Aerodynamica en auto's

[Anoniem: 170448]

Gisteravond zag ik een aflevering van Top Gear waarin de nieuwste versie van de Bugati Veyron werd getest. Deze versie is weer wat sneller dan zijn voorganger door 200 extra pk's en een super gladde body. Een super gladde body dacht ik... Is dat echt wel de beste manier om een auto nog aerodynamischer te maken?

Laat ik mezelf even toelichten. Wie wel eens in het dolfinarium roggen of haaien heeft geaaid weet dat deze als licht schuurpapier aanvoelen. Dit is de beste manier om weerstand in het water te overwinnen. Vandaar dat de huidige olympische zwempakken op dit principe zijn gebaseerd. Ook bij een golfbal zie je dat glad niet "goed" is. Maak wat deukjes in de bal en deze gaat nog verder na een slag. In de wielersport worden benen nog steeds geschoren, maat het blijkt dat wat beenbeharing juist beter is voor minder luchtweerstand. Niemand wil er echter als een Hobit uit zien

Is het voor de aerodynamica van een auto dan ook niet beter als deze i.p.v. super glad iets ruw is? Misschien zijn er technische onmogelijkheden om een dergelijke nanostructuur aan te brengen of is deze bij 400km per uur in no-time weg gesleten.

Bottom-line (technische (on)mogelijkheden daar gelaten) wat is beter? Super glad of iets ruw?

[RobbieB]

Ik kan me een Mythbusters aflevering herinneren waarbij ze de 'golfbal-theorie' getest hebben en het idd waar bleek te zijn dat de auto hier aerodynamischer van werd. (hier de video).
Het is niet heel wetenschappelijk onderzocht (windtunnel e.d.), maar het verschil is er wel daadwerkelijk.

Echter zit er veel meer aan vast dan alleen de structuur. Ik heb er zelf niet zo heel veel verstand van (lees; theoretische kennis), maar mijn gevoel zegt het volgende:

- De ruwe structuur beïnvloed de stroom v/d lucht
- Een glad oppervlak beïnvloed de manier waarop de auto door de lucht 'snijdt'.

Een golfbal blijft daarmee dus 'stabieler' in de lucht, net zoals bv. de Burj Khalifa in Dubai minder beweegt in de lucht door z'n 'vorm'.
Echter glijdt een auto beter door de stroom, maar zal misschien wat onstabieler zijn hierdoor.

Is er geen lucht- en ruimtevaartdeskundige op het forum die hier mee kan helpen ???

[MSalters]

Hoef je geen L&R voort te studeren.

Simpel gezegd, één van de oorzaken van luchtweerstand is dat je een lage-druk gebied achter je auto creëert. Dat gebeurt ook achter een golfbal. De kulitjes op een golfbal maken de stroming turbulent, zodat de lucht sneller naar dat lage druk gebied stroomt. Aan de voorkant van de golfbal zijn de kuiltjes niet productief. Een golfbal draait echter alle kanten op, dus je hebt niet 1 vaste voorkant, en de kuitjes moeten dus voer de hele bal zitten.

Terug naar de Veyron. Je ziet daar dat er al meerdere stappen zijn genomen. Ten eerste buigt het dak na het hoogst punt langzaan terug naar beneden. Dat helpt daar met het zog. Ook zit er aan de achterkant een diffusor, en de uitlaat, die beiden een heleboel lucht in het zog dumpen. Dat helpt ook weer met de onderdruk.

[Mx. Alba]

Je moet er ook aan denken dat de meeste echt snelle auto's eigenlijk helemaal niet aerodynamisch zijn. Een Formule 1 wagen is nog minder aerodynamisch dan een baksteen door al die vleugels en spoilers. Immers, om door spoilers neerwaartse druk te genereren wordt er ook veel luchtweerstand gegenereerd. De truc bij sportwagens is dus om de optimale balans te vinden tussen aerodynamica en neerwaartse druk. Is de auto te aerodynamisch dan zal hij door gebrek aan grip veel remvermogen verliezen en de bocht uit schuiven; als hij te weinig aerodynamisch is dan zal hij in bochten natuurlijk het asfalt vastgrijpen als een doodshoofdaapje zijn moeder vastgrijpt maar dan zal hij op het rechte eind niet snel genoeg zijn...

[ Voor 3% gewijzigd door Mx. Alba op 29-10-2011 17:57 ]

[Anoniem: 170448]

Ah natuurlijk. Een sportauto is een compromis tussen downforce en luchtweerstand. Met te weinig downforce veranderd je F1 auto in een "vliegtuig". De Mythbusters golfbal auto vind ik wel humor. Mischien een leuk ontwerp voor de volgende Prius. Ik ben alleen bang dat de marketing afdeling hoofdpijn krijgt van een dergenlijk ontwerp

[Anoniem: 428313]

Maar nu zijn we bij de vorm van de auto aangekomen en niet of hij glad of ruw is.
Zou een matte Veyron snelller zijn als een hoogglans Veyron...maar als dat waar zou zijn dan zouden alle F1 auto's mat zijn denk ik.

[MEN-O]

Laatst zag ik op de TV die solarchallenge waar ze met een Nano-product de oppervlakten zo glad mogelijk maakten doordat de 'nanodeeltjes' de gaten opvullen.

[GoldenSample]

Overigens is de rede dat een wielrenner z'n benen scheert een heel simpele, als je valt krijg je zonder haar minder erge wonden en zit er niet gelijk al haar in de wond.

[Mx. Alba]

MEN-O schreef op maandag 31 oktober 2011 @ 13:02:
Laatst zag ik op de TV die solarchallenge waar ze met een Nano-product de oppervlakten zo glad mogelijk maakten doordat de 'nanodeeltjes' de gaten opvullen.

Dat lijkt me vreemd, want ik had al eens eerder gelezen dat een ruw oppervlak juist aerodynamischer is dan een glad oppervlak. Aan een ruw oppervlak blijft namelijk een laagje lucht "plakken", waardoor de luchtwrijving effectief lucht tegen lucht wordt, ipv lucht tegen vast object. En lucht glijdt over lucht veel makkelijker dan over een vast object, hoe glad het ook is...

[EXX]

Er wordt dan ook volop onderzoek gedaan naar het gebruik van synthetische "haaienhuid" op vliegtuigen en schepen, om ze minder energie te laten gebruiken. Er is geen reden om aan te nemen dat het bij auto's anders is.

Een voorbeeld

[ Voor 21% gewijzigd door EXX op 31-10-2011 13:26 ]

[CaptJackSparrow]

Het gaat om het genereren van een 'turbulente grenslaag' die zorgt dat de luchtstroom langer aan blijft liggen en daardoor minder weerstand heeft door het verkleinen van het zog.

[ Voor 5% gewijzigd door CaptJackSparrow op 31-10-2011 13:31 ]

[MEN-O]

Mx. Alba schreef op maandag 31 oktober 2011 @ 13:18:
[...]


Dat lijkt me vreemd, want ik had al eens eerder gelezen dat een ruw oppervlak juist aerodynamischer is dan een glad oppervlak. Aan een ruw oppervlak blijft namelijk een laagje lucht "plakken", waardoor de luchtwrijving effectief lucht tegen lucht wordt, ipv lucht tegen vast object. En lucht glijdt over lucht veel makkelijker dan over een vast object, hoe glad het ook is...

Toch is het zo : http://tweakers.net/nieuw...gie-toe-in-zonneauto.html

Kleine quote :

" Daarbij is gebruikgemaakt van nanotechnologie om kleine oneffenheden in de coating te dichten. Dankzij de zeer kleine deeltjes wordt de luchtweerstand aanzienlijk verminderd."

[ Voor 19% gewijzigd door MEN-O op 31-10-2011 15:27 ]

[MSalters]

Je hebt natuurlijk ook niet veel zog achter die zonneauto. Ten eerste heeft hij een klein dwarsoppervlak en een grote lengte, en ten tweede is 'ie niet snel. ("Niet snel" is altijd relatief aan de dichtheid van het medium; 20 km/h is snel in water en langzaam in lucht).

[MEN-O]

Volgens mij cruisen ze met dat ding op 90 Km/h.

Nu hebben ze die Challenge niet gewonnen, dus misschien hebben jullie wel gelijk en de UT Twente niet..

[Dutch_Razor]

Het hangt allemaal van het type stroming af, die je kunt karakteriseren door het Renyolds getal: Re = dichtheid * snelheid * karakteristieke lengte / viscositeit.

Bij sommige stromingen kan het bijvoorbeeld voordelig zijn om een bal te zijn ten op zichte van een gestroomlijnde kegel: als de vloeistof (of gas) erg viskeus is, kun je beter het kleine oppervlak van een bal hebben dan het grote oppervlak van een gestroomlijnde kegel.

Of je liever een glad of ruw oppervlak wilt hebben hangt ook weer van de vloeistof af, soms wil je een glad oppervlak voor een laminaire grenslaag, maar bij bepaalde snelheden is de stroming turbulent en wil je juist door kuiltjes een zo glad mogelijke grenslaag creëren.

Hoe het precies zat wanneer wat voordelig is weet ik ook niet meer, ben maar een simpele werktuigbouwer

[Herman]

Ik heb een antwoord op deze vraag gevonden maar deze is (volgens mij) identiek aan die van Dutch_Razor

Er zijn twee soorten 'drag' c.q. luchtweerstand die hier meespelen:
-Pressure drag
-Skin friction drag

Een gerrimpelde oppervlakte kan de druk enorm afnemen maar zorgt voor een toename in oppervlaktewrijving. Een golfbal heeft van zichzelf een slechte aerodynamische vorm en creëert dus veel druk. Dan loont het om iets meer 'skin friction' voor lief te nemen om veel minder druk te hebben:


Bij objecten die van nature al erg aerodynamisch zoals vliegtuigen en zonneauto's, loont het niet om een gerrimpelde oppervlakte te hebben omdat de afname van druk de extra oppervlaktewrijving niet compenseert:


Voor een uitgebreide uitleg: Golf Ball Dimples & Drag

[Dutch_Razor]

Ah kijk, dat was het inderdaad. Met plaatjes is het inderdaad een stuk duidelijker

[Anoniem: 170448]

Duidelijk verhaal. Het is dus niet zo simpel om overal een haaienhuid op te plakken en "magisch" heb je minder luchtweerstand. Dit is dus sterk afhankelijk van de vorm van het object (zog). Het medium waar deze doorheen moet (water, lucht, etc.) en de relatieve snelheid t.o.v. dit medium.

Blijft een fasinerend onderwerp, maar als het simpel zou zijn, dan hadden we ook geen windtunnels nodig gehad

[Rostvertol-Mil]

Herman87 schreef op maandag 31 oktober 2011 @ 21:01:
Ik heb een antwoord op deze vraag gevonden maar deze is (volgens mij) identiek aan die van Dutch_Razor

Er zijn twee soorten 'drag' c.q. luchtweerstand die hier meespelen:
-Pressure drag
-Skin friction drag

Even een kleine toevoeging: Het komt er op neer dat met een turbulente stroming een grotere boundary layer flow is, waardoor er later flow separation op zal treden.

Het opofferen van skin friction vs pressure drag wordt eigenlijkaleen toegepast op voorwerpen die erg vormgebonden zijn (fi. en golfbal )
Dit is totaal niet van toepassing op auto's, aangezien er door de 'hoekige' vormen van de achterkant hoe dan ook flow separation op zal treden.

Als je naar de automotive kijkt wordt proberen ze bij sommige auto's het onderdrukgebied zo laag mogelijk te houden, kijk maar naar een prius. Een beter voorbeeld is een Le Mans prototype, je ziet wel dat er erg weinig onderdruk zal ontstaan:

[mux]

Dat is ook niet echt waar. Een auto is i.h.a. helemaal geen aerodynamisch voorwerp, hoezeer er ook mooie plaatjes van windtunneltests worden getoond. De aerodynamica - vanuit het oogpunt van de weerstand - is verre van optimaal bij een auto. Er zijn twee hele belangrijke redenen:

Aerodynamica optimaliseren is, zoals hierboven wel duidelijk is met de afwegingen rondom loslating en grenslaagweerstand, een complex geheel. Elke vorm in de stroming heeft invloed op andere vormen, zelfs stroomopwaarts! Denk maar aan de wetenschapsquiz-vraag waarbij twee wielrenners achter elkaar fietsen: niet alleen de renner die in het zog rijdt heeft aerodynamisch voordeel, ook de koploper heeft een lagere luchtweerstand!

Dit is niet alles. Een auto wordt heel vaak in omstandigheden gebruikt waar de lucht niet op dezelfde manier langs de auto vloeit. Soms is er heel veel wind, soms is de lucht heel turbulent, en soms is het windstil. Het is al moeilijk genoeg voor fabrikanten om een auto te maken die én 'mooi' is, én stabiel onder alle omstandigheden. Niemand wil in een auto rijden waar de ruitenwissers of de zijspiegels de hele tijd lawaai veroorzaken, of waar de auto omkiepert als de zijwind op een dijk wat sterker wordt. Dat zijn behoorlijk reëele problemen bij auto's, en ook de reden dat auto's in die windtunnels staan. Niet om ze zo te ontwerpen op minimale weerstand, maar om te kijken of ze stabiel en comfortabel zijn.

Bij racewagens zit het weer wat anders. Ook daar heb je de weerstand van een blok beton: racewagens zijn zeer anaerodynamisch. Echter, dat is geen probleem want een race-auto heeft massa's koppel en vermogen beschikbaar. Wat in racewagens wordt gedaan is de aerodynamica optimaliseren op maximale downforce en bochtenstabiliteit, zodat al dat vermogen daadwerkelijk op de grond kan worden gekregen en niet verloren gaat in slippende wielen. Een belangrijk onderdeel hiervan is dat de verschillende vleugeldelen (voor- en achterspoiler als duidelijkste voorbeelden) in zo 'schoon' mogelijke lucht zitten (die nog niet is beïnvloed door andere onderdelen van de auto). Deze onderdelen kunnen dan maximale downforce genereren zonder dat ze supergroot of zwaar worden.

De vraag die TS stelde aan de hand van Top Gear staat dus in zekere zin redelijk los van de vraag of een oppervlak glad of ruw moet zijn. 'Aerodynamisch' is misschien ook niet de beste term, immers, je kunt alles wel aerodynamisch noemen. Die Bugatti lijkt vooral ontworpen te zijn met uiterlijk in gedachten, zoals vrjiwel alle supercars. En dan een zo groot mogelijke, kapotgetweakte motor erin om hem hard te laten gaan.

[boner]

In de 90-er jaren heeft het Jordan F1-team geexperimeteerd met een toplaag van de auto's die net als de huid van vissen geschubt is. Op deze manier werd getracht om ervoor te zorgen dat de lucht eerder loslaat en dus minder frictie veroorzaakt. Men is daar heel erg snel weer vanaf gestapt.

[FunkyTrip]

Een gladde auto blijft natuurlijk wel schoner dan een golfbal auto en is makkelijker te wassen.

[Anoniem: 318843]

mux schreef op zondag 06 november 2011 @ 17:39:
niet alleen de renner die in het zog rijdt heeft aerodynamisch voordeel, ook de koploper heeft een lagere luchtweerstand!

Ik heb het wel eens gemerkt in mijn bus: als een vrachtwagen vlak achter me rijdt gaat mijn bus vanzelf sneller zonder dat ik gas bijgeef.

[ArnoAG]

Even min of meer simpel uitgelegd:

De "huid" van een auto wil je zo glad mogelijk hebben (zo laag mogelijke korrelhoogte) tot op een bepaald punt, het "omslagpunt" dit is dus het punt waar de laminaire luchtstroom los zou laten van het oppervlak.

Als je vlak voor het omslagpunt de laminaire stroming kan laten veranderen in een turbulente stroming, blijft de luchtstroom langer aan je oppervlak plakken (turbulente stroming is heel iets anders dan een losgelaten stroming, losgelaten stroming levert veel meer weerstand op dan turbulente stroming)

De stroming van laminair naar turbulent laten veranderen kan bv. dmv. Turbulators

Op deze manier wordt dus het punt waar de stroming loslaat naar achteren verplaatst en neemt je
weerstand af.

Om ook "downforce" te creëren wordt gebruik gemaakt van onder andere spoilers en diffusers, deze hebben een soort omgekeerd vleugelprofiel om negatieve Lift op te wekken. Helaas geld dat als je meer downforce opwekt, je ook meer weerstand hebt. Om hierin de juiste balans te vinden wordt er steeds meer spoilers gebruikt die tijdens het rijden bewegen, deze passen zich aan bv de snelheid en de gewichtsverdeling aan om de weerstand zo laag mogelijk te houden wanneer dat kan.