100 Jahre alte Aerodynamik Problem gelöst: Könnte MPG dramatisch erhöhen

100 Jahre

MIT-Forscher entdeckten die Lösung eines vor 100 Jahren von Ludwig Prandtl gestellten Problems. Es bezieht sich auf die Situation, wenn zum Beispiel ein Auto auf und ab einen Hügel beschleunigt, sich dann verlangsamt, um einer Kurve zu folgen, und der Luftstrom um ihn herum nicht mithalten kann und sich von ihm trennt. Dieses aerodynamische Phänomen erzeugt einen zusätzlichen Widerstand, der das Auto verlangsamt und Sie zwingt, mehr Gas zu geben. Gleiches gilt für Flugzeuge, Boote, U-Boote und generell für jedes sich bewegende Objekt, das der oben genannten Regel folgt.

Die MIT-Wissenschaftler berichten eine neue mathematische Erklärung für dieses Phänomen und sagen voraus, wo die Trennung stattfinden wird. George Haller, Gastprofessor am Department of Mechanical Engineering, entwickelte zusammen mit einer Gruppe anderer Forscher eine neue mathematische Theorie, während Thomas Peacock, der Associate Professor für Atlantische Richfield-Karriereentwicklung in derselben Abteilung, Experimente auf der Grundlage von Hallers Theorie machte.

Die Arbeiten zu den Experimenten und der Theorie werden in der Ausgabe vom 25. September des Journal of Fluid Mechanics und in der September-Ausgabe von Physics of Fluids veröffentlicht.

Zum Beispiel, Bildluft umströmt, über und hinter einem Objekt. "Statt fließend über das Objekt zu fließen, neigt die Luft dazu, sich von der Oberfläche zu trennen oder zu trennen", sagte Peacock. Wie das Kielwasser hinter einem Boot wird das Wasser nicht automatisch zu einem einzigen Strom rekonfiguriert. Die Region ist eher turbulent. "Und das wirkt sich nachteilig auf die Auftriebs- (oder Vertikalkräfte) und Zugkräfte (oder horizontalen Kräfte) des Objekts aus."

Ludwig Prandtl leitete 1904 die genauen mathematischen Bedingungen für die Strömungsablösung ab. Aber seine Arbeit hatte zwei Haupteinschränkungen: Erstens galt es nur für stetige Strömungen, wie etwa jene um ein Auto herum, das sich mit einer konstanten niedrigen Geschwindigkeit bewegte. Zweitens galt es nur für idealisierte zweidimensionale Flüsse.

"Die meisten Engineering-Systeme sind jedoch instationär. Die Bedingungen ändern sich ständig ", sagte Haller. "Zum Beispiel beschleunigen und verzögern Autos ebenso wie Flugzeuge bei Manövern, Start und Landung. Außerdem fließen Flüssigkeiten von technologischem Interesse wirklich in unserer dreidimensionalen Welt ", fügte er hinzu.

Als Folge davon gab es seit 1904 intensive Bemühungen, die Ergebnisse von Prandtl auf reale Probleme, d. H. Auf instationäre dreidimensionale Strömungen, auszudehnen.

Die Forschung wurde ursprünglich von einer internen Quelle, dem MIT Ferry Fund, unterstützt. Derzeit wird die Arbeit vom Büro für wissenschaftliche Forschung der Luftwaffe und der National Science Foundation unterstützt.

Die Forscher sagen, dass es noch zu früh ist, um abzuschätzen, wie sehr sich diese Entdeckung auf die Leistung der Fahrzeuge auswirken wird. Dennoch warten wir auf weitere Experimente und theoretische Entwicklungen. Dieses Forschungsfeld könnte in Zukunft auf Elektroautos angewendet werden, also nicht nur für Gasfahrzeuge. "Dies ist die Spitze des Eisbergs, aber wir haben gezeigt, dass diese Theorie funktioniert", sagte Peacock.

Quelle: EurekAlert

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