Velomobile im Windkanal

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Ich hätte eine -sicher laienhafte- Bitte an die Aerodynamiker .....
Bin ich nicht, aber ich antworte trotzdem.
Was mir fehlt sind die Werte für "projizierte Frontfläche" und der "Widerstandskoeffizient".
Das ist die Querschnittsfläche (A) und der cW-Wert. Ersteres ist ungefähr 0.4 m^2, und letzteres ungefähr 0.125, d.h. das Produkt cW*A ist ungefähr 0.05 m^2. (Das sind alles nur grobe Werte!)
 
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Ausgehend vom Profil NACA 0024 , welche ja ziemlich genau der Draufsicht vom Milan SL entspricht, habe ich folgene Rechung aufgemacht:
Die Höhe des durchgehenden Profils ist aber max. 30 cm. Der Hauptanteil der Gesamtfläche ist damit völlig unabhängig von diesem Profil.
1604936174720.png

(Bild von @MartinL )
Ich weiß nicht, wieso man davon ausgehen will, dass die Werte, die für das Profil festgestellt wurden, auch für den SL verwertbare Ergebnisse liefern.

Gruß,

Tim
 
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Die Höhe des durchgehenden Profils ist aber max. 30 cm. Der Hauptanteil der Gesamtfläche ist damit völlig unabhängig von diesem Profil.
1604936174720.png

(Bild von @MartinL )
Ich weiß nicht, wieso man davon ausgehen will, dass die Werte, die für das Profil festgestellt wurden, auch für den SL verwertbare Ergebnisse liefern.
Erwischt! Grob genommen ist die Fläche mit dem NACA 0024 Profil ja nur ca. 0,3 x 2,75 x 2 = 1,65 m² = 1/3 von der Oberfläche ...
Aber man/frau sollte davon ausgehen dass der Milan (und viele andere VM) auch sonst gut aerodynamisch ausgebildet ist, siehe der profilierte Haube. Das mag ja nicht exakt dem Profil NACA 0024 folgen, aber sehr ähnlichen - es gilt schließlich auch 90% Reibungsanteil bei irgendeinen "(Semi-)Turbulenz"-Profil. Denn solange keine Ablösung erfolgt und das Verhältnis Dicke/Länge (ist für die moderate Geschwindigkeitserhöhung wichtig) nicht sonderlich abweicht, ist davon auszugehen dass der Reibungswiderstand dort ziemlich ähnlich ist.

Siehe auch unter verschiedene symetrische Profile und deren Cwp-Werte ähnlich sind (z.B. das Gö 776, nicht das Laminarprofil NACA 66-021, welches ja in "Blue Nose" speziell für Battle Mountain verwendet wurde ...).

Und ja, es sind ein paar Geschwindigkeitsspitzen beim Milan speziell ersichtlich, nämlich die Fuß- und Kniebeulen. Aber das wird (hoffentlich) kompensiert weil ein VM kein "Tragflügel" mit 2D-Dimensionen ist sondern 3D, wie ein Segelflugzeugrumpf. Man/frau könnte deswegen auch zusätzlich ein Profil in der Symetrie-Plan x/y, also Seitenansicht sehen (siehe Bild).

Milan SL-2.png


Da der Profilwiderstand also hauptsächlich (im schnellen VM) ein Reibungswiderstand ist, ergo hängt ihre Größe von der Oberfläche ab: je kleiner die Oberfläche desto schneller ... ;)


HFKLR schrieb:
vergesst das VM Fahren nicht vor lauter Theoretisiererei.... : )

OT: Ich war mit dem Milan erst am Sonntag velomobilfliegen - aber die Autos mich total ausgebremst, fürchterlich ... :mad:
 
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Die Frage ist doch: Wie genau brauchen wir es? Wenn ich annehme, dass ein Leistungsmesser einen Fehler von 2% hat, dann entspricht das je nach Geschwindigkeit einer Variation von cW*A um ca. 4%; ... Also keine Notwendigkeit für Haarspalterei, sondern wenn die Rechnungen genau genug sind, um sie mit Leistungsmess-Daten vergleichen zu können, passt es doch.
Hier ändert sich der Cw-Wert im Bereich von 20-40 km/h aber um 20% (g-one ohne Haube).

Auch ca. 1935 hat man schon die rel. starke Geschwindigkeitsabhängigkeit des Cw-Wertes von aerodynamischen Körpern messen können. <Graphik> Schaue ich die Kurve vom rot.symmetischen Körper mit Verhältnis Länge zu Durchmesser = 2,0 an, so kann man bei 14 km/h Cw=0,05 und bei 28 km/h Cw=0,045 ablesen. Also Cw ist dabei etwa 10% kleiner geworden.

Der Fehler liegt wohl ein ganzes Stück über dem Fehler des Leistungsmessers. Aber weil Du keine konkreten Cw(v) Zahlenwerte hast, kannst Du erst mal nur mit Cw=const. rechnen.

Vielleicht später genauer. Rollwagen ist fertig, leider Minimum ca. 5 kg (incl. Messrad) liegen auf Messreifen. Drehschemel-lenkung, alles Alu oder Edelstahl. Jetzt geht es weiter mit suchen von geeigneter mit Drehradfernsteuerung, Lenkung über Scheibenwischermotor - THOR15 Servo habe ich schon, Bremsen über leichtgängige Scheibenbremsen mit zwei Servos, und dann E-Antrieb. Habe 3 Messräder (20,26 u. 28 Zoll) mit Freilaufritzel 18z. Soll über Motor auf 60 km/h gebracht werden. Da alles nur Hobbymäßig dauert es eben.

Gruß Leonardi
 
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Nun sind ja angefangen vom Profil, der Daumenformel, über die gerundeten Flächenwerte und nicht zuletzt diskutieren wir hier nicht nur den Milan-SL einige Unwägbarkeiten im Spiel.

Würdest du dir trauen sowas wie eine Standardabweichung anzugeben? Also ob der Bogen in der Cw.min-Kurve nicht doch weiter rechts liegen könnte.
Nun ja, letztendlich kommt es bei einem Stromlinien-VM (nur) auf die Oberfläche an (wenn man annimmt dass der schädliche Widerstand/Druckwiderstand der ca. 50% ausmacht ja ohnehin schon da ist und nicht als veränderbar gilt.

Im Modellflugbereich (mit Profilen von ca. 12% und Folienbespannung) hatte ich die kritische Re-Zahl so mit ca. 100 x 10³ herausgefunden, beim VM das 24-30% dick ist dürfte es mehr sein, so um die 200..400 x 10³. Aber genaureres kann ich dir jetzt adhoc nicht sagen. Schau dir doch mal das Programm xfoil an (für die Theorie), oder aber (Modell-)Windkanal-Untersuchungen zu den Profilen ...
In 2D sind die einzelnen Profile in Theorie und Praxis genau untersucht! Natürlich hängt das sowohl von Re-Zahl auch von der Oberflächenbeschaffenheit ab ... ;)
Z.B. hat das Quest einen Windmühlenflügel bekommen, um den Seitenwind effektiv nutzen zu können.

Gute Nacht ...
 
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Hier ändert sich der Cw-Wert im Bereich von 20-40 km/h aber um 20% (g-one ohne Haube).
Das bezieht sich ja auf diese Simulation, die ich, wie oben beschrieben, anzweifle:
Wenn man sich im Vergleich dazu diese CFD-Simulation eines Ingenieurbüros anschaut: Hier wurde das nie in Serie gegangene Go-One Evo Kx simuliert; wenn ich dafür die gleiche Querschnittsfläche wie beim DF ansetze, komme ich beispielsweise bei 50 km/h auf einen cW*A von 0.0396 m^2 ohne Haube und 0.0312 m^2 mit Haube. Das ist ganz klar unrealistisch, damit wäre das Kx ja schon fast auf Battle-Mountain-Niveau.
Wie @Ventoux erklärt hat, ist der reale Luftwiderstand vermutlich deutlich höher, und der Zuwachs ist weitgehend durch Druckwiderstand zu erklären. Das bedeutet aber auch, dass der Bereich, wo der cW-Wert annähernd konstant ist, bereits bei niedrigeren Geschwindigkeiten beginnt.

Wie auch immer, wir brauchen bessere Messungen!
 
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Wie auch immer, wir brauchen bessere Messungen!
Es wird auf Grund der laminaren Strömungsanteile eine wohl nur leicht abfallende Komponente bei höherer Geschwindigkeit beim Cw-Wert geben.
Andererseits hat ja z.B. @Leonardi gemessen, dass mit höheren Geschwindigkeiten sich auch der Rollwiderstand der Reifen etwas erhöht.

Nun kann aber bei höheren Geschwindigkeiten am VM zusätzlich Auftrieb oder auch "Abtrieb" entstehen. Damit würde sich die Auflast der Laufräder verringern oder erhöhen und damit auch deren Rollwiderstand.

Wie soll man all diese Effekte sauber voneinander trennen?
Auf jeden Fall haben wir jetzt ein Instrument zur Verfügung, welches sehr viel genauere Aussagen ermöglicht - bin immer wieder begeistert, wenn ich mir jetzt die theoretischen Anpassungen an die real gemessenen Kurven anschaue.

Zunächst scheint es, dass eine Kennzahl welche sich linear mit der Geschwindigkeit (daher Cv) erhöht doch keine so große Bedeutung hat.
Auch ein abnehmender CwA-Wert bei hohen Geschwindigkeiten offenbar nicht - es sei denn beide Effekte kompensieren sich weitestgehend.
 
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Nun kann aber bei höheren Geschwindigkeiten am VM zusätzlich Auftrieb oder auch "Abtrieb" entstehen. Damit würde sich die Auflast der Laufräder verringern oder erhöhen und damit auch deren Rollwiderstand.
Ja schon – aber wie viel ist denn das? Eher im Gramm- als im Kilogrammbereich, schätze ich. Ansonsten müsste man die Geschwindigkeit deutlich daran sehen, wie die Federung arbeitet.
Wie soll man all diese Effekte sauber voneinander trennen?
Muss man das überhaupt? Wenn es nennenswerten Auf-/Abtrieb gibt, dann wächst der genauso quadratisch mit der Geschwindigkeit wie der sonstige Luftwiderstand. Lässt sich also problemlos auch durch den cW-Wert ausdrücken. Es gäbe dann eben noch eine schwache Abhängigkeit des cW-Werts vom Rollwiderstandsbeiwert. Aber das muss man überhaupt erst einmal messen können.
 
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Hier ändert sich der Cw-Wert im Bereich von 20-40 km/h aber um 20% (g-one ohne Haube).

Auch ca. 1935 hat man schon die rel. starke Geschwindigkeitsabhängigkeit des Cw-Wertes von aerodynamischen Körpern messen können. <Graphik> Schaue ich die Kurve vom rot.symmetischen Körper mit Verhältnis Länge zu Durchmesser = 2,0 an, so kann man bei 14 km/h Cw=0,05 und bei 28 km/h Cw=0,045 ablesen. Also Cw ist dabei etwa 10% kleiner geworden.

Der Fehler liegt wohl ein ganzes Stück über dem Fehler des Leistungsmessers. Aber weil Du keine konkreten Cw(v) Zahlenwerte hast, kannst Du erst mal nur mit Cw=const. rechnen.

Vielleicht später genauer. Rollwagen ist fertig, leider Minimum ca. 5 kg (incl. Messrad) liegen auf Messreifen. Drehschemel-lenkung, alles Alu oder Edelstahl. Jetzt geht es weiter mit suchen von geeigneter mit Drehradfernsteuerung, Lenkung über Scheibenwischermotor - THOR15 Servo habe ich schon, Bremsen über leichtgängige Scheibenbremsen mit zwei Servos, und dann E-Antrieb. Habe 3 Messräder (20,26 u. 28 Zoll) mit Freilaufritzel 18z. Soll über Motor auf 60 km/h gebracht werden. Da alles nur Hobbymäßig dauert es eben.
Über die Qualität der CFD-Analysen später noch mehr ...

Nun, ausgehend von @Leonardi 's gefundenen Diagramm von 1935:
IMG_2061.JPG

habe ich mir erlaubt einige Daten von 1935 in mein Diagramm einzuzeichnen. Dabei muss beachtet werden dass Re von D (Durchmesser) auf L (Länge) zu transformieren!
Dann schaut es bei mir so aus:
Cw-A.png

Ich finde das die historischen sowie die xfoil und meine Werte ziemlich OK sind und die Kurven kongruent zueinander (von meiner analogen Malerei mal abgesehen ;) )!

Den 1:10 Graphen oben (fig. 34) ist wohl von einen Luftschiff, großes Volumen, große Oberfläche. Das 1:8 Modell von fig. 34 ist wohl ein Stromlinienkörper, der Verlauf ist dementsprechend flacher. Er entspricht den übrigen rotationsymetrischen schlanken Stromlinienkörpern.

Hier sieht man übrigens sehr deutlich und anschaulich den Überlegenheit des Schlankheitsgrads (fig. 33) der ca. bei 1:2 .. 1:2,5 liegt: es ist einleuchtend, dass ein VM bei einer Breite=Dicke D von 0,7 m und einem Längenverhältnis von 1:10 die Länge 7 m haben müsste, die Oberfläche ca. mindestens 10 m². Je größer die Oberfläche ist desto höher ist der Reibungswiderstand und der Cw-Wert. Und umgekehrt.

Aus den bisherigen Rollmessungen ist es (bislang) schwer den Cw-, Cr- und Cv-Wert(e) zu ermitteln. Dabei zeigt sich dass minimale Veränderungen bei den Cr- und Cv-Werten große Veränderungen bei Cw ergeben.
Ich setze u.a. meine große Hoffnung auf @Leonardi 's Rollwagen! Denn nur mit genauen Cr-Werten und genauen Cw-Werten aus dem Windkanal lässt sich Cv(v) abschätzen!

Zu Leonardis Rollwagen:
- zur Abschätzung des Cw-Wertes vom Rollwagen sollte er im Windkanal vermessen werden;
- hast Du auch daran gedacht einen einstellbaren negativen Sturz herzustellen?
Und Du solltest natürlich einen eigenen Thread aufmachen ...

Gruß,
Lars
 
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Ja schon – aber wie viel ist denn das? Eher im Gramm- als im Kilogrammbereich, schätze ich.
Das war hier schonmal kurz ein Thema.
Wobei mir nicht klar ist, wieso vorne Abtrieb entsteht. Zwar sorgt eine stärkere Strömung zwischen zwei Flächen Unterdruck, aber hier bewegen sich diese ja gegeneinander: unter dem VM wird die Luft doch durch die Fahrbahn festgehalten und die Unterseite der Nase des VM ist doch keilförmig. Wird es da bei hohen Geschwindigkeiten nicht angehoben? Und bei zusätzlichem Seitenwind um so mehr?
Siehe dazu auch Wirkungsweise eines Spoilers.

Edit: Oups - habe ich mich mit dem keilförmig optisch täuschen lassen?
 
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Das bezieht sich ja auf diese Simulation, die ich, wie oben beschrieben, anzweifle:
Zumindest für ein Speichenlaufrad, ist eine starke Abhängigkeit Cw von v nachgewiesen worden:
Cw*A [m²] bei 8 km/h = 0,008 und bei 40 km/h = 0,0024 obwohl Speichen wohl nicht als aerodynamisch angesehen werden können.

Zu Leonardis Rollwagen:
- zur Abschätzung des Cw-Wertes vom Rollwagen sollte er im Windkanal vermessen werden;
- hast Du auch daran gedacht einen einstellbaren negativen Sturz herzustellen?
ich wollte anders vorgehen (keinen Cw-Wert des Rollwagens messen), und zwar so:
1. Leistungs-Geschwindigkeits-Kurve P roll (v) des gesamten Rollwagens ohne zusätzliche Auflast auf das Messrad ermitteln.

2. Leistungs-Geschwindigkeits-Kurve P roll+Kg (v) des gesamten Rollwagens mit zusätzlicher Auflast nur auf das Messrad +5; +10; +15; ... ; +40 Kg ermitteln.
Die Differenz der Kurven 2. minus 1. ergeben den Geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstand.

3. Mit VM ausrollen - Leistungs-Geschwindigkeits-Kurve P ges(v) ermitteln.
Aus der Differenz 3. minus Geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstand ergibt P luft(v) und daraus rechnerisch die Cw(v) Kurve, rechnerisch genau so wie beim Speichenlaufrad gemacht.

Der Rollwagen hat identische Abstände wie der Quest. Messrad rollt hinterher. Neg. Sturz könnte ich nur an den Vorderrädern einstellen, damit möchte ich mich erst mal nicht verzetteln. Rechtes Vorderrad:

rechtes Vorderrad.jpg


Es gibt nur eine Stelle wo Gewichte auf das Messrad aufgelegt werden können, ohne dass sich die Auflast auf die Vorderräder ändert. Das ist genau in Achshöhe beim Messrad.

Messrad hinten.jpg


unten 20 Zoll, Mitte da ist jetzt ein 26 Zoll Laufrad drin, oben 28 Zoll. In die Löcher daneben kommen Gewindestäbe mit Aluhülse und außen Blechzylinder für gleichen Luftwiderstand drauf, Gewichte kann man rein schieben.

Wenn der Rollwagen durch Bergabrollen auf Geschwindigkeit gebracht werden soll, ist das Problem, das sich die Auflast je nach Steigung verändert. Kann man rausrechnen, dafür müsste ich aber eine winkelveränderbare Ebene (Brett) bauen und die Kräfte auf die Räder wiegen bzw. den Schwerpunkt des Rollwagens kennen.

Deshalb erst mal für die Ebene - muss mit E-Motor muss über Kette auf Freilaufritzel auf 60km/h gebracht werden.

Eigenen Tread nicht, werde es auf eigene Seite laden bzw. im kleinen Kreis per email.

Gruß Leonardi
 
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ich wollte anders vorgehen (keinen Cw-Wert des Rollwagens messen), und zwar so:
1. Leistungs-Geschwindigkeits-Kurve P roll (v) des gesamten Rollwagens ohne zusätzliche Auflast auf das Messrad ermitteln.

2. Leistungs-Geschwindigkeits-Kurve P roll+Kg (v) des gesamten Rollwagens mit zusätzlicher Auflast nur auf das Messrad +5; +10; +15; ... ; +40 Kg ermitteln.
Die Differenz der Kurven 2. minus 1. ergeben den Geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstand.

3. Mit VM ausrollen - Leistungs-Geschwindigkeits-Kurve P ges(v) ermitteln.
Aus der Differenz 3. minus Geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstand ergibt P luft(v) und daraus rechnerisch die Cw(v) Kurve, rechnerisch genau so wie beim Speichenlaufrad gemacht.

Der Rollwagen hat identische Abstände wie der Quest. Messrad rollt hinterher. Neg. Sturz könnte ich nur an den Vorderrädern einstellen, damit möchte ich mich erst mal nicht verzetteln. Rechtes Vorderrad:
Schade, ich hatte gehofft der Rollwagen wäre wie ein VM nur ohne Karrosserie, mit Spur- und Sturzverstellung! Aber nun, das Wichtigste ist im Moment sind ja die Cr-Werte von den Reifen. Das andere später einmal?

Auf jeden Fall ist der Rollwagen nicht besonders Re-Zahl-empflindlich das kaum Fläche! Rechnerisch ergibt sich ein minimaler CwA-Wert von ca. (30 mm Reifebreite, 500 mm Reifenhöhe und Cw = 0,6): 3 x 0,03 x 0,5 x 0,6 = 0,027 m². Das ist ziemlich hoch, ist aber den offenen Rädern geschuldet!

Wenn deine Versuche gut laufen oder gar besser sind wie schon in:
IMG_2037.PNG


... du solltest aber trotzdem deinem Rollwagen später im Windkanal messen zu lassen, um endgültige Toleranzen anzugeben und sei es nur um endgültig dein q.e.d. hinzu zufügen ...

P.S.: ich hoffe dass bei der Ostfalia im Windkanal bald die Toleranzen bei den CwA-Werten bis auf 1% fällt!


Lars
 
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@Leonardi : Bei deiner Laufrad Messung:
CwA Speichenlaufrad.JPG


habe ich für v = 8 Km/h (CwA=0,007) und v = 40 Km/h (CwA=0,0024) das raus:

- Mantelfläche von Torus ca.: 30 mm x Pi x 500 mm xPi = 0,0465 m²
- Umfang von Torus: 500 mm x Pi = 1,57 m (auch Lauflänge)
- Re-Zahl bei 8 bzw. 40 Km/h: 70 x v x 1570 mm = ca. 14 x 10³ und 34 x 10³

Damit dürften die Re-Zahlen noch im Laminaren Bereich liegen :)

Teilt man die jeweiligen CwA durch A (Mantelfläche), so erhält man: für v = 8 Km/h bzw. Re = 14 x 10³ einen Cw = 0,15, für v = 40 Km/h bzw. Re =34 x 10³ einen Cw = 0,052.
Asympotisch nähert sich der Marke CwA = 0,0016-0,0018 für v > 150 Km/h (entspricht einen Cw.min = ca. 0,034), welches gut in mein letzteres Diagramm passt!

Lars
 
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Schade, ich hatte gehofft der Rollwagen wäre wie ein VM nur ohne Karrosserie, mit Spur- und Sturzverstellung!
Ist er doch, man kann Spur und Sturz sehr einfach und präzise verändern. Habe mit Wheelspoormeter erst Spur auf 0 und dann Sturz einstellen können.

Man könnte den Rollwagen also auch mit bis geschätzt 30 Grad Sturz ausrollen lassen, deshalb die 4 langen Gewindestangen.

Gruß Leonardi
 
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habe ich für v = 8 Km/h (CwA=0,007) und v = 40 Km/h (CwA=0,0024) das raus:

- Mantelfläche von Torus ca.: 30 mm x Pi x 500 mm xPi = 0,0465 m²
- Umfang von Torus: 500 mm x Pi = 1,57 m (auch Lauflänge)
- Re-Zahl bei 8 bzw. 40 Km/h: 70 x v x 1570 mm = ca. 14 x 10³ und 34 x 10³
Der Fehlerteufel hat wieder einmal zugeschlagen, blöder Taschenrechner ... . Ich korregiere: Re-Zahl bei 8 Km/h ist ca. 244 x 10³ u. 1.221 x 10³ bei 40 Km/h! Das passt dann besser, da die Reifen+Felge nur einen Teil (den Größten Teils) des Widerstandes ausmachen.

So ab Re=500 x 10³ (hier ca. 16 Km/h) beginnt der Übergang von Laminar zu turbulent je nach Oberfläche.
So ab Re= 1.000 x 10³ (hier ca. 33 Km/h) sollte alles turbulent sein.

- - -

Ist er doch, man kann Spur und Sturz sehr einfach und präzise verändern. Habe mit Wheelspoormeter erst Spur auf 0 und dann Sturz einstellen können.

Man könnte den Rollwagen also auch mit bis geschätzt 30 Grad Sturz ausrollen lassen, deshalb die 4 langen Gewindestangen.
Entschuldigung! Das Einstellen sah auf ersten Blick komplizierter aus ...

Dann bin ich gespannt auf deine Messwerte!

Gruß Lars
 
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