Was ist ein Gegenwindfahrzeug?

Im Reglement des Aeolus Race gibt es eine offizielle Definition eines Gegenwindfahrzeugs, die wie folgt lautet:

  • Ein landbasiertes Fahrzeug, welches auf Rädern fährt und von einem Fahrer gesteuert wird
  • Angetrieben von einem Bauteil, welches vom Wind angetrieben wird und mit den Rädern verbunden ist (beispielsweise mechanisch oder elektrisch)
  • Eine Energiespeicherung ist erlaubt, Energiespeicher müssen (nachweisbar) am Start leer sein. Batterien, die nicht direkt zur Erzeugung der Antriebskraft genutzt werden, sondern z. B. für Sensoren, Aktuatoren und Kommunikation genutzt werden, müssen nicht entladen sein.

Diese Definition ist sehr allgemein gehalten, wodurch unterschiedlichste Fahrzeugkonzepte und -philosophien existieren. Diese unterscheiden sich hinsichtlich Rotoranzahl und -anordnung, Triebstrangkonzept und Radanordnung.

Warum fährt ein Gegenwindfahrzeug?

Die Fortbewegung eines Gegenwindfahrzeugs ergibt sich aus einer Besonderheit der Aerodynamik. Während die aus einem Windrotor gewonnene Leistung proportional zur dritten Potenz der Anströmung ist, sind die Widerstandskräfte aus Rotorschub und aerodynamischem Widerstand nur proportional zur zweiten Potenz der Anströmung.
Die Anströmgeschwindigkeit berechnet sich aus der Summe von Wind- und Fahrgeschwindigkeit. Aus diesem Grund kann die höchste Geschwindigkeit gefahren werden, wenn sich das Fahrzeug gegen den Wind bewegt.

Leichtbau

Um die Verlustleistung zu verringern, kann beispielsweise die Fahrzeugmasse reduziert werden.
Die Fahrzeuge des Team InVentus bestehen daher zu einem hohen Anteil aus Faserverbundwerkstoffen und Aluminium. So wurden das Monocoque, die Heckverkleidung, der Turm, Teile des Fahrwerks und das Containment des Rotors aus CFK gebaut.
Durch die Kooperation mit dem Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart kann das Team alle gängigen Verarbeitungsprozesse von CFK durchführen. Die Studierenden erhalten somit wertvolle praktische Erfahrung im Umgang mit Faserverbundmaterialien.

Aerodynamik

Mit Aerodynamik ist vor allem eine strömungsgünstige und somit widerstandsarme Fahrzeugform gemeint. Die zwei wichtigsten Maßnahmen sind

  • die Verringerung des Widerstandsbeiwerts sowie
  • ein möglichst kleiner Rumpfquerschnitt.
Das Team InVentus hat sich daher im Segelflugzeugbau genauer umgesehen und den Fahrzeugrumpf um eine Segelflugzeughaube „herum konstruiert“. Die Streben der vorderen Fahrwerksaufhängung, die Verkleidung der Hinterachse und weitere frei in der Strömung liegenden Komponenten haben, soweit möglich, widerstandarme Flügelprofile.

Fahrzeugelektronik

Auch ein rein mechanisch angetriebenes Fahrzeug funktioniert nicht ohne Elektronik. Für die Erfassung der Windgeschwindigkeit und -richtung sind präzise Sensoren nötig. Die Auswertung der Daten erfolgt mittels Arduinos und anderen Microcomputern. Somit kann der Fahrer immer die aktuellen Daten einsehen. Die Ausrichtung des Rotors in Windrichtung erfolgt automatisch.

Aktuell arbeitet das Team an einem elektrisch-mechanischen Hybridantrieb. Mehr sei an dieser Stelle noch nicht verraten...

Mechanik

Mechanische Antriebe von Gegenwindfahrzeugen haben einen höheren Wirkungsgrad als Elektrische. Das Team InVentus konnte den Antriebsstrang seit seiner Gründung vor 10 Jahren stetig verbessern. Der eigens konstruierte Antriebsstrang besitzt Komponenten aus dem Radsport, die präzise Fertigung erfolgte bei den Partnern oder in der institutseigenen Werkstatt.

Neben dem Antriebsstrang arbeitet das Mechanik-Team an der Karosserie sowie am Fahrwerk.