Aerodynamik einer Seifenkiste
Die Geschwindigkeit einer Seifenkiste wird unter sonst gleichen Bedingungen maßgeblich von der Aerodynamik bestimmt.
Berechnungsfaktoren sind dabei der Querschnitt (Anstandsfläche) und die Form des Grundrisses.
Eine weitere Voraussetzung ist die Verhinderung von Verwirbelungen. Vereinfacht ausgedrückt heißt dies, daß sich zwei Luftpartikel von dem Fahrzeug teilen und gleichzeitig am Heck wieder zusammenkommen.
Ein Blick zur Konstruktion von Flugzeugen hilft da schon ein wenig weiter.
Man kann davon ausgehen, daß sich die Geschwindigkeit einer Seifenkiste deutlich im Unterschallbereich liegt. Von daher ergeben sich bei der Form einige Grundvoraussetzungen. Eine runde Spitze „verlängert" die Seifenkiste durch ein Schall/Druckpolster und macht sie bis zu 40% länger. Es ergibt sich somit eine „Vorwarnzeit" für Luftpartikel. Deshalb gilt als Faustregel, daß die dickste Stelle einer Seifenkiste etwa 35-40% nach hinten von der Nase entfernt sein muß. Dabei gibt es mit den Schultern immer wieder Probleme, die man allerdings nur lösen kann, wenn man die dickste Stelle erweitert und konsequent die Idealform anstrebt. Bei einer nicht runden, sondern spitzen Nase prallen Luftpartikel ungebremst und nicht vorgewarnt gegen die Kiste und bremsen sie.
Es spielen noch eine weitere Reihe von Faktoren bei der Berechnung der Aerodynamik eine entscheidende Rolle. Es sind die jeweilige Geschwindigkeit, die Luftdichte, der Grundriß, der Querschnitt und die Oberfläche. Alle anderen Bedingungen bleiben zunächst außer Betracht. Vom Erbauer veränderbare Gesichtspunkte sind Grundriß, Querschnitt und Oberfläche.
Weitere Tips:
Besonders ist zu berücksichtigen, daß in den seltensten Fällen der Wind immer gerade aus von vorn kommt, sondern von der Seite. Der Seitenquerschnitt sollte daher gleichfalls elipsoid sein. Die Formel unten muß entsprechend angepasst werden. Genauso ist dem unteren Teil der Seifenkiste sehr große Beachtung zu widmen. Ein flacher Boden entwickelt unter Umständen einen Saugeffekt, der die Fahrt bremsen kann. Alle Löcher irgendwelcher Art, auch die Löcher für die Achsen in das Fahrzeug, sollten vor jedem einzelnen Lauf mit Klebeband (sehr dünn) abgeklebt werden, dies verhindert Verwirbelungen.
Vorteil: bis zu 60cm. Startnummernaufkleber haben i.d.R. eine Kante, die quer zur Fahrichtung steht. Vor dem Aufkleben mit feinem Schmirgelpapier diese Kante abschleifen.
Vorteil: ca. 5-10 cm
Die hier gezeigten Grundrisse verdeutlichen, daß die Tropfenform die günstigsten Werte hat. Um zu einem vergleichbaren Maß zu kommen ermitteln wir die Kraft in Kilogramm, die eine Seifenkiste bei c. 45 km/h zur Seite drängen muß.
Die obigen Werte dienen als Quoiffizienten (Q). (F) ist der Querschnitt in cm². Die Fomel lautet:
Hier gleich ein Rechenbeispiel:
die abgebildete Seifenkiste hat Q=ca. 0,15 F=ca 750 cm². Das ergibt nach obiger Formel: 0,0136 x 0,15 x(750/2,54)=0,600. Diese Kiste muß also ca. 600gr bei 45 km/h verdrängen.
Wie genau man das sehen kann zeigt folgendes Beispiel einer Achsverkleidung. In der Skizze sind mögliche Varianten haargenau ermittelt. Bei der unverkleideten Achse geht man von einer amerikanischen Achse aus, deren Längskanten leicht abgefast sind. In der Tabelle kann man dann ablesen, welche Achsverkleidung die optimalen Werte liefert. Dies sind dann die Werte -Q- für die Formel.
Weiteres Vergleichsbeispiel:
eine unverkleidete Vierkantachse 20x20mm hat einen Querschnitt von ca. 100 cm² je Achse! Q=2 Formel: 0,0136 x 2 x(100/2,54)=1,070
Das heißt, daß eine solche Achse mit mehr als einem Kilogramm wesentlich mehr als die gesamte Kiste verdrängen muß. Eine optimal verkleidete Achse dagegen nur ca. 50 gr.
Vorteil: ca. 1,8 m je Achse!
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