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Technisches Gebiet:
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Die Erfindung betrifft eine Windkanalanlage zur Strömungsmessung an einem Messobjekt, insbesondere an einem Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik:
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Aerodynamische und aeroakustische Eigenschaften eines Kraftfahrzeugs werden mithilfe einer Windkanalanlage untersucht.
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Dabei ist es besonders wichtig, den zeitlichen und räumlichen Verlauf von Luftverwirbelungen an dem Kraftfahrzeug möglichst realitätsnah zu erfassen.
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Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Windkanalanlage bereitzustellen, mit der Luftverwirbelungen an einem Messobjekt, insbesondere an einem Kraftfahrzeug, zeitlich und räumlich erfassbar dargestellt werden können.
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Beschreibung der Erfindung:
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Windkanalanlage zur Strömungsmessung, insbesondere an einem Kraftfahrzeug, bereitgestellt.
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Die Windkanalanlage umfasst eine Luftaustrittsdüse zur Bildung einer Luftströmung. Die Windkanalanlage umfasst ferner eine Düsenanordnung, welche an der Luftaustrittsdüse angeordnet und eingerichtet ist, in vorgegebenen Zeitabständen und für jeweils eine vorgegebene Zeitdauer Farbpartikel in die Luftströmung zu sprühen.
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Die Erfindung basiert auf Erkenntnissen, dass der zeitliche und räumliche Verlauf von Luftverwirbelungen an einem Messobjekt einer Windkanalanlage derzeit nicht in Echtzeit erfasst und untersucht werden können. Dadurch sind auch eine Dokumentation und eine nachfolgende Analyse der aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften des Messobjekts bzw. des Kraftfahrzeugs nur mit zusätzlichen beispielsweise softwarebasierten Simulationen möglich.
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Eine Optimierung der aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften direkt an dem Messobjekt ist mit einer softwarebasierten Simulation jedoch nicht in Echtzeit realisierbar bzw. verfolgbar. Mit einer Visualisierung von Luftverwirbelungen, mithilfe von an dem Messobjekt angebrachten Fäden oder über eine Rauchsonde in die Luftströmung eingesprühtem Ruß oder Rauch, lässt sich kein zeitlicher oder räumlicher Verlauf der Luftverwirbelungen in Echtzeit und realitätsnah abbilden.
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Ausgehend von diesen Erkenntnissen ist die oben beschriebene Windkanalanlage bereitgestellt.
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Durch das „zeitgesteuerte“ Sprühen von Farbpartikeln in die Luftströmung, wobei die Farbpartikel in den vorgegebenen Zeitabständen und für die jeweils eine vorgegebene Zeitdauer in die Luftströmung gesprüht werden, kann der Verlauf der Luftverwirbelungen an dem Messobjekt zeitlich und räumlich aufgelöst und realitätsnah erfasst und in Echtzeit analysiert werden. Dadurch kann eine aerodynamische bzw. aeroakustische Optimierung an dem Messobjekt in Echtzeit durchgeführt bzw. verfolgt werden.
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Dabei werden die Farbpartikel mithilfe der Düsenanordnung gemäß einem vorab bestimmten Zeitraster in die Luftströmung gesprüht.
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Die Farbpartikeln sind beispielsweise in Form von feinem Farbpulver oder Farbflüssigkeit ausgebildet.
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Beispielsweise umfasst die Düsenanordnung eine Rauchsonde, welche umgangssprachlich auch Rauchlanze genannt wird.
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Beispielsweise umfasst die Düsenanordnung ferner mindestens eine steuer-/regelbare Farbpartikel-Sprühpumpe, welche eingerichtet ist, die Farbpartikel in den vorgegebenen Zeitabständen und für die jeweilig vorgegebene Zeitdauer in die Luftströmung zu sprühen.
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Beispielsweise umfasst die Windkanalanlage eine Regel-/Steueranordnung zum Steuern oder Regeln der Düsenanordnung. Die Regel-/Steueranordnung ist eingerichtet, die Düsenanordnung in den vorgegebenen Zeitabständen und für die jeweilig vorgegebene Zeitdauer zum Sprühen der Farbpartikel einzuschalten.
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Beispielsweise umfasst die Windkanalanlage ferner mindestens zwei Farbpartikel-Kammern, welche mit der Düsenanordnung strömungstechnisch verbunden und eingerichtet sind, mindestens zwei farblich verschiedene Farbpartikel zum Sprühen in die Luftströmung bereitzustellen. Die Düsenanordnung ist beispielsweise ferner eingerichtet, zeitlich aufeinanderfolgend wahlweise Farbpartikel einer ersten der mindestens zwei Farbpartikel-Kammern, Farbpartikel einer zweiten oder einer weiteren der mindestens zwei Farbpartikel-Kammern, oder Farbpartikel von zwei, mehreren oder allen der mindestens zwei Farbpartikel-Kammern in die Luftströmung zu sprühen.
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Dabei sind die mindestens zwei Farbpartikel-Kammern beispielsweise über Farbpartikel-Schläuche mit der Düsenanordnung strömungstechnisch verbunden, über welche die Farbpartikel in Form von feinem Farbpulver oder Farbflüssigkeit aus den jeweiligen Farbpartikel-Kammern zu der Düsenanordnung geführt werden können.
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Beispielsweise umfasst die Düsenanordnung mindestens zwei Farbpartikel-Austrittsöffnungen, welche in einer axialen Richtung der Luftströmung betrachtet, voneinander radial und/oder tangential versetzt angeordnet sind und zum Sprühen der jeweiligen Farbpartikel in die Luftströmung jeweils mit einer der mindestens zwei Farbpartikel-Kammern (beispielsweise über die oben genannten Farbpartikel-Schläuche) strömungstechnisch verbunden sind. Durch diese strömungstechnische Verbindung beispielsweise über die Farbpartikel-Schläuche werden die Farbpartikel aus den jeweiligen Farbpartikel-Kammern zum Sprühen zu den jeweiligen korrespondierenden Farbpartikel-Austrittsöffnungen geführt.
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Beispielsweise umfasst die Windkanalanlage ferner mindestens eine Kamera, welche eingerichtet ist, den Verlauf der Luftströmung als Bilder oder Videos aufzunehmen. Dabei umfasst die mindestens eine Kamera mindestens einen Farbfilter, welcher eingerichtet ist, eine vorgegebene Farbe in aufgenommenen Bildern oder Videosequenzen zu filtern. Mit der Filterung der Farben in den aufgenommenen Bildern oder Videosequenzen wird die Visualisierung der Luftverwirbelungen verbessert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine weitere Windkanalanlage zur Strömungsmessung, insbesondere am Kraftfahrzeug, bereitgestellt.
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Die Windkanalanlage umfasst eine Luftaustrittsdüse zur Bildung einer Luftströmung sowie mindestens zwei Farbpartikel-Kammern zum Bereitstellen von mindestens zwei farblich verschiedenen Farbpartikeln. Die Windkanalanlage umfasst ferner eine Düsenanordnung, welche an der Luftaustrittsdüse angeordnet ist und zur Aufnahme von Farbpartikeln mit den mindestens zwei Farbpartikel-Kammern strömungstechnisch verbunden ist und eingerichtet ist, die mindestens zwei farblich verschiedenen Farbpartikel aus den jeweiligen Farbpartikel-Kammern in die Luftströmung zu sprühen.
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Beispielsweise ist die Düsenanordnung ferner eingerichtet, zeitlich aufeinanderfolgend wahlweise Farbpartikel einer ersten der mindestens zwei Farbpartikel-Kammern, Farbpartikel einer zweiten oder einer weiteren der mindestens zwei Farbpartikel-Kammern, oder Farbpartikel von zwei, mehreren oder allen der mindestens zwei Farbpartikel-Kammern in die Luftströmung zu sprühen.
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Beispielsweise umfasst die Düsenanordnung mindestens zwei Farbpartikel-Austrittsöffnungen, welche in einer axialen Richtung der Luftströmung betrachtet voneinander radial und/oder tangential versetzt angeordnet sind und zum Sprühen der jeweiligen Farbpartikel in die Luftströmung jeweils mit einer der mindestens zwei Farbpartikel-Kammern strömungstechnisch verbunden sind.
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Beispielsweise umfasst die Windkanalanlage ferner mindestens eine Kamera zur Aufnahme von Bildern oder Videosequenzen des Verlaufs der Luftströmung bzw. der Luftverwirbelungen in der Luftströmung. Dabei umfasst die Kamera mindestens einen Farbfilter zum Filtern einer vorgegebenen Farbe in aufgenommenen Bildern oder Videosequenzen.
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Beschreibung der Zeichnung:
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Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt eine einzige Figur in einer schematischen Darstellung einen Abschnitt einer Windkanalanlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit einem als Messobjekt dienenden Kraftfahrzeug.
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Die Windkanalanlage WA umfasst eine Luftaustrittdüse LD, mit der die Windkanalanlage WA eine Luftströmung LS in Richtung zu dem Kraftfahrzeug FZ bildet. Mit der Luftströmung LS wird die aerodynamische Eigenschaft des Kraftfahrzeugs FZ untersucht.
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Die Windkanalanlage WA umfasst ferner eine Messstrecke MS, in bzw. auf der das als Messobjekt dienende Kraftfahrzeug FZ platziert ist.
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Zur visuellen Darstellung des zeitlichen und räumlichen Verlaufs der durch die Form des Kraftfahrzeugs FZ verursachten Luftverwirbelungen an dem Kraftfahrzeug FZ umfasst die Windkanalanalanlage WA ferner eine Düsenanordnung DA, welche an bzw. vor der Luftaustrittdüse LD und somit in der Luftströmung LS angeordnet ist.
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Die Düsenanordnung DA umfasst eine Vielzahl von Farbpartikeln-Austrittsöffnungen FA1, FA2, FA3, FA4, FA5 (in der Figur sind beispielhaft fünf davon dargestellt), welche in einer axialen Richtung AR der Luftströmung LS betrachtet voneinander radial und tangential versetzt und in Form von einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind. Die Farbpartikel-Austrittsöffnungen FA1, FA2, FA3, FA4, FA5 sind eingerichtet, jeweils voneinander farblich unterschiedlichen Farbpartikeln in die Luftströmung LS zu sprühen.
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Die Windkanalanlage WA umfasst ferner eine gleiche Anzahl von Farbpartikel-Kammern FK1, FK2, FK3, FK4, FK5 zum Bereitstellen von den farblich unterschiedlichen Farbpartikeln, welche in Form von Farbpulver oder Farbflüssigkeit gespeichert sind.
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Die Windkanalanlage WA umfasst ferner eine gleiche Anzahl von steuer- bzw. regelbaren Farbpartikel-Sprühpumpen PP1, PP2, PP3, PP4, PP5, welche über Farbpartikel-Schläuche strömungseingangsseitig mit den jeweiligen Farbpartikel-Kammern FK1, FK2, FK3, FK4, FK5 und strömungsausgangsseitig mit den jeweiligen Farbpartikeln-Austrittsöffnungen FA1, FA2, FA3, FA4, FA5 strömungstechnisch verbunden sind.
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Die Windkanalanlage WA umfasst ferner eine Regel-/Steueranordnung RA, welche steuerausgangsseitig mit den Farbpartikel-Sprühpumpen PP1, PP2, PP3, PP4, PP5 signaltechnisch verbunden ist. Die Regel-/Steueranordnung RA ist eingerichtet, die jeweiligen Farbpartikel-Sprühpumpen PP1, PP2, PP3, PP4, PP5 derart zu steuern bzw. zu regeln, dass die entsprechenden Farbpartikeln aus den jeweiligen Farbpartikel-Kammern FK1, FK2, FK3, FK4, FK5 in vorgegebenen Zeitabständen und für jeweils eine vorgegebene Zeitdauer unter einem hohen Druck in die Luftströmung LS gesprüht werden.
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Die Windkanalanlage WA umfasst ferner eine Kamera KM, welche seitlich zu der Messstrecke MS der Windkanalanlage WA angeordnet ist seitlich in Richtung zur Messstrecke MS und somit zum Kraftfahrzeug FZ gerichtet ist. Die Kamera KM ist eingerichtet, den zeitlichen und räumlichen Verlauf der Luftverwirbelungen der Luftströmung LS durch Bild-/Videoaufnahme zu erfassen. Signalausgangsseitig ist die Kamera KM mit einer Analyseanordnung AA der Windkanalanlage WA signaltechnisch verbunden.
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Die Kamera KM umfasst einen integrierten Farbfilter FF, mit dem die Kamera KM in den aufgenommenen Bildern oder Videosequenzen eine oder mehrere Farben filtern kann.
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Nachdem der Aufbau der Windkanalanlage WA anhand der Figur detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend deren Funktion näher beschrieben:
Um den zeitlichen und räumlichen Verlauf der Luftverwirbelungen an dem Kraftfahrzeug FZ in Echtzeit darstellen zu können, steuert die Regel-/Steueranordnung RA die jeweiligen Farbpartikel-Sprühpumpen PP1, PP2, PP3, PP4, PP5 derart, dass die daran angeschlossenen Farbpartikel-Austrittsöffnungen FA1, FA2, FA3, FA4, FA5 die jeweiligen Farbpartikel aus den jeweiligen korrespondierenden Farbpartikel-Kammern FK1, FK2, FK3, FK4, FK5 mit hohem Druck und in vorab bestimmten Zeitabständen, wie z. B. alle 500 Millisekunden, und für jeweils eine vorab bestimmte Zeitdauer, wie z. B. alle 100 Millisekunden, in die Luftströmung LS sprühen bzw. injizieren.
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Diese Farbpartikel färben die vorbeiströmenden Luftstrahlungen der Luftströmung LS, welche sich an dem Kraftfahrzeug FZ durch die Kontur des Kraftfahrzeugs FZ in Luftverwirbelungen umwandeln.
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Damit werden die Farbpartikel gemäß einem vorab bestimmten Zeitraster in die Luftströmung gesprüht und bilden somit in der Luftströmung LS eine räumlich verteilte Farbmuster, welche in der Figur mit Bezugszeichen A, B, C, D, E; A‘, B‘, C‘, D‘, E‘; A‘‘, B‘‘, C‘‘, D‘‘, E‘‘ veranschaulicht ist. Diese Farbmuster und deren zeitliche und räumliche Veränderungen visualisieren den zeitlichen und räumlichen Verlauf der Luftströmung LS bzw. der Luftverwirbelungen an dem Kraftfahrzeug FZ.
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Die Kamera KM erfasst diese Farbmuster bzw. deren zeitlichen und räumlichen Veränderungen. In den von der Kamera KM aufgenommenen Bilder oder Videos werden die Luftverwirbelungen somit dank der injizierten Farbpartikeln „sichtbar“.
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Durch den Farbfilter FF werden die entsprechenden Farben der Farbpartikel in den aufgenommenen Bildern bzw. Videosegmenten selektiert und zur Analyse der Analyseanordnung AA weitergeleitet. Die Analyseanordnung AA ermittelt dann aus den farbgefilterten Bildern bzw. Videosegmenten den zeitlichen und räumlichen Verlauf der jeweiligen Luftverwirbelungen. Anhand der Analyseergebnisse wird die aerodynamische Eigenschaft des Kraftfahrzeugs FZ in Echtzeit untersucht.
