Golfballetjes, luchtweerstand en auto’s…

Auteur: , 48 Reacties

Golfballen hebben putjes om de luchtweerstand te verminderen en schaatsers hebben om dezelfde reden streepjes op de pakken. Door de ruwe vormen plakt de lucht minder. Waarom maken we auto’s dan niet wat minder glad?

Dit las ik laatst in de Intermediair.
Een interessante vraag…

Arthur Veldman, die als hoogleraar in Groningen onder meer complexe luchtstromingen berekent, schrijft dat het de kunst is om de stroming op de goede plek turbulent te maken. Er is daarbij een verschil tussen kleine en grote objecten (golfbal en auto). Bij kleine voorwerpen zoals een golfballetje moet je de natuur een handje helpen. Dat doe je door het oppervlak ruw te maken.

Een ordelijke, laminaire stroming kan veel minder goed de gebogen vorm van een voorwerp volgen dan een wanordelijke, turbulente stroming. Dat betekent vaak dat aan de achterkant van een voorwerp een relatief groot gebied in de lucht wordt beïnvloed. Dat zorgt voor extra weerstand.

De ruwheid van een golfbal is dus goed voor de turbulente stroming en heeft minder weerstand, terwijl je het omgekeerde zou verwachten. Bij grote voorwerpen, zoals een auto, werkt dit niet en laat de natuur vanzelf turbulentie ontstaan, zo legt Veldman uit: “Daar zijn ribbels dus niet nodig.”

Hooguit kun je de plek waar turbulentie ontstaat nog een beetje verschuiven om het helemaal optimaal te maken. Daarom helpt het soms om ook bij grote voorwerpen ruwheid aan te brengen, zo schrijft Rob Kouwenberg (Zeist). Vliegtuigvleugels hebben soms kleine spoilers op de vleugels. “Bij een nieuw type BMW hebben ze op de achterlichten ribbels gemaakt om dezelfde reden.”

Iemand een idee welke BMW dit is? Of bedoelt men wellicht Mercedes?



48 reacties

“Iemand een idee welke BMW dit is?”

De nieuwe X5 toch, ik kan me zoiets herinneren dat ze dat bij de achterlichten gedaan hebben, ik heb er hier ooit een filmpje over gezien
de 6-serie heeft die ribbeltjes ;)

(heb ik nu iets gewonnen? :D)
@Arie: ja dat klopt volgens mij, dat was deze:
http://www.youtube.com/watch?v=fwRC6EVu4MQ
Via http://www.autoblog.nl/archive/2007/03/18/zomivideo-een-kijkje-achter-de-schermen-bij-bmw

Maar ik dacht dat Mercedes het ook al bij een paar modellen deed?
Dat is idd de 6-serie. Ze wilden in eerste instantie de achterlichten aan de zijkant helemaal glad hebben. Totdat een aerodynamicus goochelaar erachter kwam dat dat niet aerodynamisch vriendelijk was.
ribbelte op de achterlichten, klinkt nogal Benz.
Robert Patterson
Zet een Ram Implosion Wing op je dak en je crieert een zelde soort effect, dus een vergrote turbulente werking. Lees artikel.

http://pesn.com/2005/03/08/6900067_RamWingUpdate/
@ Arie Nap, dat was volgens mij idd de BMW X5 waarbij in de achterlichten een verticale richel was geplaatst. Dit om de luchtstroom een duidelijk loslatingspunt te geven van de carosserie. Als ik me niet vergis zitten in de achterlichten van de nieuwe C klasse van Mercedes gaatjes om de luchtstroom te optimaliseren. Ik zou echter niet weten waartoe deze dient. Het zou kunnen helpen de onderdruk achter de auto te verminderen, maar een paar gaatjes zullen daar niet veel effect op hebben lijkt me.
Is dit niet wat achterhaald? De Chrysler Airflow had ook een niet effen oppervlak…
volgens mij bedoelt hij de nieuwe Mercedes C-klasse, die heeft inkepingen in de achterlichten die voro turbulentie moeten zorgen.
Ik heb het artikel ook gelezen, en ik vroeg me eigenlijk gelijk af of de ribbeltjes op de spiegels van de 7-serie hier ook voor bedoeld zijn?
Hier kan je een klein beetje de drie verticale ribbels in het glas van het achterlicht van de BMW 6-serie zien:

http://us.autos1.yimg.com/img.autos.yahoo.com/izp/bmw_6series_650icoupe_2007_exterior_taillight_640x480.jpg
om van golf even naar een andere balsport te gaan, high speed bowling (de corecte naam ken ik niet maar het komt neer op een met een balletje (10cm diameter) op een grasveld te smijten.
En daar laat men de bal spinnen en recht gaan

om even op te sommern

recht gaan: de bal is zo glad mogelijk

spinnen: de ene kant superglad maken en de andere kant vuil maken met aarde.
==> de vuile kant geeft weerstand en de gladde kant zorgt voor een betere luchtstroom
BMW heeft het ook bij de spiegels. Daar zitten wat bobbeltjes op de voorkant/bovenkant van de behuizing om daar wat turbulentie te creeren en zo naast een betere aerodynamica te genereren ook te zorgen voor minder windgeruis. Anders gaat de wind “fluiten” als het ware.
6 serie..
Ik kan me niet herinneren bij welk merk het was, maar in dat geval was de reden voor de putjes dat anders de spiegel snel vervuilde.
Ik weet nog dat BMW vroeger van die bobbeltjes op de E36 koplampen toepaste.
Welcome to the world of fluid dynamics

Daar schuifspanningen dominant zijn in een laminaire stroming, zal de plaatselijke luchtsnelheid reduceren en is ook de wrijvingskracht dominant.
Het Reynoldsgetal (rho x V x L / μ , met μ de dynamische Newtoniaanse viscositeit) zegt ons of de stroming al dan niet rubulent of laminair is. Daar de luchtdichtheid (rho) in de formule vervat zit is dit een zeer complex probeem, daar de dichtheid verschilt van punt tot punt in de sroming en ook nog varieert in de tijd.
Indien we een Mach-getal hebben kleiner dan 0,3 mogen we aannemen dat de lucht niet-samendrukbaar is en kunnen we direct het reynoldsgetal berekenen en hieruit afleiden of de stroming laminair of turbulent is. Re2300 is turbulent.
Het machgetal is een merkwaardig getal, het wordt gedefinieerd als de verhouding van geleuidssnelheid tot de stromingssnelheid. Een stroming die sneller is dan de geluidssnelheid (supersonisch) zorgt voor het samendrukken van de lucht en is hierdoor de dichtheid functie van de 3 dimensies x,y en z.
De dichtheid is immers ook functie van de tijd, daar het model wordt beschreven a.d.h.v. een stelsel partiele differntiaalvergelijking (de Navier-Stokesvergelijgingen) waarin een transciente term in vervat zit.
De tijdsafhankelijke term zit vervat in de continuitsvergelijking die behoud van massa garandeert en anderzijds zit ie ook vervat in de momentumverglijking.

rho= f(x,y,z,t)
Dit heeft als gevolg dat de Navier-Stokesvergelijkingen niet meer analytisch op te lossen zijn en hier dringt een numerieke oplossingsmethode zich op.
CFD (Computational Fluid Dynamics) laat toe de stroming numeriek te berekenen. Een eindige differentiemethode, eindige volumes of de eindige elementenmethode zijn ter beschikking dit stelsel op te lossen. Men kan in Matlab een stroming berekenen en simuleren van een eenvoudig probleem en hieruit afleiden hoeveel (denk)werk het vraagt om de simpelste dinges op te lossen.

Indien we de golfbalzones voorstellen a.d.h.v. de 4 windrichtingen, dan zal in het westen en oosten van de bal hoge drukken en lage snelheden terug te vinden zijn en anderzijds in het noorden en zuiden van de bal net het omgekeerde. De puntjes op de golfbal zorgen voor een bepaalde ruwheid.
Daar een bepaalde ruheid in verband staat met een wrijvingscoefficient en deze in verband staat met het reynoldsgetal (~64/Re), zal een bepaald ruw oppervlak aanleiding geven tot een plaatselijk turbulente stroming.

Het geruis rond een wagen is het gevolg van het feit dat de drukveranderingen evenredig zijn met de verandering van de schuifspanningen in de dwarse richting en daar de no-slip conditie zorgt voor een gradient van de schuifspanning.
dp/dx ~ dτ/dy
De drukverschillen zorgen voor trillingen en akoestische drukgolven.
De e36 had ook van die puntjes op de zijspiegels, bij de M3 weer niet.
Bij mijn huidige auto, een bmw 330ci zitten ook inderdaad die sleufjes in de spiegels voor een beter stroomlijn. Wat het verschil tussen een golfbal en een auto is, is natuurlijk dat een golfbal netjes een kogelbaanpartroon moet vertonen door de lucht, en een auto moet er juist doorheen snijden. Vandaag de ribbeltjes om de wervelingen achter de spiegel tot een minimum te reduceren en zo voor minder windgeruis te zorgen. De nieuwe m3, waar ik op wacht, maakt gebruikt van een “open” spiegel,a la de ferrari testarossa, waardoor de wind beter geleidt kan worden en zo voor een betere stroomlijn kan zorgen, en tevens voor wat neerwaardste druk, wat eigenlijk te verwaarlozen valt.maar het gaat natuurlijk om het idee..kijk ook maar eens naar de “diertjes” een witte haai heeft een ontzettend ruwe en ribbelvormige huid, meer snijdt ook als een warm mes door zachte boter…
lincoln mark8
zal best maar…je maakt toch meer opervlakte? en ingenieurs in de motorsport zijn toch veel vinding rijker dan professor paardekudt…. die hier gewoon effe plagiaat pleegt.
Ik heb bolletjes op de buitenspiegel zitten (e34). Vast om ook een bewuste turbulentie op te wekken.
@ Mark.


en???
lincoln mark8
@ted… o,ja..snap je het nu nog niet?
oudere mercedessen hadden dat toch ook op de achterlichten? of was dat tegen viezigheid?
Nee, alleen leuk dat hij passage’s uit het diktaat over dynamica overtypt.
@ Loe,

Een golfbal moet geen kogelbaan beschrijven.
Door de achterwaardse rotatie ontstaat er een onderdruk aan de bovenzijde van de golfbal, zodat deze gelift wordt en verder komt.

Bij een auto zijn dit soort fratsen op spiegels enkel en alleen om windgeluid tegen te gaan.

Zoals ook te zien is met die sprietantennetjes waaromheen een kabel gevlochten is in de vorm van een helix.
Als hier de wind langsgaat (tijdens het rijden) gaat de antenne bewegen in een draaiende beweging en dit voorkomt dan een monotone fluittoon van de wind die langs de antten gaat.
@ Robert Patterson : Allemaal leuk aardig zo’n vleugel, maar wat ze in het stukje vergeten te melden is dat je met de vleugel alleen maar de weerstand verlaagd door de vortexen achter de auto verder weg van de auto te laten plaatsvinden. Niks geks in dat opzicht. Wat ze alleen totaal vergeten te melden, maar wat in feite wel genoemd wordt is het lift effect. Ze hebben het in de tekst namelijk over 1/3 van de gebruikelijke hoeveelheid stof. Oftewel, instabiel bij hoge snelheden….
Bij de nieuwe Mercedes C-klasse, zitten er gleuven in de achterlampen, waardoor lucht stroomt die er aan de voorkant in komt. Door deze uitvinding, is er geen Spoiler meer nodig.
Lijkt me beter om geen professor te citeren als de schrijver van deze blog geen idee heeft waar het over gaat.

Lees (mark schrijft,7 April 2007 om 1:08) hij weet hoe e.e.a. in elkaar steekt en ook Mark beseft terdege dat hij maar een gedeelte van deze complexe theorie verklaart.

Bij een auto is de enige variabele in de Reynolds formule (de vereenvoudigde uitgave hiervan Re= Vx70xL) de snelheid van de auto. en is het ruwen van het totale oppervlakte eerder een nadeel dan een voordeel.

Het aanbrengen van een vaste turbulatot (separation bubble killer) zou een oplossing kunnen bieden maar dan nog maar alleen optimaal voor een bepaald snelheidsgebied.
@Licoln mark,

Je maakt indd meer oppervlak, maar daar de ruwheid hierdoor toeneemt wordt de stroming verstoord in de grenslaag en hierdoor de grenslaag zal reduceren.
De grenslaag wordt gekenmerkt door een laminaire stroming waar de stromingssnelheid kwadratisch (meestal) toeneemt in de richting loodrecht op het oppervlak.

@ted,

Dat er onderdruk gecreert wordt door het roteren van de bal is niet waar.
Een kogel roteert ook niet op haar baan, en versnelt niet (of niet meteen) naar beneden o.i.v. de zwaartekracht. Een voorwerp dat wordt versnelt in een horizontale richting zal steeds een valparabool beschrijven. De horizontale versnellingsvector mag gesuperponeerd worden op de verticale valversnelling en hierdoor zal er steeds een normale versnellingscoponent (gericht volgens de kromtestraal) zijn verantwoordelijk voor de richtingsverandering en een tangentiele component verantwoordelijk voor de snelheidsverandering.

De lage druk boven de bal is het gevolg van een grotere dichtheid aan stroomlijnen boven de bal en hierdoor de snelheid daar plaatselijk groter is.
Druk en snelheid zijn steeds omgekeerd evenredig, dit kun je meteen inzien in de energievergelijking van Bernouilli.
De dynamische druk is omgekeerd evenredig met de statische druk, waarbij de dynamische druk bepaald wordt door de kinetische energie (snelheid).
@ Mark,

een golfbal roteert achterwaarts tijdens zijn vlucht.
De bovenzijde van de bal heeft een hogere snelheid t.o.v. van de omgeving dan de onderzijde van de bal.
Door de dimpels in de golfbal, ontstaan er wervelingen om de bal heen.
In combiante met de achterwaardste rotatie ontstaat er een onderdruk aan de bovenzijde en wordt de golfbal wel degelijk gelift.

Voordat je dictaten overpent, moet je wel weten waarover je het hebt.
bij de mercedes zaten ze er altijd op zodat ze ondanks het vuil nog licht doorlieten
@Ted,

Ja indd, overpent.

Groetjes,

Ir. Mark
@ted,

Nu moet jij me is uitleggen hoe de snelheid van de bal verschilt tussen boven- en onderkant van de bal?

Dit zil dus zeggen dat de bal zou moeten vervormen als de snelheid van een roterende bal verschilt tussen boven- en onderkant.
Je mag het niet verwarren met een bal die rolt over een vlak. Roteren en rollen is een groot verschil!

De LUCHTsnelheid tussen boven en onderzijde van de bal is identiek, de luchtsnelheid aan de bovenkant van de bal verschilt van deze aan de westkant of oostkant van de bal.
Daar horizontale frontale stroomlijnen aan de westkant zich moeten splitsen (een deel naar boven afgebogen en een deel naar onder) wordt de concentratie aan stroomlijnen aan de bovenkant (noorden) en aan de onderkant (zuiden) groter. De stroomlijnen worden gekenmerkt door een waarde voor Ψ, het verschil in deze waarde tussen 2 stroomlijnen geeft het stroomdebiet aan tussen de 2 desbetreffende stroomlijnen.

En als je echt denkt dat ik zaken overtyp daag ik jou uit, de hoogleraar uit te nodigen op dit forum.

Greets
NEEN
een golfbal roteert achterwaarts gedurende de vlucht.
Ik zou zeggen, kijk de literatuur er maar eens op na.

http://www.titleist.com/technology/details.asp?id=19

de groeten
@ted

Wat daar staat is precies wat ik zei,
Het noorden en zuiden hebben lagere druk met hoge LUCHTsnelheid, Het westen (het front) en het oosten hebben een hoge druk met lage LUCHTsnelheid.

Als men spreekt over snelheid heeft men het over LUCHTsnelheid en niet over de snelheid van de bal tov van de omgeving zoals jij aangaf.

Ik zou zeggen, voor je iets OVERTYPT lees dan heel goed wat er staat en beschuldig geen anderen van plagiaat en zeker niet als je het zelf pleegt!

Op de tekening kan je duidelijk zien dat de concentratie aan stromingslijnen boven (noorden) en beneden (zuiden) de bal groter is dan in het westen en oosten van de bal. De stromingslijnen liggen dichter bijeen in het noorden en zuiden dan in het westen en oosten van de bal.

Ik werk in de lucht- en ruimtevaartsector en weet heus waar ik over spreek.
lincoln mark8
@ted + @mark …. jullie kijken toch ook nog wel even bij de new york beursbabes… toch
alleen maar….
maar als iemand over zaken gaat praten waar hij geen verstand van heeft en vervolgens de boel wil wegbluffen met diverse formules en griekse letters, gaan bij mij de haren recht overeind staan.

Verder een leuke site, hè?
lincoln mark8
@ted….. goed bezig jongen… je moet weten dat ik 100% achter je sta ….en omdat ik ergens de draad ben kwijtgeraakt sta ik ook voor 100% achter @mark
@ted,

Zaken waarover ik geen verstand van heb, indd.
Als ik de graad van Ir. in de lucht- en ruimtevaart heb behaald weet ik indd niet waarover ik het heb. Maar goed, als ik hiervan niets afweet zoals je aangeeft en jij weet het allemaal veel beter, geen probleem maar ik zou hier de discussie willen beeindigen.

@licoln mark

Indd, laat ons nu de aerodynamica van de beursbabes gaan bestuderen : )
Zou de huidstructuur de aerodynamica beinvloeden? laten we het eens aan de hoogleraar vragen ….

Greets,
@ Mark, het is wel degelijk waar dat de rotatiesnelheid van een balletje van invloed is op de luchtsnelheid om de bal. Vanwege de “plakconditie” moet de lucht direct boven het oppervlak van het balletje dezelfde snelheid hebben. Doordat de relatieve snelheid boven en onder het balletje anders is, onstaat bij de hogere snelheid (bewegings+ rotatiesnelheid) een onderdruk en bij de lagere snelheid (bewegings – rotatiesnelheid) een overdruk. Hierdoor buigt het balletje wel degelijk af. Dit is ook wel bekend als het Magnuseffect.
Ik meen dat de Lexus IS een soortgelijk iets heeft op de achterlichten.
Laten we terugkeren naar aerodynamica en auto’s. Er is een wetenswaardigheidje dat mij is bijgebleven. De Ford Sierra (wie kent hem nog?) kreeg vrij snel na zijn introductie een dik driehoekig raamrubber aangemeten achter het laatste zijruitje. Doel: luchtstroom verstoren om de zijwindgevoeligheid te verminderen. Door de spoiler kwam het ‘dynamisch aangrijpingspunt’ van de zijwind meer naar voren, dichter bij het zwaartepunt van de auto te liggen, met bovengenoemd effect. Eigenlijk was het oorspronkelijke ontwerp te glad.
@lebastille,

Daar ben ik het mee eens dat van N0-slipconditie.
Maar dit gaat echt niet de lift stimuleren, daar deze drukverschillen klein zijn en het oppervlak waarop dit drukverschil inwerkt klein is. Het is echt wel verwaarloosbaar klein.
Een golfballetje met een straal van 2,5 a 3cm en een relatieve druk tussen boven- en onderkant van de bal van een paar mbar’s gaat echt niet de lift bepalen hoor.
Of het balletje roteert of het maakt een rechte beweging, dit gaat echt niets uitmaken. De weerstand die het balletje zou ondervinden is immers groter dan deze liftkracht vanwage het roteren.
Een voorwerp dat weggeschoten wordt beschrijft een valparabool en daarbij is de valversnelling en de schietkracht (grootte en richting) bepalend en niet de lift vanwege het al dan niet roteren van het voorwerp.

De topic was waarom het balletje minder weerstand ondervindt met een ruwer oppervlak. Het antwoord zit hem in het Reynoldsgetal die de stroming bepaald.
Wat ik hierboven ook aanhaalde.
@ mark:
ik geloof wel dat je veel verstand hebt van deze stof. Het is alleen jammer dat je uitleg haast niet te volgen is. Dat wekt vaak irrittaties op bij mensen, waar ik eerlijk gezegd wel in kan komen (ik ben toevallig op dit moment mechanica aan het leren dus ik ben niet helemaal onbevooroordeeld qua irritaties bij ingewikkelde uitleg). Maar het zou zonde zijn als we hier geen discussies kunnen houden op een normale manier. Zeker als er wat kennis in huis is zou het mooi zijn om er van te kunnen leren. Ik snap wel dat je zonder kennis van zaken bepaalde stof niet zomaar kunt begrijpen, maar probeer het de volgende keer iets toegankelijker uit te leggen, niet iedereen hier is afgestudeerd in de ruimtevaart:)
@byron,

Daar heb je een punt.

Veel succes met je mechanica nog

greets,
Over de mercedes-Benz achterlichten: Die ribbels zouden een beter lichtbeeld geven.

Geef een reactie:

Je moet ingelogd zijn om reacties te posten, registreren kan HIER (ook via Facebook).