Verifizierung einer Strömungssimulation

Delta Racing (DR) ist eine studentische Initiative an der Hochschule Mannheim, die sich mit selbstgebauten Rennwagen an den internationalen Wettbewerben der Formula Student beteiligt.

Nachdem erste Simulationen zur Umströmung des Rennwagens durchgeführt worden waren, starteten im Jahr 2014 die ersten Windkanalmessungen an einem Modell, das auf klassischem Wege mit den Werkzeugmaschinen der Hochschule hergestellt worden war. Um innerhalb der kurzen Saison noch ausreichend Zeit für Optimierungsarbeiten zu haben, wurde in der Folgesaison 2015 in Zusammenarbeit und mit Unterstützung der BASF SE das erste Modell nach dem 3D-Druck-Verfahren gefertigt. Der Zeitaufwand konnte dadurch von einem halben Jahr auf zwei Monate reduziert werden.

Ergebnis der Strömungssimulation am Delta Racing Rennwagen. Darstellung der Strömungsgeschwindigkeit in Falschfarben
Messung des Geschwindigkeitsfeldes im Windkanal mittels Particle Image Velocimetry. Darstellung der Strömungsgeschwindigkeit in Falschfarben.

Das Aerodynamikpaket des aktuellen Rennwagens umfasst einen Front- und Heckflügel, einen Unterbodendiffusor und strömungsoptimierte Seitenkästen. Zweck dieser Bauteile ist es, eine negative Auftriebskraft, die sog. Downforce, zu erzeugen. Dadurch wird die Reifenanpresskraft vergrößert, ohne die Masse des Fahrzeugs zu erhöhen, sodass durch höhere Kurvengeschwindigkeiten bessere Rundenzeiten möglich werden. Weiterhin war es ein Ziel, den Luftwiderstand zu minimieren und dadurch den Verbrauch zu senken.

CFDWindkanal
Auftriebsbeiwert-1,15-1,15
Widerstandsbeiwert0,850,73

Anhand von Konzeptstudien wurden die Zielgrößen Auftriebs- und Widerstandsbeiwert mittels numerischer Strömungssimulationen berechnet. Nachdem das optimale Design gefunden wurde, erfolgte eine Verifizierung der Simulationsergebnisse im Windkanal. Zum besseren Vergleich wurde das zweidimensionale Geschwindigkeitsfeld in mehreren Ebenen mittels des Messverfahrens „Particle Image Velocimetry“ (PIV) aufgenommen. Die Ergebnisse der Messung und der Simulation sind in obigen Abbildungen dargestellt. Da die experimentellen Daten mit den numerisch ermittelten Werten in guter Übereinstimmung sind, können die Arbeiten aus der Vorentwicklung als bestätigt angesehen werden, sodass im nächsten Schritt die Fertigung der Komponenten im Realmaßstab erfolgen kann.