Höchstgeschwindigkeiten auf der Schiene – Aerodynamik beim ICE3
Der ICE 3 setzte bei seiner Inbetriebnahme ab dem Jahr 2000 mit einer regelmäßigen Spitzengeschwindigkeit von bis zu 300 Stundenkilometern neue Maßstäbe im deutschen Schienenverkehr und ist damit aktuell Deutschlands schnellster Zug.
Seine Leistung kann er insbesondere auf den ICE-Linien z.B. der Hochgeschwindigkeitsstrecke Köln - Rhein/Main entfalten. Der ICE 3 ist ein echter Triebzug und besitzt, anders als seine Vorgänger, bei acht Wagen keine Triebköpfe mehr, sondern verfügt über einen auf mehrere Wagen verteilten Antrieb. Dieser ermöglicht ihm, auch Steigungen von 40 Promille mühelos zu bewältigen.
Bei diesen hohen Geschwindigkeiten wird das aerodynamische Verhalten des ICE, insbesondere aber auch die Akustik, immer wichtiger.
CFD-Strömungssimulationen helfen dabei, noch vorhandene Schwachstellen in der Strömung eines ICE zu erkennen und zu optimieren. Aufgrund der Abmessungen und der aufzulösenden Details landet man hier sehr schnell bei Modellgrößen, die eine entsprechende Rechenkapazität erfordern, die Merkle & Partner selbstverständlich Inhouse zur Verfügung steht.
Neben der Fahrt auf freier Strecke ist auch das Verhalten beim Einfahren eines ICE in Tunnels von großem Interesse, ebenso die Sogkräfte, die neben der Strecke, aber auch beim aneinander Vorbeifahren von zwei Zügen auftreten.
Die Stromabnehmer, die sogenannten Pantographen, sind dabei ebenso potenzielle Lärmquellen wie Radkästen.
Die dargestellten Ergebnisse des bei Merkle & Partner berechneten CFD-Modells zeigen den ICE bei seiner Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h auf gerader Streckenfahrt.
Die folgenden Bilder zeigen die Strömungsverhältnisse um den Zug.
In den folgenden Bildern sind die Ergebnisse in Detailansichten dargestellt.
Potenzielle aeroakustische Lärmquellen sind an den Stellen zu finden, wo sich Ablösegebiete und Wirbel zeigen.
Mit Abmessungen von 4 m Höhe, 3 m Breite und bis zu 200 m Länge zählen solche Modelle wie von einem ICE zu unseren größeren CFD-Strömungsmodellen. Je nachdem, wie genau bestimmte Bereiche aufgelöst werden sollen und was die Zielsetzung ist, erreichen die Modellgrößen mehrere hundert Millionen Zellen.
Aber wie im richtigen Leben ist eben nicht die Länge ausschlaggebend, sondern eher die Technik 😊.
Wenn Sie neugierig geworden sind, was sich sonst noch alles berechnen lässt, beraten wir Sie gerne unverbindlich.
Ansprechpartner für Sie ist zum Thema CFD-Strömungsmechanik mein Bereichsleiter Chadi Serhan.
Ihr Stefan Merkle
PS: Apropos Strömungsmechanik und CFD: Die Klimatisierung bei Zügen der deutschen Bahn ist in diesem Sommer wohl öfter an ihre Grenzen gekommen. Auch hier können wir gerne weiterhelfen. Stichwort Innenklimatisierung!
PSS: Stromabnehmer, Drehgestelle, Waggons und was sonst noch alles an einem Zug daran hängt, hat neben der strömungsmechanischen auch noch eine festigkeitstechnische Seite, die wir ebenfalls, in diesem Fall über FEM bedienen können. Doch hierzu mehr in einem anderen Blog.
PPPS: 300 km/h pro Stunde ist ja ganz schön, aber die Franzosen haben Züge mit 320 km/h! Nur mal als Anregung, nachdem wir den Transrapid hierzulande nicht auf die Schiene gebracht haben. Nach chinesischen Angaben sollen moderne Transrapid-Züge zwischen den Millionenstädten Guangzhou und Wuhan mit einer Geschwindigkeit von zunächst 600 km/h fahren.
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