Hucho - Aerodynamik des Automobils: Strömungsmechanik, Fahrdynamik, Thermomanagement, Akustik, Entwicklungswerkzeuge

Vorwort
Inhaltsverzeichnis
Über die Autoren
Abkürzungen
1: Einführung
	1.1 Aufgabenspektrum
		1.1.1 Zielgrößen
		1.1.2 Charakterisierung der Fahrzeugaerodynamik
		1.1.3 Angrenzende Fachgebiete
	1.2 Entwicklung der Fahrzeugaerodynamik
		1.2.1 Der Zeit voraus
		1.2.2 Leitgröße cW
		1.2.3 Rekonstruktion anhand der Literatur
		1.2.4 „Entliehene`` Formen
		1.2.5 Die Stromlinie
		1.2.6 Erste Parameterstudien
	1.3 Von der Kutsche zum Automobil
		1.3.1 Tiefziehen
		1.3.2 Ponton-Karosserie
		1.3.3 Einvolumen-Körper
	1.4 Strategien für die Entwicklung
		1.4.1 Detailoptimierung
		1.4.2 Formoptimierung
		1.4.3 Grenzwert
	1.5 Erscheinungsbild
		1.5.1 Vorderwagen
		1.5.2 Heckformen
		1.5.3 Kamm-Heck
		1.5.4 Schrägheck
		1.5.5 Stufenheck
		1.5.6 Vollheck und Sportback
	1.6 Richtungsstabilität
	1.7 Nutzfahrzeuge
	1.8 Motorräder und Schutzhelme
	1.9 Innere Strömungen
		1.9.1 Motorraum
		1.9.2 Fahrgastraum
	1.10 Symbiose von Design und Aerodynamik
	1.11 Werkzeuge für die Entwicklung
		1.11.1 Windkanäle
		1.11.2 Rating
		1.11.3 Numerische Berechnung - Klassischer Weg
		1.11.4 Numerische Berechnung - Ganzheitliche Verfahren
2: Physikalische Grundlagen der Aerodynamik
	2.1 Grundgleichungen der Strömungsmechanik
		2.1.1 Erhaltungssätze
		2.1.2 Kinematik und Dynamik von Strömungsfeldern
			2.1.2.1 Kontinuumsmechanische Grundbegriffe
			2.1.2.2 Kinematik des Geschwindigkeitsfeldes
			2.1.2.3 Stromlinie, Stromfläche und Stromröhre
		2.1.3 Die Kontinuitätsgleichung
		2.1.4 Die Euler-Gleichung
		2.1.5 Die Bernoulli-Gleichung
		2.1.6 Potenzialtheorie
		2.1.7 Die Navier-Stokes-Gleichung
		2.1.8 Integralformen der Erhaltungssätze
			2.1.8.1 Der Gaußsche Integralsatz
			2.1.8.2 Die Integralform der Kontinuitätsgleichung
			2.1.8.3 Reibungsfreie Stromfadentheorie
			2.1.8.4 Der Impulssatz für reibungsfreie Strömungen
			2.1.8.5 Der Impulssatz mit Reibung
	2.2 Dynamik der reibungsfreien Strömung
		2.2.1 Zur Interpretation von Stromlinienbildern
		2.2.2 Ebene Modellströmungen
			2.2.2.1 Verwendung komplexer Funktionen
			2.2.2.2 Elementarströmungen
				2.2.2.2.1 Parallelströmung
				2.2.2.2.2 Staupunktströmung
				2.2.2.2.3 Strömung um eine scharfe Kante
				2.2.2.2.4 Quelle und Wirbel
			2.2.2.3 Strömungen um Körper
				2.2.2.3.1 Halbkörper
				2.2.2.3.2 Halbkörper in Bodennähe
				2.2.2.3.3 Kreiszylinderströmung und d´Alembertsches Paradoxon
				2.2.2.3.4 Längsangeströmter elliptischer Zylinder
				2.2.2.3.5 Schräg angeströmter elliptischer Zylinder
				2.2.2.3.6 Flügelprofil
		2.2.3 Wirbelströmungen
			2.2.3.1 Das Modell des Wirbelfadens
			2.2.3.2 Wirbelinduktion
			2.2.3.3 Dynamisches Verhalten von Trennflächen
	2.3 Dynamik der reibungsbehafteten Strömung
		2.3.1 Die Reynolds-Zahl
		2.3.2 Das Prandtlsche Grenzschichtkonzept
		2.3.3 Grenzschichtablösung
		2.3.4 Grenzschichtturbulenz
		2.3.5 Widerstand einfacher Körper
			2.3.5.1 Die längsangeströmte Platte
			2.3.5.2 Die querangeströmte Platte
			2.3.5.3 Die Strömung um eine Kugel
			2.3.5.4 Stromlinienkörper
		2.3.6 Mehrkörpersysteme
			2.3.6.1 Stromlinienkörper nebeneinander
			2.3.6.2 Stromlinienkörper hintereinander
			2.3.6.3 Stumpfe Körper hintereinander
		2.3.7 Durchströmte Leitungssysteme
			2.3.7.1 Stromfadentheorie mit Reibung und Energiezufuhr
			2.3.7.2 Druckverlust durchströmter Bauteile
			2.3.7.3 Anlagenkennlinie und Betriebspunkt
			2.3.7.4 Reihen- und Parallelschaltung von Verlustgliedern
			2.3.7.5 Druckverlustbeiwerte von Anlagenkomponenten
				2.3.7.5.1 Verluste bei geradliniger Strömung
				2.3.7.5.2 Umlenkungsverluste
				2.3.7.5.3 Verluste durch Querschnittsänderung
				2.3.7.5.4 Verluste durch Einbauten und Regelorgane
				2.3.7.5.5 Verluste durch Trennung und Zusammenführung
	2.4 Anhang
		2.4.1 Dichte und Viskosität von Luft
		2.4.2 Kompressibilitätseinflüsse
3: Reichweite, Verbrauch und Fahrleistungen
	3.1 Stellenwert des Luftwiderstands
	3.2 Theorie der Fahrwiderstände
		3.2.1 Rollwiderstand
		3.2.2 Luftwiderstand
		3.2.3 Hangabtriebskräfte
		3.2.4 Beschleunigungskräfte
		3.2.5 Gesamt-Fahrwiderstand
		3.2.6 Beispiel zu den verschiedenen Fahrwiderständen
	3.3 Reichweite von Elektrofahrzeugen
		3.3.1 Einflussfaktoren der Reichweite
		3.3.2 Möglichkeiten zur Reichweitensteigerung
		3.3.3 Verbrauch von Elektrofahrzeugen - ab Batterie und ab Steckdose
	3.4 CO2-Emissionen und Verbrauch
		3.4.1 Verbrauchsberechnung
		3.4.2 Verbrauchsmessung, Abgasgesetze und CO2-Äquivalente
	3.5 Fahrleistungen
		3.5.1 Beschleunigung und Elastizität
		3.5.2 Steigfähigkeit
		3.5.3 Höchstgeschwindigkeit
	3.6 Fahrzyklen
		3.6.1 Historie der Fahrzyklen
		3.6.2 WLTP - Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure
		3.6.3 US-Amerikanische Zyklen
		3.6.4 Asiatische Zyklen
		3.6.5 Reale Zyklen und Verbrauchsüberwachung OBFCM
	3.7 Flottenverbrauch und CO2-Gesetzgebung
		3.7.1 Gesetze in der EU
		3.7.2 Gesetze in USA
4: Aerodynamische Kräfte und Momente an Straßenfahrzeugen
	4.1 Luftkräfte und deren Beiwerte
	4.2 Strömungsphänomene an Pkw
		4.2.1 Totwasser
			4.2.1.1 Nicht periodisches Totwasser
			4.2.1.2 Periodisches Totwasser
			4.2.1.3 Ring- und Spiralwirbel
			4.2.1.4 Instationäre Vorgänge
			4.2.1.5 Bistabilität
		4.2.2 Längswirbel
		4.2.3 Durchströmung
		4.2.4 Umgebungseinflüsse
		4.2.5 Einfluss der Reynolds-Zahl
	4.3 Analyse der Anteile am Luftwiderstand
		4.3.1 Druck- und Reibungswiderstand
		4.3.2 Micro-Drag
		4.3.3 Analyse nach Einzelanteilen
			4.3.3.1 Grundform- und induzierter Widerstand
			4.3.3.2 Kühlluftwiderstand
			4.3.3.3 Rauigkeitswiderstand der Anbauteile
			4.3.3.4 Interferenzwiderstand
	4.4 Übrige Komponenten von Luftkraft und -moment
		4.4.1 Auftrieb und Nickmoment
		4.4.2 Seitenkraft und Giermoment
		4.4.3 Rollmoment
	4.5 Widerstand und Auftrieb von Serienfahrzeugen
		4.5.1 Wettbewerbsübersicht nach Fahrzeugklassen
		4.5.2 Widerstandsfläche cW x Ax
		4.5.3 Ringvergleich nach EADE
		4.5.4 Einfluss der Fahrzeugkonzepte
			4.5.4.1 Verbrennungsmotorische Antriebskonzepte
			4.5.4.2 Vollelektrische Antriebe
			4.5.4.3 Geländewägen
		4.5.5 Einfluss von Ausstattung und Motorisierung
		4.5.6 An der Decke fahren?
	4.6 Zukünftige Entwicklung
	4.7 Referenzgeometrien
		4.7.1 Der SAE-Referenzkörper
		4.7.2 Der Ahmed-Körper
		4.7.3 Der DrivAer-Körper
5: Beeinflussung der aerodynamischen Kräfte und Momente
	5.1 Der aerodynamische Entwicklungsprozess
		5.1.1 Zieldefinition
		5.1.2 Projektmeilensteine und Werkzeuge
		5.1.3 Beispiele
	5.2 Einfluss der Grundform
		5.2.1 Fahrzeugfront
			5.2.1.1 Kantenradien
			5.2.1.2 Lage des Staupunktes
			5.2.1.3 Neigung und z-Lage der Motorhaube
		5.2.2 Greenhouse und Seitenflächen
			5.2.2.1 Windschutzscheibe
			5.2.2.2 A-Säule
			5.2.2.3 Dach
			5.2.2.4 Seitenflächen
		5.2.3 Fahrzeugheck
			5.2.3.1 Die drei klassischen Heckformen
			5.2.3.2 Heckscheibenneigung
			5.2.3.3 Übergang von Seiten- zu Heckflächen
			5.2.3.4 Abrisskanten und Heckspoiler
			5.2.3.5 Heckeinzug
			5.2.3.6 Kofferraumdeckel
		5.2.4 Systematisierung
	5.3 Kühllufteinfluss
		5.3.1 Einströmverluste
		5.3.2 Druckverluste bei der Kühler- und Motorraumdurchströmung
		5.3.3 Stoß- und Impulsverluste beim Kühlluftaustritt
		5.3.4 Wechselwirkung von Kühlluft und Umströmung
		5.3.5 Aktive Systeme
	5.4 Anbauteile
		5.4.1 Unterbodengruppe
		5.4.2 Bodenabstand und Fahrzeuglage
		5.4.3 Räder und Radhäuser
			5.4.3.1 Reifen
			5.4.3.2 Strömungstopologie
			5.4.3.3 Auswirkungen des drehenden Rades auf das Gesamtfahrzeug
			5.4.3.4 Felge
			5.4.3.5 Radhäuser
		5.4.4 Außenspiegel
		5.4.5 Sonstige Anbauteile
	5.5 Interferenz
		5.5.1 Heckabstimmung
		5.5.2 Wechselwirkung von sonstigen Fahrzeugkomponenten
		5.5.3 Pkw mit Anhänger
		5.5.4 Kolonnenfahrt
		5.5.5 Überholvorgänge
			5.5.5.1 Auswirkung auf das zu überholende Fahrzeug
			5.5.5.2 Auswirkung auf das überholende Fahrzeug
6: Aerodynamik und Fahrstabilität
	6.1 Instationäre aerodynamische Kräfte und Momente
		6.1.1 Überholvorgänge
		6.1.2 Seitenwind und Einfluss von Verkehr
			6.1.2.1 Der natürliche Wind und sein Einfluss auf die Anströmung eines Fahrzeuges
			6.1.2.2 Test- und Bewertungsmethoden
	6.2 Fahrdynamische Auswirkungen
		6.2.1 Einspurmodell
		6.2.2 Auftriebsverhalten
			6.2.2.1 Eigenlenkverhalten
			6.2.2.2 Stabilität und Geradeauslauf
			6.2.2.3 Bremsverhalten
		6.2.3 Auslegung der aerodynamischen Achsentlastungen
		6.2.4 Seitenwindverhalten
			6.2.4.1 Fahrzeuganregung durch Seitenwind
			6.2.4.2 Fahrzeugreaktionen auf Seitenwind
			6.2.4.3 Bewertung des Seitenwindverhaltens
			6.2.4.4 Anwendungsbeispiel
7: Funktion, Sicherheit und Komfort
	7.1 Bauteilbelastung
		7.1.1 Bauteillasten und deren Bestimmung
		7.1.2 Türen, Klappen, Außenspiegel, Stoßfänger, Schiebedächer, AIRCAP
		7.1.3 Scheibenwischer
	7.2 Komfort bei offenem Fahren
		7.2.1 Zielsetzung
		7.2.2 Strömung bei geöffnetem Verdeck
		7.2.3 Windgeräuschentstehung bei Cabriolets
		7.2.4 Thermischer Komfort
		7.2.5 Konstruktive Lösungen - Cabriolets
		7.2.6 Konstruktive Lösungen - Schiebedächer
	7.3 Wassermanagement zur Sichtfreihaltung bei Regenfahrten
		7.3.1 Verschmutzungsquellen und physikalische Grundlagen
			7.3.1.1 Unterscheidung von Fremd- und Eigenverschmutzung
			7.3.1.2 Strömungstechnische Phänomene
				7.3.1.2.1 Tropfen in freier Strömung
				7.3.1.2.2 Tropfenaufprall
				7.3.1.2.3 Benetzung und Ausbreitung entlang fester Oberflächen
		7.3.2 Fremdverschmutzung
			7.3.2.1 Ursachen der Fremdverschmutzung
				7.3.2.1.1 Seitenscheibenverschmutzung durch Wasserüberlauf im Bereich A-Säule
				7.3.2.1.2 Seitenscheiben- und Spiegelglasverschmutzung durch den Außenspiegel
				7.3.2.1.3 Fremdverschmutzung der Heckscheibe
				7.3.2.1.4 Wischernachziehen auf der Windschutzscheibe
			7.3.2.2 Konstruktive Maßnahmen gegen Fremdverschmutzung
				7.3.2.2.1 Reduzierung des Überlaufens über die A-Säule
				7.3.2.2.2 Reduzierung der Verschmutzung durch den Außenspiegel
				7.3.2.2.3 Reduzierung der Heckscheibenverschmutzung
				7.3.2.2.4 Reduzierung des Wischernachziehens
				7.3.2.2.5 Einsatz hydrophober Beschichtungen
		7.3.3 Eigenverschmutzung
			7.3.3.1 Ursachen der Eigenverschmutzung
			7.3.3.2 Konstruktive Maßnahmen gegen Eigenverschmutzung
				7.3.3.2.1 Reduzierung der Türgriffverschmutzung
				7.3.3.2.2 Reduzierung der Heckscheibenverschmutzung
		7.3.4 Numerische Zweiphasensimulation
			7.3.4.1 Numerische Methoden der Zweiphasenströmung
				7.3.4.1.1 Volume-of-Fluid-Methode
				7.3.4.1.2 Fluid-Film
				7.3.4.1.3 Lagrange
			7.3.4.2 Beispiele aus der Praxis
				7.3.4.2.1 Sprayaufprall auf den Außenspiegeln
				7.3.4.2.2 Abtropfen am Außenspiegel
				7.3.4.2.3 Wischernachziehen auf der Windschutzscheibe
				7.3.4.2.4 Wasserüberlauf über die A-Säule
				7.3.4.2.5 Wasseraustritt aus der Türfuge und Verhalten am Spiegeldreieck
				7.3.4.2.6 Eigenverschmutzung von Seitenwand und Heckscheibe
8: Kühlung und Durchströmung
	8.1 Anforderungen an die Kühlung
		8.1.1 Repräsentative Betriebszustände
			8.1.1.1 Höchstgeschwindigkeit
			8.1.1.2 Fahrt mit Anhänger
			8.1.1.3 Bergfahrten
			8.1.1.4 Leerlauf
			8.1.1.5 Ladevorgang
		8.1.2 Komponenten und Systeme
			8.1.2.1 Verbrennungsmotor
			8.1.2.2 Motorfrischluft
			8.1.2.3 Getriebe
			8.1.2.4 Achsgetriebe
			8.1.2.5 Elektromotor
			8.1.2.6 Batterie
			8.1.2.7 Leistungselektronik
			8.1.2.8 Klimatisierung
			8.1.2.9 Bauteile
		8.1.3 Weitere Anforderungen
			8.1.3.1 Fahrzeugdesign
			8.1.3.2 Bauraum
			8.1.3.3 Fahrzeugsicherheit
			8.1.3.4 Akustik
	8.2 Kühlsystem
		8.2.1 Motorkühlkreislauf
		8.2.2 Grundlagen der Wärmeübertragung
			8.2.2.1 Wärmeleitung
			8.2.2.2 Konvektiver Wärmetransport
			8.2.2.3 Wärmestrahlung
		8.2.3 Wärmetauscher Bauarten
			8.2.3.1 Gleichstrom- und Gegenstromwärmetauscher
			8.2.3.2 Kreuzstromwärmetauscher
			8.2.3.3 Berechnung der Wärmetauscherleistung
		8.2.4 Wärmetauscher im Fahrzeug
			8.2.4.1 Kühlmittelkühler
			8.2.4.2 Ladeluftkühler
			8.2.4.3 Motor- und Getriebeölkühler
			8.2.4.4 Klimakondensatoren
	8.3 Durchströmung
		8.3.1 Betriebspunkte
		8.3.2 Kühlmodul
			8.3.2.1 Positionen im Fahrzeug
			8.3.2.2 Wärmetauscheranordnung
		8.3.3 Lüfter
	8.4 Optimierung des Gesamtsystems
		8.4.1 Berechnung des Kühlluftmassenstroms
		8.4.2 Einflussparameter der Durchströmung
		8.4.3 Lufteintritte und Kühlluftführung
		8.4.4 Kühlermatrix
		8.4.5 Lüfter
		8.4.6 Motorraum
		8.4.7 Luftaustritte
	8.5 Messtechnik für Kühlluftströmung
		8.5.1 Flügelradanemometer
		8.5.2 Druckmessungen
		8.5.3 Optische Messmethoden
		8.5.4 Hitzdraht-Anemometrie
9: Aeroakustik - Umströmung, Durchströmung, besondere Effekte
	9.1 Bedeutung der Aeroakustik für das Innen- und Außengeräusch von Kraftfahrzeugen
	9.2 Aeroakustische Geräuschentstehung
	9.3 Aeroakustische Messtechnik
		9.3.1 Aeroakustische Windkanäle
		9.3.2 Messung von Innengeräuschen
		9.3.3 Messung von Außengeräuschen
			9.3.3.1 Verwendung von Oberflächenmikrofonen
			9.3.3.2 Intensitätsmessungen mit Spezialsonden
			9.3.3.3 Mikrofonarrays
			9.3.3.4 Hohlspiegelmikrofone
		9.3.4 Messung von Körperschall
		9.3.5 Schallquellenortung mithilfe von Spezialinstrumenten
			9.3.5.1 Dichtigkeitsprüfungen mit Ultraschall
			9.3.5.2 Mikrofonsonden
	9.4 Hauptgeräuschquellen und Minderungsmöglichkeiten
		9.4.1 Leckagen
		9.4.2 Außenspiegel
		9.4.3 Scheibenwischer
		9.4.4 Antennen
		9.4.5 A-Säule
		9.4.6 Hohlraumresonanzen
		9.4.7 Schiebedach-Öffnungsgeräusche
		9.4.8 Radhäuser
		9.4.9 Unterboden
		9.4.10 Innengeräuschreduzierung durch Verwendung spezieller Akustikscheiben
		9.4.11 Cabriolets
		9.4.12 Klimatisierungssysteme
			9.4.12.1 Relevanz des Geräusches der HVAC-Anlage
			9.4.12.2 Optimierungen durch Gestaltung der Luftführung
		9.4.13 Kühlerlüfter
	9.5 Aspekte der realen Straßenfahrt
		9.5.1 Instationäre Aeroakustik
			9.5.1.1 Situation bei Straßenfahrt
			9.5.1.2 Bewertung des Innengeräusches bei Schräganströmung
			9.5.1.3 Quasistationäre Simulationsverfahren
			9.5.1.4 Systeme zur Turbulenzerzeugung in Windkanälen
			9.5.1.5 Analyse instationärer Windgeräusche
		9.5.2 Einfluss der Raddrehung auf das Innengeräusch
10: Hochleistungsfahrzeuge
	10.1 Einführung
		10.1.1 Definition
		10.1.2 Kleine Vorschau
	10.2 Auszug aus der Geschichte
		10.2.1 Rennwagen
		10.2.2 Rekordfahrzeuge
			10.2.2.1 Höchstgeschwindigkeit
			10.2.2.2 Schallnahe Geschwindigkeiten
			10.2.2.3 Andere Rekordziele
		10.2.3 Sportwagen
	10.3 Fahrzeugklassen
	10.4 Rennstrecken
	10.5 Reglements
	10.6 Aerodynamik, Fahrleistungen und Fahreigenschaften
		10.6.1 Luftwiderstand
		10.6.2 Abtrieb
		10.6.3 Balance
		10.6.4 Fahrverhalten
		10.6.5 Effizienz
		10.6.6 Kühlung- und Belüftung
		10.6.7 Schräganströmung
		10.6.8 Windschatten
	10.7 Aerodynamik der Bauteile
		10.7.1 Grundkörper
		10.7.2 Flügel
			10.7.2.1 Aufgaben
			10.7.2.2 Funktion
			10.7.2.3 Widerstand
			10.7.2.4 Induzierter Widerstand
			10.7.2.5 Mehrere Flügel
		10.7.3 Spoiler und Gurneys
		10.7.4 Bodeneffekt
		10.7.5 Diffusoren
			10.7.5.1 Funktion
			10.7.5.2 Auslegung
			10.7.5.3 Erzeugung von Abtrieb
			10.7.5.4 Reduktion des Widerstands
			10.7.5.5 Schlussfolgerung
		10.7.6 Ein- und Auslässe
		10.7.7 Luftleitelemente
		10.7.8 Räder
11: Nutzfahrzeuge
	11.1 Zielgruppe
	11.2 Fahrwiderstände & Energieverbrauch
	11.3 Grundlagen der Nutzfahrzeugaerodynamik
		11.3.1 Gerad- und Schräganströmung
		11.3.2 Gesetzliche Rahmenbedingungen
			11.3.2.1 Fahrzeugfront
			11.3.2.2 Fahrzeugheck
	11.4 Werkzeuge der Nfz-Aerodynamik
		11.4.1 Herausforderungen beim Nfz
		11.4.2 Modellwindkanal
		11.4.3 Großwindkanal
		11.4.4 CFD-Simulation
		11.4.5 Fahrversuche mit Radnabenmesseinrichtung
	11.5 Luftwiderstandsoptimierung beim Lkw
		11.5.1 Charakteristische Strömungs- und Druckverhältnisse
		11.5.2 Fahrerhaus und Übergang zum Aufbau
		11.5.3 Spiegel und Anbauteile am Fahrerhaus
		11.5.4 Motorraumdurchströmung
		11.5.5 Chassis
		11.5.6 Auflieger & Aufbau
		11.5.7 Konzeptfahrzeuge
	11.6 Luftwiderstandsoptimierung beim Omnibus
		11.6.1 Charakteristische Strömungs- und Druckverhältnisse
		11.6.2 Front
		11.6.3 Rückspiegel
		11.6.4 Scheibenwischer
		11.6.5 Unterboden
		11.6.6 Räder und Radabdeckungen
		11.6.7 Motorraumdurchströmung
		11.6.8 Heck
	11.7 Aerodynamische Wechselwirkungen
		11.7.1 Kolonnenfahrt
		11.7.2 Umsturz- und Seitenwindempfindlichkeit
		11.7.3 Aerodynamische Lasten auf Bauteile
		11.7.4 Staubaufwirbelung
		11.7.5 Warmluftansaugung
		11.7.6 Abgasmanagement
	11.8 Fahrzeugverschmutzung
		11.8.1 Aufgabenstellung und Untersuchungsmethoden
		11.8.2 Fremdverschmutzung
		11.8.3 Eigenverschmutzung
12: Motorradaerodynamik
	12.1 Einleitung
	12.2 Historischer Rückblick und heutige Motorradbauformen
		12.2.1 Historie der Motorradaerodynamik
		12.2.2 Heutige Bauformen und Kategorien
		12.2.3 Sonderbauformen
	12.3 Aufgaben der Aerodynamik
		12.3.1 Aerodynamische Kräfte und Momente
		12.3.2 Aerodynamik und Längsdynamik
			12.3.2.1 Höchstgeschwindigkeit
			12.3.2.2 Auftriebseffekte
		12.3.3 Aerodynamik und Querdynamik
			12.3.3.1 Kurvenfahrt
			12.3.3.2 Auftriebseffekte
			12.3.3.3 Schräganströmung
		12.3.4 Kühlung und Durchströmung
		12.3.5 Wind- und Wetterschutz
		12.3.6 Aeroakustik
	12.4 Entwicklungsmethoden
		12.4.1 Der Entwicklungsprozess
		12.4.2 Simulation (CFD)
			12.4.2.1 Simulationsmodell
			12.4.2.2 Ergebnisse an der Oberfläche
			12.4.2.3 Ergebnisse im Strömungsfeld
		12.4.3 Windkanal
			12.4.3.1 Stationäre Räder
			12.4.3.2 Drehende Räder
			12.4.3.3 Reproduzierbarkeit, Fahrereinfluss
			12.4.3.4 Strömungsvisualisierung
			12.4.3.5 Aeroakustik
			12.4.3.6 Verschmutzung
		12.4.4 Fahrversuch
			12.4.4.1 Fahrstabilität
			12.4.4.2 Seitenwind
			12.4.4.3 Wind- und Wetterschutz
			12.4.4.4 Verschmutzung
			12.4.4.5 Aeroakustik
		12.4.5 Ausblick - Weiterentwicklung der Entwicklungsmethoden
	12.5 Aerodynamische Gestaltung, Beispiele aus der Praxis
		12.5.1 Maßnahmen der aerodynamischen Gestaltung für Widerstand und Auftrieb
		12.5.2 Gestaltung von Durchströmung, Kühlung und Hitzeschutz
		12.5.3 Maßnahmen für Wind- und Wetterschutz
	12.6 Ausblick
13: Schutzhelme
	13.1 Schutzfunktion und Aufbau
	13.2 Motorradhelme
		13.2.1 Aerodynamik
			13.2.1.1 Entwicklungsziele
			13.2.1.2 Helmgeometrie
				13.2.1.2.1 Spoiler
				13.2.1.2.2 Strukturierte Oberfläche
			13.2.1.3 Blickrichtung
			13.2.1.4 Einfluss der Halslänge (Schulterfreiheit)
			13.2.1.5 Sitzposition und Frontscheibe
		13.2.2 Aeroakustik
			13.2.2.1 Entwicklungsziele und Lärmbelastung
			13.2.2.2 Mechanismen und Einflussparameter der Schallerzeugung
			13.2.2.3 Wahrnehmung von Umweltsignalen
			13.2.2.4 Ansätze zur Lärmreduktion
		13.2.3 Belüftung und Regentests
	13.3 Helme für offene Rennfahrzeuge
		13.3.1 Geschichtliches
		13.3.2 Aerodynamik und Belüftung
		13.3.3 Akustik
	13.4 Mess- und Simulationstechnik
		13.4.1 Abgrenzung
		13.4.2 Windkanal
		13.4.3 Aerodynamische Kräfte
		13.4.4 Aeroakustik und Kunstkopfmesstechnik
		13.4.5 Numerische Berechnungen der Strömung (CFD)
14: Windkanäle und Messtechnik
	14.1 Aufgabenstellung
	14.2 Aufbau und Funktion von Windkanälen
	14.3 Komponenten von Fahrzeugwindkanälen
		14.3.1 Die Windkanaldüse
		14.3.2 Die Messstrecke
		14.3.3 Der Kollektor
		14.3.4 Die Plenumshalle
		14.3.5 Die Luftführung
			14.3.5.1 Diffusoren
			14.3.5.2 Umlenkecken
			14.3.5.3 Siebe
			14.3.5.4 Gleichrichter
		14.3.6 Akustische Maßnahmen
			14.3.6.1 Akustische Aspekte der Windkanalgebläse
			14.3.6.2 Maßnahmen zur Scherschichtstabilisierung
		14.3.7 Bodensimulation
		14.3.8 Instationäre Strömungen und Böensimulation
	14.4 Interferenzeffekte zwischen Windkanal und Fahrzeug
		14.4.1 Grundidee der Windkanalkorrektur
		14.4.2 Windkanalkorrekturen in der geschlossenen Messstrecke
		14.4.3 Windkanalkorrekturen in der offenen Messstrecke
		14.4.4 Versperrungskorrekturen in Klima- und Thermowindkanälen
	14.5 Aerodynamische Messungen
		14.5.1 Versuchsablauf
		14.5.2 Messung der Strömungsgeschwindigkeit
			14.5.2.1 Messung der Strömungsgeschwindigkeit außerhalb und innerhalb des Testobjektes
			14.5.2.2 Kontaktlose Messung der Geschwindigkeit
			14.5.2.3 Messung der Strömungsrichtung
		14.5.3 Druckmessungen
			14.5.3.1 Dynamischer Druck
			14.5.3.2 Statischer Druck
			14.5.3.3 Messwertaufnehmer für Drücke
		14.5.4 Messung aerodynamischer Kräfte und Momente
			14.5.4.1 Windkanalwaagen
			14.5.4.2 Zerlegung der aerodynamischen Kräfte und Momente in ihre Komponenten
			14.5.4.3 Messung der Stirnfläche
		14.5.5 Sichtbarmachen der Strömung
		14.5.6 Untersuchung der Fahrzeugverschmutzung
			14.5.6.1 Simulation der Fremdverschmutzung
			14.5.6.2 Simulation der Eigenverschmutzung
		14.5.7 Motorkühlungstests
		14.5.8 Heizungs- und Klimatisierungstests
			14.5.8.1 Entfrostungs- und Entfeuchtungstest
				14.5.8.1.1 Entfrostungstest
				14.5.8.1.2 Entfeuchtungstest
		14.5.9 Straßenmessungen
			14.5.9.1 Bestimmung des Luftwiderstands im Auslaufversuch
			14.5.9.2 Seitenwindversuche
			14.5.9.3 Motorkühlungstests auf der Straße
			14.5.9.4 Verschmutzung von Glasflächen und Karosserieteilen
			14.5.9.5 Windgeräuschmessung auf der Straße
				14.5.9.5.1 Innengeräuschmessungen
				14.5.9.5.2 Außengeräuschmessungen
		14.5.10 Anforderungen der WLTP-Norm an Windkanäle
		14.5.11 Spezielle Ausrüstung in Klima- und Thermowindkanälen
	14.6 Messungen in verkleinertem Maßstab
	14.7 Ausgeführte Fahrzeugwindkanäle
		14.7.1 Windkanäle für Fahrzeuge im 1:1-Maßstab
		14.7.2 Modellwindkanäle
		14.7.3 Klima- und Thermowindkanäle
		14.7.4 Übersicht und Vergleichsmessungen
	14.8 Ausblick
15: Numerische Methoden
	15.1 Dreidimensionale Simulation reibungsbehafteter Strömungen
		15.1.1 Anforderungen und Eigenschaften von CFD-Verfahren
		15.1.2 Grundzüge der kinetischen Gastheorie
		15.1.3 Lattice-Methoden
			15.1.3.1 Lattice-Gas (LGA)
			15.1.3.2 Lattice-Boltzmann am Beispiel des CFD-Codes PowerFLOW
				15.1.3.2.1 Räumliche und zeitliche Diskretisierung
				15.1.3.2.2 Turbulenzmodellierung
				15.1.3.2.3 Verlauf einer Simulation
				15.1.3.2.4 Genauigkeit
		15.1.4 Navier-Stokes-Verfahren
			15.1.4.1 RANS-Verfahren
				15.1.4.1.1 Die Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen
				15.1.4.1.2 Turbulenzmodelle
				15.1.4.1.3 Wandbehandlung
				15.1.4.1.4 Ergebnisse
			15.1.4.2 Large-Eddy-Simulation
				15.1.4.2.1 Grundgleichungen zur Large-Eddy-Simulation
				15.1.4.2.2 Anforderungen einer LES an das Rechengitter
				15.1.4.2.3 Anforderungen einer LES an die Numerik
				15.1.4.2.4 LES in der Grenzschicht
				15.1.4.2.5 LES mit Wandfunktionen (WMLES)
				15.1.4.2.6 Log-Layer-Missmatch
				15.1.4.2.7 Laminar-turbulente Transition
			15.1.4.3 Hybride LES/RANS-Verfahren
				15.1.4.3.1 Das DES-Modell
				15.1.4.3.2 Stabilität
				15.1.4.3.3 Grey-Area-Problem
				15.1.4.3.4 Modeled Stress Depletion
				15.1.4.3.5 Das DDES-Modell
				15.1.4.3.6 DDES mit Grey-Area-Modell (σ-DDES)
				15.1.4.3.7 Enhanced DDES
				15.1.4.3.8 IDDES
				15.1.4.3.9 PANS
				15.1.4.3.10 FSM
				15.1.4.3.11 Ergebnisse von hybriden LES/RANS-Verfahren am 25-Ahmed-Körper
				15.1.4.3.12 Ergebnisse von hybriden LES/RANS-Verfahren an Fahrzeugen
			15.1.4.4 Direkte numerische Simulation
			15.1.4.5 Potenzialtheoretische Verfahren (BEM)
				15.1.4.5.1 Kopplung zonaler Lösungen
				15.1.4.5.2 Potenzialtheorie
				15.1.4.5.3 Festkörpersimulation
				15.1.4.5.4 Nachlaufsimulation
				15.1.4.5.5 Druckberechnung, Totaldruckverlust
				15.1.4.5.6 Ergebnisse
		15.1.5 Rotierende Geometrien (Räder, Lüfter)
			15.1.5.1 Rotating Wall
			15.1.5.2 Moving Reference Frame (MRF)
			15.1.5.3 Sliding Mesh
			15.1.5.4 Overset/Chimera Meshes
		15.1.6 Poröse Medien (Wärmetauscher)
		15.1.7 Der Lösungsweg
			15.1.7.1 Diskretisierung
				15.1.7.1.1 Finite-Differenzen-Methode
				15.1.7.1.2 Finite-Volumen-Methode
				15.1.7.1.3 Finite-Elemente-Methode
				15.1.7.1.4 Zeitliche Integration
				15.1.7.1.5 Konvergenz
			15.1.7.2 Numerisches Rechengitter
			15.1.7.3 Lösungsalgorithmen
				15.1.7.3.1 Druckkorrekturverfahren
				15.1.7.3.2 Lösung des linearen Gleichungssystems
				15.1.7.3.3 Iterative Verfahren: Splitting-Verfahren
				15.1.7.3.4 Iterative Verfahren: Krylov-Unterraum-Verfahren
				15.1.7.3.5 Kondition
				15.1.7.3.6 Präkonditionierung
				15.1.7.3.7 Mehrgitter-Verfahren
			15.1.7.4 Postprocessing
				15.1.7.4.1 Auswertungen an der Fahrzeugoberfläche
				15.1.7.4.2 Auswertungen im Strömungsfeld
		15.1.8 Hardware und Benchmarking
			15.1.8.1 Rechnerarchitekturen
				15.1.8.1.1 Vektorrechner
				15.1.8.1.2 Massiv parallele Systeme (MPP)
				15.1.8.1.3 GPU-Computing
				15.1.8.1.4 Wafer Scale Engine (WSE)
			15.1.8.2 Rechnerperformance
		15.1.9 Integration von CFD in den Entwicklungsprozess
		15.1.10 Optimierung
			15.1.10.1 Design of Experiment (DoE)
			15.1.10.2 Response Surface Modelling (RSM)
			15.1.10.3 Adjoint-Methode
		15.1.11 Ausblick
	15.2 Simulation der Aeroakustik von Fahrzeugen
		15.2.1 Einleitung
		15.2.2 Berechnung der Quellgebiete
		15.2.3 Quellen und Schallfeld im Außenbereich
			15.2.3.1 Wellenzahl-Frequenz-Analyse
			15.2.3.2 Aeroakustische Analogien
			15.2.3.3 Kirchhoff-Integral-Methode
			15.2.3.4 Linearisierte Euler-Gleichungen
			15.2.3.5 Akustische Störungsgleichungen
		15.2.4 Transfer in den Innenraum
		15.2.5 Beispiele aus der Praxis
		15.2.6 Zusammenfassung und Ausblick
Institute, Organisationen, Veranstaltungen
	.0 Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Verbrennungsmotoren Stuttgart (FKFS)
	.0 Institut Aérotechnique Saint Cyr (IAT)
	.0 Motor Industry Research Association (MIRA)
	.0 Pininfarina Aerodynamic & Aeroacoustic Research Center
	.0 RUAG
	.0 Shanghai Automotive Wind Tunnel Center (SAWTC)
	.0 European Aerodynamic Data Exchange (EADE)
	.0 European Car Aerodynamic Research Association (ECARA)
	.0 Subsonic Aerodynamic Testing Association (SATA)
	.0 Arbeitskreis 6 „Aerodynamik`` der Forschungsvereinigung Automobiltechnik e. V. (FAT) im VDA
Formelzeichen
Literatur
Stichwortverzeichnis