicht kann man ja ein VM auch dementsprechend anpassen.
Beste Wünsche und Grüße von
Christoph
 
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leicht, ja auf jeden Fall. Gefedert muss gar nicht sein. Das neue ist ungefedert. Der GFK Rahmen mit dem langen Radstand machen das Fahren aber nicht unangenehmer als das Fahren mit dem gefederten Bülk mit dem Zox drin (kurzer Radstand). Das kurze Rad ist aber bei Wind etwas besser. Stabile Teile, speziell die vordere Gabel, alles fest, so daß nicht wackelt, dann kann man auch mal mit 40km/h mit 40er Bereifung über Kopfsteinpflaster braten. Es ist aber nicht nur das Kopfsteinpflaster, das gebremst hat sondern eher wellige Straßen voller Flickstellen. Das kurze Rad wippte wie ein Segelboot (schlechte Aerodynamik). Hier speziell fährt das neue in fast unvermindertem Tempo (also 5 bis 10 km/h schneller). Steigungen hoch 5% sind kein Problem. Das Rad sollte leichter als 25kg sein. Gepäck, speziell Wasser nur so viel, wie nötig. Also nicht 6l herumfahren. Nur lange Abschnitte größer 5 bis 6%, da komme ich ins Hintertreffen. Das ist ok und muss so sein. Ich lasse das Feld einfach ziehen und kämpfe nicht gegen an (mentaler Umgang mit eigenen Defiziten). Wenn der Tacho bei 15 bleibt, verliere ich marginal. Nur wenn es in Richtung 10 oder darunter geht, dann sind die RRler weg (und zwar richtig).

Ortschaften? Von Straße bei roter Ampel auf Fußweg springen und wieder zurück, das entfällt. Also bleibe ich auf großen Durchgangsstraßen und suche nicht den allerkürzesten Weg. Die grüne Welle eingeplant, verliere ich kaum Zeit. D.h. das Problem großer Ortschaften kann man wegtechnisch kompensieren. Kleine dicht beieinanderliegende Ortschaften im 2km Abstand mit enger und kurviger Wegführung, da verliere ich (kosten relativ viel Kraft, ohne das ich nenneswert vorankomme). Mit Tempo 25 durch die Ortschaft. Richtig Antreten am Ortsende lohnt nicht. Gleiches gilt auch für Strecken, wo man ständig Straßen kreuzt. RRler fahren gerne Wirtschaftswege und nehmen solche Punkte locker hin. Der Audax-Club SH hat bei seiner 24h Fahrt dabei den Vogel abgeschossen. Da muss man einfach nicht fahren.

VM wie anpassen?
Leicht, leicht, gut belüftet. Gute Übersicht zur Seite (damit man Querverkehr gut sehen kann). Dicke, schnelle Reifen - der 42er Supreme (oder auch 37er Kojak) ist gar nicht so schlecht. Werde ihn heute nochmals nach 300km Einfahrzeit gegenmessen um zu sehen, ob er jetzt auf Bestniveu ist. Gute zu schlechte Reifen machen mehr aus als der Unterschied Bülk zu Quest. Gutes, gutes Licht damit man auch nachts schneller als 60 fahren kann. Taschen für alles, was man während der Fahrt braucht - kein Anhalten, suchen, rumzuppeln. Eine Haube, die man in Ortschaften verstauen kann (beim Ampelstopp). Getränkeflaschen so anbringen, das auch der letzte Tropfen Wasser herausfließt (sichere und schnelle Befestigung). Wasser sollte gekühlt sein - Isolier-Camelbag. Wer trinkt schon gerne warmes Wasser (Gefahr zu wenig zu trinken.)

Probieren, probieren. VM-Rad leicht und stabil, alles andere kann man nachträglich ausstatten. Es sind die Kleinigkeiten, die schnell machen. Man sieht die nicht von aussen.

{der Talk macht Spaß}
mfG
Christian
 
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Hi CAS,
bitte warte noch ein bißchen auf meine Antwort. Einstweilen ein paar Photos zur Inspiration:
1736.png

1737.png

www.highmileagetrikes.blogspot.com/
Logisch, für ein VM könnten die Vorderräder und der Bauch etwas schmaler sein, aber die Lage der Vorderräder relativ weit vorne ist vielleicht für die Gesamtfahrstabilität nicht undienlich. Auch kann der Lenkeinschlag dort, wo die Rumpfnase schon recht schmal ist, größer werden.
Es sind noch viele weitere interessante Bastel-Photos auf der oben genannten Seite, z.B. ein Trike mit Hubkolben (!):
1738.png

... ne, Quatsch, is 'n Motor drunter ...
Auf 'ner andere Seite nochmal 'ne Konzeptstudie für ein LR, weil ich zufällig gerade darüber gestolpert bin:
1739.png

Die ist für ganz ausgeruhte Fahrer gedacht, wobei Rahmen, Räder, Kette usw. inklusive Pedalierer(in) komplett aerodynamisch verkleidet sind! Das muß man sich mal vorstellen, so weit waren die schon im 16. Jahrhundert!!!
(Ok, an den Fußspitzen müßte noch gefeilt werden ... )
Gruß von Christoph
 
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Hi Christian,
für einen Laien wie mich es ist klasse, so einen anschaulichen Erfahrungsbericht aus der Praxis zu bekommen! Danke!
Wenn ich Dir so beim Aufzählen der subjektiv wesentlichsten Punkte zuhöre, bekomme ich den Eindruck, daß Dir LR-Fahren auch deswegen mehr Spaß macht als VM-Fahren, weil Du auch den Fahrtwind magst, den direkten Kontakt mit der Natur, ohne Schutzmauer und Einkerkerung dazwischen, und weil Dir VMs insgesamt zu schwer sind. Also mit 'nem LR mal bloß 40 km/h statt 45 km/h im Vergleich zum VM leicht bergab ist nicht so schlimm wie bloß 10 km/h mit 'nem VM statt 15 km/h mit 'nem LR oder statt 20 km/h mit 'nem RR am Berg, aber eigentlich ist gar nix schlimm, weil's gar nicht so sehr auf die absolute Geschwindigkeit ankommt.

Wo Du jetzt so die Notwendigkeit der Leichtigkeit des Fahrzeugs betonst: die von aufrecht vorgeschlagene Einkörperverkleidung birgt doch eigentlich nicht nur Potenzial für eine bessere Aerdoynamik, sondern auch für ein niedrigeres Gewicht, da man nicht so viel Verschalungsmaterial braucht. Wenn jetzt nun ein Tadpole-VM mit Vorderrädern außerhalb der Verschalung wirklich leicht und fahrstabil werden soll, dann heißt das nach Deinen Ausführungen, daß das VM zwar lang, aber trotzdem seitenwindunanfällig sein muß, und das heißt wiederum, daß die Rohre des Rahmens innen möglichst biegesteif bei niedrigem Gewicht, also aus CFK mit großem Rohrquerschnitt sein müßten, während die lange Rumpfverschalung möglichst wenig seitliche Angriffsfläche hat, das heißt auch eine Rundung im Hinblick auf Seitenwind.

Wie wäre es mit einer langgesreckten und abgeflachten und vorne zugespitzten Leitra, die weit vorne Scheibenräder hat, die noch kleiner im Durchmesser sind als bisher? Oder kann man dann gleich ein 4-Rad-Mobil anvisieren?

Ich finde, wenn man bedenkt, wie arg bei RRs das Gewicht noch von 10 kg auf bis unter 5 kg durch Einsatz besonders ausgedachter CFK- und Leichtmetall-Strukturen gedrückt werden kann, dann ist doch sich bei VMs auch Potenzial da für unter 25 kg, oder was meinst Du? Muß Leichtbauweise wirklich immer so irrwitzig teuer und instabil werden?

Welches VM hat Deiner Meinung nach den höchsten Bastel-Effizienz-Quotient, das heißt, bei welchem VM kann man durch Einsatz von viel Bastel- und Tuning-Zeit noch ganz schön etwas herausholen?

Beste Wünsche und Grüße von
Christoph
 
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Das ist ne Vollverkleidung mit Loch. Das hätte man dann auch noch verschliesssen können, z.B. mit Schaummatte. Vorteil ist höchstens die Belüftung, sonst nichts.

Felix
 
AW: Aerodynamik: Warum 2 Räder vorne und 1 hinten?

Wenn er noch was zunimmt schliesst die Front bündig ab :D
 
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