Ram-Air und der Trabi

Guten Morgen,

ich bin ein wenig am rechnen. Zum Glück habe ich den einen Link gefunden, den der beschäftigt sich mit genau der Thematik und enthält alle Rechnungen, die ich erstmal brauche.

Wichtig ist erstmal die Differenggeschwindigkeit möglichst zu erhöhen. Die Differenzgeschwindigkeit ist die Differenz der gefahrenen Geschwindigkeit (oder besser der relativen Geschwindigkeit, also Windgeschwindigkeit) und der Strömungsgeschwindigkeit im Einlass des Rohres zum Vergaser.

Die gefahrene Geschwindigkeit soll 110km/h betragen also 30,55 m/s
Die Strömungseschwindigkeit im Rohr(habe hier den Gummischlauch von Luftfilter und Vergaser angenommen) beträgt 29,8 m/s oder 85,8km/h bei 4000U/min.
Die Differenz daraus wäre jetzt 0,75 m/s oder 2,719 km/h. Das ist physikalisch ausgedrückt: Sch... (das soll schlecht heißen, was dachtet ihr denn )
Die Differenzgeschwindigkeit (V diff)muss aber so hoch wie möglich, um etwas zu erreichen. Hierzu eine weitere Überlegung:

Um V diff zu erhöhen kann ich entweder die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöhen (was ich in unserem Fall nicht kann) oder aber die Strömungsgeschwindigkeit am Eintritt des Rohres zum Vergaser (nennen wir mal Rv) absenken, das kann ich. Dazu muss die Querschnittsfläche erhöht werden und schwups ist die Luft dort schön langsam. Von diesem Großen Querschnitt muss ich dann langsam auf dem vom Rv kommen. Und da ist er, unser Trichter.
Da Bernoulli aber lehrt, das der Druck bei Querschnittsveringerungen absinkt können wir uns den Effekt auch noch zu nutze machen um ähnlich der Strahlpumpe oder dem Venturirohr die Druckdifferenz als Antrieb für weitere Luft zu benutzen. Man bedenke, hier fließt die Luft immerhin mit 85km/h (bei 4000U/min und 46mm Rohrdurchmesser)!

Nehmen wir einen Trichter an, der vorne eine Querschnittsfläche von 200x200mm und hinten das 46er Rohr hat, dann ist die Strömungsgeschwindigkeit am Eintritt:
Vs ist die dort herschende Strömungsgeschwindigkeit,
L th der luftverbrauch des Motors bei festgelegter Drehzahl, hier 4000 U/min
und As ist die Querschnittsfläche von den zu durchströmenden Körper. Hier nehmen wir die Eintrittsfläche unseres Trichters an, da wir die hier herschende Geschwindigkeit benötigen um später V diff zu errechnen.

Vs(in m/s) = L th(m³/s) : As (in m²)
Vs = 0,0396m³/s : (0,2m x 0,2m)
Vs= 0,099m/s

Dann ist unser neues V diff= 30,55m/s-0,099m/s= 30,451m/s
Man bedenke, wir hatten ohne Trichter 0,75m/s !!!

Der Staudruck (N/mm²) ist: p= 0,5 x 1,295kg/m³ x (30,451m/s)²
p= 600,4 N/mm² oder um uns wieder zu ernüchtern: 0,006 bar

Wir müssen also alles darauf setzten die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen und auch dafür ist der Trichter bestens geeignet (laut Bernoulli). Will jetzt aber erstmal frühstücken

So, ich habe mir das Ziel von 30mbar gesetzt. Dieser Druck wurde in einem Bericht erreicht, den ich kürzlich gelesen habe. Allerdings mit einem Motorrad und mehr als doppelter Geschwindigkeit

Laut meiner Berechnung muss ich den Luftstrom von 110km/h auf 245km/h beschleunigen um diese 0,03bar zu erreichen. Das wird knifflig aber Flugzeuge wurden auch nicht an einem Tag entwickelt. Mich fesselt immernoch der Bernoulli-Effekt und die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit von der Querschnittsfläche. Hier können wir doch bestimmt was zusammen puzzlen. Ich habe da auch schon eine idee, die an die Verdichterstufen eines Axialverdichters angelehnt ist ist, allerdings ohne das sich etwas Dreht. Strömung haben wir ja, also brauchen wir diese nicht durch eine Drehbewegung hervorrufen. Jetzt müssen wir erstmal jede Luft, die wir kriegen können so stark beschleunigen wie wir können.
Wenn ich nur Einen geschlossenen Trichter vorne ranpapp fällt der Druck zum kleiner werdenden Querschnitt ab. Diesen Druckabfall kann ich mir zunutze machen um weitere Luft in Bewegung zu versetzen. Schlecht ist nur das mein Platz begrenzt ist. Denn wenn ich die super tolle Trichterverdichterkonstruktion in mein 46er Rohr münden lasse muss ich die Geschwindigkeit der Luft aus der super tollen Trichterverdichterkonstruktion abermals beschleunigen um nicht wieder die Differenzgeschwindigkeit in den Dreck zu ziehen. Dann müsste ich aus den 110km/h theoretisch ca.330km/h machen um das auszubügeln. Und das geht echt in den Bereich den unmöglichen, das muss ich leider mal zugeben.
Also muss ich irgendwie wieder die Differenzgeschwindigkeit erhöhen, die jetzt ja zwischen Auslass der super tollen Trichterverdichterkonstruktion und Einlass des Rv besteht.

Hi, leider ist die Praxis noch nicht möglich, also hangel ich mich an jeden Strohhalm der Theorie
Zum messen meines fraglichen Erfolgs werde ich mir eine Strecke aussuchen, die ich einmal mit und einmal ohne Ram-Air fahre. Bei bestimmten Landschaftsmerkmalen (Schilder oder was weiß ich) wird dann die angezeigte Geschwindigkeit des Tachos aufgeschrieben. Bei möglichst gleichen Wetterferhältnissen gehts dann auf die selbe Reise. Allerdings wird das ganze wohl wenig bringen, da du die Thematik mit dem Schätzeisen ja schon angesprochen hast. Den kleinen Geschwindigkeitszuwach werde ich damit wohl kaum feststellen können, aber Versuch macht klug.

Übrigens wird das Wasserproblem erstmal vernachlässigt um alles nicht komplizierter zu machen Luftfilter ist aber ein absolutes muss.

Gustl:
Du sagt es. Die Strumpfhose ist eine einfache und günstige möglichkeit groben Schmutz zu filtern. Für Tests sollte das ausreichen, solange man nicht im Hochsommer über Sandwege brettert
Übrigens muss ich zugeben das Thema überschätzt zu haben. 0,xbar habe ich mir schon erhofft aber 0,0xbar wäre doch auch besser als nichts

Ich hätte jetzt gerne einen Windkanal

Den hatte ich auch schon gesehen
nur leider viel zu klein und mit ohne Filter... Kann man ja gleich die Kolben schmirgeln

Ist es nicht so, das sich die Strömungsgeschwindigkeit bei Halbierung der Querschnittsfläche vom Trichter verdoppelt?
Dann geht das doch auch mit verdreifachen:
Wenn ich vorne eine Querschnittsfläche von 3xA und eine Geschwindigkeit von 1xV habe, habe ich hinten(ohne Reibungsverluste) 1xA und 3xV !?
Lässt sich ja auch wieder berechnen:

V= L th : A
V ausgang= 0,0396m³/s : 0,001662m²
V ausgang= 23m/s

V eingang= 0,0396m³/s : 0,00498m²
V eingang= 7,9m/s

V ausgang : V eingang= 3
A eingang : A ausgang= 3

Ich werde aber mal sehen das ich bald mit dem Praktischen Teil beginnen kann, sonst theoriere ich noch alles kaputt

Aber ich habe schon einen Plan, wie ich den gewünschten Staudruck erzeugen kann. Der Trichter dient dann nur zur Bündelung der Windenergie und ist nicht luftdicht mit dem Ansaugrohr verbunden. Vielmehr pustet der Trichter nur auf das Rohr um den Trichter und dessen Strömung nicht abzuwürgen. Denn der Trichter soll nur eine hohe Strömungsgeschwindigkeit herstellen. Der Druck entsteht erst wenn die beschleunigte Luftsäule auf das Ansaugrohr trifft. Nur so ist es mir möglich aus langsamer Geschwindigkeit schnelle zu machen um mit der gewonnenen Geschwindigkeit Staudruck zu erzeugen. Ich werde mal soeinen Trichter 1:1 aus 3mm Sperrholz bauen um ihn mit einem anderen Auto zu testen. Als Vergleich hällt dann ein eben so großer aber einfacher Trichter her. Staudrücke werden dann über eine Art Pitotrohr aufgenommen und und per eigenbau U-Rohr Manometer verglichen. Dabei werden beide trichter bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus dem Fenster gehalten (schön kalt ) und der Wasserstand fetgehalten. Als Skala muss ein altes Lineal herhalten. Ich weiß dann zwar keine Werte, aber ob mein Prinzip besser als ein einfacher Trichter ist

Hi Klaus,
da haben wir ja sogar schon eine Praxiserfahrung. Die Geräte hat du aus der Fliegerei, wenn ich mich nicht irre? Ich muss mich, was den Staudruck betrifft, mit einen einfachen U-Rohrmanonmeter begnügen um mit der Niveauänderung den Druck zu errechnen. Absolut unpräzise und nicht geeicht aber ein anhaltswert.

Mein Ziel sind nicht 0,5Bar, sondern 30mbar. Außerdem wird dieser Druck sicher nicht bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 100km/h erzeugt. Da müsste ich rein rechnerisch etwa 6mbar haben(siehe vorige Seite)
Es gilt jetzt die Strömungsgeschwindigkeit soweit anzuheben, wie mit einfachen Mitteln möglich. Denn die Gleichung für den Staudruck lautet bekanntlich: p= 1,2...kg/m³ x 0,5 x V dif² (in m/s)
Da ich weder die Dichte der Luft erhöhen kann, noch an der 0,5 zu rütteln ist, bleibt mir nur V diff in die Höhe zu treiben.
Dabei kann ich wieder zwei Werte beeinflussen: V f und V s. V f ist der Fahrtwind und muss so hoch wie möglich sein.
V s ist die Strömungsgeschwindigkeit in dem zu beaufschlagenden Schlauch zum Vergaser. Dieser Wert muss so gering wie möglich ausfallen, denn V diff= V f- V s

Wie ich aus den 100 oder 110km/h eine höhere geschwindigkeit machen will habe ich ja zuvor schon beschrieben. Ob es klappt weiß ich nicht und daher werde ich mich in den nächsten Tagen mit dem Bau zweier Trichter machen. Da ich das Material hier habe und es leicht zu bearbeiten ist nehme ich 3mm Sperrholz. Die Querschnitte werden rechteckig. Ein Trichter wird in gewohnter Form gebaut, der andere soll den Bernoulli-Effekt ausnutzen um zusätzliche Luft anzusaugen und Drucksenkungen bei abfallenden Querschnitten auszugleichen. Da muss ich noch mit den Anstellwinkeln der einzelnen Stufen überlegen. Ich will 3 Stufen haben, wovon die Erste den höchsten Anstellwinkel von etwa 45° oder weniger hat. die folgenden Stufen sollen gleichmäßig den Anstellwinkel herabsetzen. Als 4te Stufe kann das Einlassrohr zu Vergaser gesehen werden. Hier sind 0° Anstellwinkel (ist ja ein Rohr) aber unterwegs wird noch ein Schwups Luft angesaugt.
Übrigens: Danke für das Diagramm! Werde ich gleich mal ausdrucken.
Bei einer verdoppelung der Strömungsgeschwindigkeit habe ich ja schon fast, was ich will. 20mbar sind doch auch schon gut.

Wow, das wäre Super! Ich schreib dir gleich mal eine PN

So, habe mir zwischenzeitlich mal ein U-Rohr Manometer gabastelt. Es zeigt in 1mbar (um genau zu sein 0,98) Schritten an. Als nächstes schaue ich mal was bei 110km/h für ein Druck gemessen wird und was man daraus machen kann. Ist übrigens ne billige Möglichkeit um kleine Über/Unterdrücke bei Versuchen zu erfassen und in etwa 5min gebaut. Ich habe transparente Aquarienschläuche für die Anzeige verwendet. Die sind auf Grund von kleinen Querschnittsdifferenzen relativ ungenau aber +/- 1mbar kann ich verkraften Wenn jemand wissen will, wie ich alles Relevante berechnet habe und z.B. auf 0,98mbar Schritte gekommen bin, kann ich das auch noch gerne aufschreiben. Aber ich denke, es besteht mehr interesse an der Praxis

was gibts neues?? ich warte schon sehnsüchtig auf neuen Lesestoff
Physik war damals mein Lieblingsfach

Gibt bald neuen Lesestoff. Bekomme von Klaus in paar Tagen die beschriebenen Messgeräte um an einem einfachen Versuchsaufbau die erreichbaren Drücke festzuhalten. Zwischenzeitlich habe ich aber nichts weltbewegendes gemacht, Traberpflege war angesagt, das geht vor
Bin aber echt gespann wie die Zahlen von der Realität abweichen. Das blöde ist nur, je mehr ich mich damit beschäftige, desto schlechter scheint es auszusehen, aber was mit meinen Mitteln geht, werden die Versuche ja zeigen. Und sollte dabei rauskommen, dass drucktechnisch wirklich nichts brauchbares zustande kommt, wars doch trotzdem ne schöne Spielerei
Ich lasse demnächst wieder von mir hören, versprochen
(Vielleicht gibts dann ja schon input von 2TViper )