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Aerodynamische Optimierung der Aussenhülle eines Hyperloop-Pods

Nico Meier (01)

Titel

Aerodynamische Optimierung der Aussenhülle eines Hyperloop-Pods

Autor/in

Datierung

01.01.2023

Beschreibung

Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Erfassung und Analyse von strömungsmechanischen
Grössen, welche die Widerstandscharakteristik eines Hyperloop-Pod in Abhängigkeit der Einsatz- und
Betriebsparameter aus aerodynamischer Sicht beeinflussen können. Basierend auf einer bestehenden
Pod-Geometrie werden die Zusammenhänge zwischen der Pod-Hülle, dem Umgebungsdruck, der
Fahrgeschwidigkeit und den Dimensionen der Transportröhre mittels CFD-Simulationen ermittelt. Die
gewonnenen Informationen fliessen in Zusammenarbeit mit dem Verein Swissloop, welcher einer
studentischen Initiative der ETH Zürich entsprang, in die Konstruktion einer neuen Pod-Hülle ein.
Unter der Berücksichtigung des Pflichtenheftes aus dem Swissloop-Projekt, soll diese mittels 3-D CFD
weiter optimiert werden.
Die Parameterstudie kommt zum Schluss, dass die Widerstandscharakteristik eines Pods massgeblich
von dessen Querschnittsfläche im Verhältnis zur Querschnittsflläche der leeren Transportröhre
beeinflusst wird. Je nach Fahrtgeschwindigkeiten entstehen bei der Umströmung des Pod
Überschallgeschwindigkeiten, welche weitere widerstandserhöhenden Phänomene mit sich bringen.
Für eine Hyperloop-Anwendeung verschärft sich diese Problematik aufgrund von abgesenkten
Umgebungsdrücken weiter.
Für den Pod von Swissloop konnte eine wesentliche Reduktion von erforderlicher Antriebsleistung
und maximaler Querschnittsfläche erreicht werden. Die Reduktion der Widerstandscharakteristik ist
damit gelungen, lässt jedoch bei konstant hohem Widerstandsbeiwert noch Raum für
Verbesserungen.
The objective of the present work is to collect and analyze fluid mechanical quantities that can
influence the drag characteristics of a Hyperloop Pod depending on the deployment and operational
parameters from an aerodynamic point of view. Based on an existing pod geometry, the relationships
between the pod envelope, the ambient pressure, the speed and the dimensions of the transport
tube are determined using CFD simulations. The information gained will be used to design a new pod
envelope in collaboration with the Swissloop association, which originated from a student initiative at
ETHZ. Taking into account the specifications from the Swissloop project, the envelope is to be further
optimized using 3-D CFD.
The parameter study concludes that the drag characteristics of a pod are significantly influenced by
its cross-sectional area in relation to the cross-sectional area of the empty transport tube. Depending
on the travel speeds, supersonic velocities are generated as the pod flows around it, which introduce
further drag-increasing phenomena. For a hyperloop application, this problem is further exacerbated
due to lowered ambient pressures.
For the Swissloop pod, a significant reduction in required propulsion power and maximum crosssectional
area was achieved. The reduction of the resistance characteristic has thus been successful,
but still leaves room for improvement with a constant high drag coefficient.

Urheberrechtshinweis