Damit die Leser unsere Ansätze und Vorgehensweisen verstehen und zugleich eine gewisse Übersicht entsteht, wird es von Zeit zu Zeit einige Aero-Beiträge geben, in denen Details am Fahrzeug erklärt werden.

In diesem Beitrag geht es – wie der Überschrift zu entnehmen ist – um den Heckflügel.

 

Vorab sollte man wissen, dass zwischen einem Heckflügel und einem Heckspoiler unterschieden wird. Ursprünglich war ein Heckspoiler eine in die Karosserie integrierte “Abrisskante”, die zwei Ziele verfolgt:
- weniger Verwirbelungen am Fahrzeugheck durch Strömungsabriss (das verringert den Luftwiderstand)
- Verlangsamung des Luftstroms an der Fahrzeugoberseite (dadurch wird der Auftrieb reduziert)

Gut zu erkennen ist ein Spoiler bei Nascar-Fahrzeugen oder einem älteren Porsche Turbo (964 und 993). Wobei Porsche vermutlich auch den schräg vom Dach herabkommenden Luftstrom mitnutzen wollte um dadurch Abtrieb zu erzeugen. Wichtig ist hier: Die Form eines Porsches erzeugt ohne den Spoiler enorm viel Auftrieb, da sie hinten bis zum Boden schräg abfällt.

Nun zum eigentlich Thema: Der Heckflügel
Er funktioniert wie ein auf dem Kopf stehender Flugzeugflügel. Die Luft muss an der Unterseite eines Heckflügels einen größeren Weg zurücklegen als an der Oberseite, wodurch Unterdruck entsteht. Tuningflügel wie z.B. der “Shogunstyle” erzeugen in der Regel keinen Unterdruck und somit auch keine Downforce, im Gegenteil, sie erhöhen den cw-Wert und erzeugen oftmals auch massive Verwirbelungen am Fahrzeugheck, die selbiges ausbremsen (jede Richtungsänderung des Luftstroms erfordert Kraft, starke Verwirbelungen also auch).
Bei Rekord-Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen wird gerne auf Flügel verzichtet, da diese in fast jedem Fall den Luftwiderstand immens erhöhen. Ein Flügel macht bei Geradeausfahrt also wenig Sinn, bewährt sich aber, sobald es darum geht Grip in einer Kurve zu bekommen oder ab gewisser Geschwindigkeit auch das Risiko für Schlupf an den Rädern zu reduzieren (sehr drehmomentstarke Sportwägen haben oft das Problem, dass selbst im 3. und 4. Gang noch die Hinterräder durchdrehen können).

Wie kann man einen Heckflügel optimieren:
Zuerst sollte man sich Gedanken über die gefahrene Geschwindigkeit machen, da ein zu kurzer Heckflügel bei hohem Tempo einen Strömungsabriss erzeugen kann (und an einem Flügel sollte das nicht passieren!). Danach ist wichtig den Flügel so zu positionieren, dass er optimal arbeitet – hoch positionierte Flügel erzielen oftmals zwar eine bessere Anströmung (da keine Fahrzeugkarosserie davor liegt), haben aber durch den Luftstrom mit Hebelarmkräften zu kämpfen und erhöhen den Luftwiderstand stärker als niedrig positionierte. Sitzt der Flügel recht weit unten, dann muss seine Form so angepasst werden, dass die am Dach vorbeiströmende Luft möglichst senkrecht auf die Vorderkante des Flügels trifft. Einen formangepassten Flügel sieht man an der Corvette C5R GT2 (Bild links – schön zu erkennen, wie die Dachform im Flügel abgebildet wird). Wenn der Flügel nun zu tief sitzt, besteht das Risiko, dass sich entweder garkein richtiger Luftstrom an der Unterseite bildet oder das Heck des Fahrzeugs so starke Verwirbelungen erzeugt, dass diese die Strömung am Flügel behindern.
Wenn man eine möglichst starke Downforce erzielen möchte, kann man den Flügel auch nach hinten versetzen, bis er weit über das Fahrzeugheck hinaushängt (so entsteht eine Hebelarmwirkung, welche die Kräfte erhöht). Das war eine gängige Methode bei älteren Formel-Fahrzeugen und wird heute noch gerne in Hillclimb-Rennen umgesetzt – in den meisten Reglements ist diese Bauweise jedoch inzwischen verboten! Ein extremes Beispiel ist hier der Peugeot 905 Evo2, der mit einem der größten mir bekannten Heckflügel ausgerüstet ist.

Wozu dienen die Platten an der Seite:
Natürlich tragen die Platten auch zur Stabilität bei und halten bei einem mehrteiligen Flügel oftmals die weiter oben gelegenen Teile (siehe z.B. Formel 1). Allerdings ist die eigentliche Funktion eine andere: Wären die Platten nicht links und rechts am Flügel befestigt, würde – sobald Unterdruck an der Flügelunterseite entsteht – Luft seitlich einströmen und die Druckverhältnisse ausgleichen. Dadurch wäre die Downforce massiv reduziert und man hätte sogar unerwünschte Verwirbelungen erzeugt. Oftmals fallen die Platten überraschend klein aus, was unter anderem daran liegt, dass zu große Platten anfangen können zu schwingen (und wie man sich vorstellen kann: Schwingungen führen zum Strömungsabriss und Verwirbelungen). Im Hochleistungsrennsport werden die Platten auch gerne dafür verwandt den Luftstrom am Fahrzeugheck auszurichten und damit den Luftwiderstand zu reduzieren.
Um einen Luftstrom zusätzlich zu beruhigen und den Heckflügel möglichst immer so durchströmen zu lassen, wie er eigentlich gedacht ist (selbst bei Kurvenfahrt), können weitere Luftleitplatten montiert werden. Damals waren diese Leitplatten auch auf dem Rundkurs noch recht oft zu sehen, aber gerade im Rallye-Sport macht so etwas Sinn: Subaru hat diese Platten beispielsweise in den Flügel integriert, Mitsubishi hat auf dem Dach “Vortex generators” montiert, die bereits an der Heckscheibe die Strömung leiten sollen und Ford hat (recht unauffällig) Halter und Leitplatten vereint.

Belastungen und Materialien:
Da ein Heckflügel selbst bei einer relativ hohen Downforce von mehr als 200kg verhältnismäßig geringen Kräften ausgesetzt ist, kann man hier auf Leichtbaumaterialien zurückgreifen. Die klassische Methode stellen Holzplanken dar, die (wie auch bei einem Flugzeug) den Flügelquerschnitt formen, kombiniert mit einem Aluminiumblech, das formangepasst wird. Moderne Flügel werden aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt, da so Leichtbau mit Steifigkeit (das Problem der Schwingungen wurde ja bereits angesprochen) kombiniert werden kann und auch komplexere Formen keine Schwierigkeiten bereiten.

Was wird am Skyline umgesetzt:
Der R32 wird mit einem 1- oder 2-teiligen Flügel ausgerüstet, hergestellt aus CFK (Kohlefaserverbund). Er sollte einen formangepassten Flügel besitzen, der etwas unter Höhe Dachkante sitzt. Über einen Abriss-Spoiler am Dach wird die Anströmung ausserdem optimiert. Der Flügel soll bis 250km/h verwendbar sein, darf also nicht zu stark angestellt werden und muss eine gewisse Länge besitzen. Er wird mit der Hinterkante nicht (oder nicht wesentlich) über das Fahrzeugheck hinausragen. Unter Umständen werden 2 Luftleitplatten installiert, die mit dem Spoiler am Dach und ggf. einem Spoiler am Fahrzeugheck interagieren.

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