By Wolf-Heinrich Hucho
Die aerodynamische Gestaltung von Fahrzeugen wie 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 & blunders. 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.
Schlanke und stumpfe Körper - Strömungsphänomene - Geometrisch einfache Körper - Modelle von Totwasser, Scherschicht und Nachlauf - Wind und Windschutz - car - Eisenbahnen - Bauwerke - Versuchswesen - Numerische Verfahren
Konstrukteure, Statiker, Versuchsingenieure und Numeriker, Fachleute in den relevanten Behörden,
Professoren und Studenten im Maschinenbau, in der Fahrzeugtechnik und im Bauingenieurwesen
Dr.-Ing. Wolf-Heinrich Hucho ist heute nach langjähriger Industriepraxis in der Automobilindustrie als beratender Ingenieur, technischer Publizist und Fachautor tätig. Er ist Herausgeber des Standardwerks zur Automobil-Aerodynamik von internationaler Bedeutung.
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Die Konstanten wurden experimentell ermittelt zu: κ = 0, 4 (Kármánsche Konstante) und C+ = 5,2. 13: Die Geschwindigkeitsverteilung innerhalb des wandnahen Bereichs einer turbulenten Grenzschicht bei Gleichdruck, nach Rotta (1972); 1) viskose Unterschicht; 2) universelles Wandgesetz. 20 Siehe Rotta (1972) und Schlichting & Gersten (1997). 30 2 Strömungsphänomene Gl. 29) wird das universelle Wandgesetz der turbulenten Grenzschicht genannt; es wurde zuerst von Prandtl (1927)21 angegeben. In Kapitel 5 wird es dazu herangezogen, um die Geschwindigkeitsverteilung in der Bodengrenzschicht des natürlichen Windes zu beschreiben.
3 Grenzschicht 31 Die Summe dieser Schichten erstreckt sich somit nur über ca. 15 % der Grenzschichtdicke δ. Im äußeren Bereich der Grenzschicht, 3⋅103 < y+, dort, wo sie allmählich in die reibungsfreie Außenströmung übergeht, hat die Geschwindigkeitsverteilung u(y) eine ähnliche Form, wie sie am Rand eines Freistrahls oder eines Windschattens beobachtet wird. Hier wird die Strömung fast allein von den Trägheitskräften bestimmt; vorherrschend sind die großen Turbulenzballen23. 32) Darin sind B ein freier Multiplikator, κ die Kármánsche Konstante und w(y/δ) eine universelle Funktion, die Coles aus einer großen Zahl von Grenzschichtmessungen verschiedener Autoren abgeleitet hat.
30 a gezeichnet, das klassische Beispiel der rückspringenden Stufe gewählt, eine Konfiguration, die häufig vorkommt, so z. : • bei einem Pkw mit Stufenheck; • auf der Leeseite von Bauwerken, Wällen, Erdeinschnitten und Gebirgen; • in geschlossenen Luftführungen mit plötzlicher Erweiterung. 4 Abgelöste Strömungen 47 Die sich an der Stufe ausbildende Strömung lässt sich erklären, wenn man deren Bewegung aus der Ruhe heraus verfolgt. Die in Gang gesetzte Parallelströmung reißt im Punkt S ab; es bildet sich eine Scherschicht, auf deren Unterseite zunächst noch Ruhe herrscht.