Komo-Tec im Windkanal von „MIRA“ in England

Beitrag vom 20.02.2017

Komo-Tec im Windkanal von „MIRA“ in England

Eine seriöse Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren erfordert exakte Messmethoden, mit denen jeder Entwicklungsschritt verfolgt und dokumentiert werden kann. Deshalb haben wir schon vor Jahren einen „Schenck“ Leistungsprüfstand für Motoren und einen „SuperFlow“ Scheitelrollenprüfstand für Fahrzeuge angeschafft.

Die Optimierung und Messung aerodynamischer Modifikationen an einem Fahrzeug erfordert jedoch einen ungleich höheren Aufwand. Windkanäle, in denen Fahrzeuge in Originalgröße gemessen werden können, sind äußerst selten, da deren Betrieb mit einem sehr hohen baulichen und finanziellen Aufwand verbunden ist.

In kaum einer anderen fahrzeugtechnischen Disziplin liegen Vermutung und Fakten so weit auseinander, wie bei der Aerodynamik. Das haben auch wir im „MIRA“ Windkanal nach über 50 Messzyklen mit unserer „Exige 460“ erkennen müssen.

Verschiedene Flügelprofile in unterschiedlichen Anstellwinkeln und Positionen und zahlreiche Modifikationen an der Fahrzeugfront und dem Unterbodenverfolgten das gleiche Ziel:

Die optimale aerodynamische Konfiguration zu ermitteln, mit der sowohl für das „Track“ als auch für das „Race“ Aero-Paket der beste Kompromiss zwischen Abtrieb und Luftwiderstand erreicht wird. Dabei stand eine ausgewogene Balance des aerodynamischen Abtriebs auf Vorder–und Hinterachse im Vordergrund. Dieses Abtriebs-Verhältnis soll der statischen Gewichtsverteilung des Fahrzeugs möglichst nahekommen, um die mechanische Fahrwerksauslegung auch in hohen Geschwindigkeitsbereichen unverändert zu unterstützen.

Zu Beginn der Messungen wurden folgende Fahrzeugdaten ermittelt:

Gesamtgewicht: 1.140,80 kg
Gewicht auf der Vorderachse: 412,40 kg
Gewicht auf der Hinterachse: 728,40 kg
Gewichtsverteilung: 36 % / 64 %
Stirnfläche: 1,70 m^2
Luftwiderstandbeiwert cw 0,41   (ohne Heckflügel)
Luftgeschwindigkeit im Kanal: 36 m/s
Alle Kräfte und Momente bei: 160 km/h

 

Die Eingangsmessung – als Basis aller folgenden Untersuchungen – wurde ohne Heckflügel durchgeführt und ergab einen geringen Auftrieb an der Hinterachse.

Die folgende Messung mit dem originalen Heckflügel der „Exige Sport 350“ ergab bereits einen geringen Abtrieb an der Hinterachse von 11,8 kg, dabei stieg gleichzeitig der cw-Wert auf 0,44 und entspricht damit dem Serienstand der „Exige Sport 350“.

Das „Track“ Aero-Paket besteht aus dem 1.350 mm breiten Heckflügel mit einem speziellen, geschwungenen Profil, das ein besonders gutes Verhältnis von Abtrieb- und Luftwiderstand generieren soll, sowie dem „Lotus Motorsport“ Front-Splitter. Die Messungen wurden mit einem Anstellwinkel des äußeren Flügelprofils von 6°, 9°, 12°, 14° durchgeführt.

Der höchste aerodynamische Wirkungsgrad des Systems, also das Verhältnis von Zunahme des Abtriebs zu Zunahme des „Luftwiderstands“ (L / D), wurde mit einem Anstellwinkel des Heckflügels von 12° erreicht.

Der Abtrieb an der Hinterachse beträgt: 50,2 kg (160 km/h)
Der Abtrieb an der Vorderachse beträgt 28,3 kg (160 km/h)
Damit ist die aerodynamische Verteilung 36% / 64%
Die statische Achslastverteilung ist identisch 36% / 64 %
Die erforderliche Antriebsleistung zur
Überwindung des aerodynamischen Widerstands =
61 PS (160 km/h)

Zum Vergleich:

Aerodynamische Antriebsleistung „Sport 350“ 55 PS (160 km/h)
Aerodynamische Antriebsleistung ohne Heckflügel 52 PS (160 km/h)
Effizienz (L / D) -78,5 kg / 101,4 kg = -0,775

Die Abtriebskräfte an Vorder – und Hinterachse nehmen mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu, so dass bei einer Geschwindigkeit von 250 km/h der Abtrieb auf der Hinterachse bereits 122 kg beträgt. Die Befestigung des Flügels auf der Heckklappe durch spezielle Komo-Tec Flügel- Abstützungen trägt dieser Belastung aber Rechnung.

Beim anschließend gemessenen „Race“ Aero-Paket erreicht der maximale Abtrieb auf der Hinterachse mit dem „Race“- Flügel in der 14° Position und einem 5 mm Gurney bei 250 km/h eine Abtriebskraft von 260 kg. Die Befestigung auf der Haube muss daher einer Halterung weichen, die durch die Oberseite des Hecks bis zum Chassis reicht.

Die enormen Abtriebskräfte des „Race“ Heckflügels mit Gurney lassen sich zum aktuellen Entwicklungsstand aber nicht in eine ausgewogene Balance mit dem Abtrieb der Vorderachse bringen.

Der beste Kompromiss aller Forderungen, die an ein Aero-Paket für die Rennstrecke gestellt werden, wurde daher mit dem „Race“ Heckflügel ohne Gurney mit einem Anstellwinkel von 14° und in folgender Konfiguration erreicht:

  • „Race“ Heckflügel (ohne Gurney)
  • Front Splitter „Lotus Motorsport“
  • „Canards“ vorn
  • Splitter Fences
  • Abdeckung der hinteren, unteren Querlenker
  • Anstellwinkel des Unterbodens (Rake) um 0,25° angehoben.

 

Der Abtrieb an der Hinterachse beträgt: 72,5 kg (160 km/h)
Der Abtrieb an der Vorderachse beträgt 44,2 kg (160 km/h)
Damit ist die aerodynamische Verteilung 38% / 62%
Die erforderliche Antriebsleistung zur
Überwindung des aerodynamischen Widerstands =
67,3 PS (160 km/h)

Zum Vergleich:

Aerodynamische Antriebsleistung „Track“ 61,0 PS (160 km/h)
Aerodynamische Antriebsleistung „Sport 350“ 55,0 PS (160 km/h)
Aerodynamische Antriebsleistung ohne Heckflügel 52,2 PS (160 km/h)
Effizienz (L / D) -116,7 kg / 110,4 kg = – 1,057

 

Die Messung in der Gesamtkonfiguration „Track“ – jedoch mit einem Gierwinkel des Fahrzeugs (Yaw angle) von 6° – reduzierte den Gesamtabtrieb um 8,1 kg, verschob aber die aerodynamische Balance geringfügig in Richtung der Hinterachse. Dieser Effekt ist gewünscht, da bei hohen Kurvengeschwindigkeiten und großen Gierwinkeln („Driftwinkeln“) eine zusätzliche Stabilisierung der Hinterachse willkommen ist.

Neben der riesigen Anzahl von Messwerten, konnten wir auch viele interessante Erfahrungen zur komplexen Aerodynamik des Automobils sammeln. Wollfäden an zahlreichen Stellen der Karosserie und Rauchfahnen in den kritischen Bereichen trugen effektiv zur Visualisierung der Strömungsvorgänge rund um unsere „Exige 460“ bei.

Unsere künftigen Entwicklungsschwerpunkte werden auf diesen Erfahrungen aufbauen und sich auf weitere Optimierungen der Fahrzeugfront, des Unterbodens und des Heckdiffusors fokussieren.

 

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Lotus Exige, Tech talk