Grundlagen für ein neues Modell des Luftwiderstands von Eisenbahnfahrzeugen

Zur Berechnung und Optimierung des Energiebedarfs von Zugfahrten ist die Kenntnis der Fahrwiderstände nötig. Oftmals werden vereinfachende Formeln wie die Davis-Gleichung oder Näherungsformeln für die Teilwiderstände verwendet. Ein Beispiel hierfür ist die Luftwiderstandsgleichung, für welche meist von einem ungefähren c_w-Wert, einer Normfläche von 10 m², einer Normluftdichte sowie der Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Luft ausgegangen wird. Aerodynamische Untersuchungen zeigen jedoch, dass der Luftwiderstand mit zunehmendem Anströmwinkel nicht cosinusförmig ab-, sondern bis zu einem Winkel von ca. 60° gar zunimmt. Im vorliegenden Beitrag wird ein numerisches Modell vorgestellt, das diesem Phänomen Rechnung trägt; des Weiteren wird ein möglicher Spurkranzanlauf durch die windbewirkte Seitenkraft betrachtet. In den vorgestellten Fallstudien zeigt sich, dass der Wind und dessen Anströmwinkel einen signifikanten Einfluss auf den Energiebedarf haben können.