Messung des Luftwiderstands eines Zugmodells beim Durchfahren eines Tunnels

Kurzfassung

Der aerodynamische Widerstand von Zügen im Tunnel ist gegenüber der Fahrt im Freien deutlich erhöht. Dies gilt insbesondere für neue eingleisige Doppelröhrentunnel mit relativ engem Querschnitt. Bei dem Entwurf von neuen Zügen, die auf Tunnelstrecken eingesetzt werden sollen, ist es daher wünschenswert den aerodynamischen Widerstand vorhersagen zu können. Der Widerstand im Freien kann in Windkanalmessungen an Modellen ermittelt werden, wobei sich zur Erzeugung einer realistischen Strömung im Unterbodenbereich ein laufendes Band unter dem Modell befindet. Die Idee ist es den aerodynamischen Widerstand m Tunnel mit einem bewegten Modell zu bestimmt, welches durch einen Modelltunnel fährt. So ist automatisch eine realistische Relativbewegung zwischen Zug und Tunnel gegeben. In der vorliegenden Arbeit werden entsprechende Untersuchungen in der Tunnelsimulationsanlage Göttingen (TSG) mit einem 16m langen Modelltunnel und einem Zugmodell im Maßstab 1:25 durchgeführt. Das Modell besitzt einen generischen Kopf. Der Wagenkasten und das Heck entsprechen einem ICE3. Das Modell wird mit Hilfe eines Katapults beschleunigt und bewegt sich dann durch Trägheit ohne Antrieb entlang einer Schienenstrecke durch den Modelltunnel. Dabei wird es durch mechanische und aerodynamische Reibung abgebremst. Die Verzögerung wird gemessen und daraus die Widerstandskraft berechnet. Führt man die Messungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch, können unter der Annahme, dass der aerodynamische Anteil quadratisch und der mechanische linear mit der Geschwindigkeit skaliert, die beiden Anteile getrennt werden. Dabei stellt sich die Frage, wie genau der aerodynamische Widerstand mit der beschriebenen Methode überhaupt bestimmt werden kann. Hier soll daher die Genauigkeit näher betrachtet werden, und es soll untersucht werden, von welchen Parametern die Genauigkeit im Wesentlichen abhängt.