Neutralpunkt, Schwerpunkt, Leitwerksabstand und HLW-Größe

Guten Morgen an alle,

angeregt durch die Publikation von PGI_jean habe ich mich in der vorweihnachtlichen Zeit neben dem Geschenke einpacken ein wenig mit der Längsstabilität von Freiflugmodellen beschäftigt. Auf der Homepage der Thermiksense ist eine recht einfache Methode von Beuermann zu finden ( siehe hier <klick>), um an bestehenden Modellen nachzurechnen, wo denn der Neutralpunkt und davon ausgehend der Schwerpunkt idealerweise liegen soll. Da ich ein neugieriger Mensch bin, habe ich das an meinem F1B mal nachrechnen wollen. Es ergaben sich aber recht stark abweichende Werte. Dann habe ich ein zweites Modell nachgerechnet, nämlich das von Stefanchuk (<klick>). Wiederum fand ich recht stark abweichende Ergebnisse. Gemäß der Beuermann-Methode liegt der Neutralpunkt mit 116mm ganze 11mm hinter der Endleiste und der Schwerpunkt käme - so man diesen nach Beuermann 5% der mittleren Flächentiefe vor den NP rückt - bei 111mm, also immer noch 5mm hinter der Endleiste. Stefanchuk selber hat für sein Modell eine Schwerpunktlage von 57% der Wurzeltiefe angegeben, das wären ca. 60mm von der Nasenleiste gemessen und somit ganze 51mm vor der Beuermannrechnung.

Nun stellt sich die Frage, stimmt Beuermann heute nicht mehr? Habe ich einen Fehler in der Rechnung gemacht? Gibt es evtl. bessere bzw. modernere Rechenwege für dieses Problem?

Fragen über Fragen....wer weiß mir einen Rat?

es grüßt Dieter

Längsstabilität / Schwerpunkt

Längsstabilität / Schwerpunkt

probier doch mal ein Programm für die Berechnung aus, z.B.:
http://home.arcor.de/d_meissner/schwerp.htm

Gruß Dietrich

@Dietrich

danke für den Link zu win_laengs.

@all
Interessanterweise kommt dieses Programm zu ähnlichen Ergebnissen. Also scheint das Beuermann-Schema nicht ganz falsch zu sein. Dennoch wundert mich die starke Diskrepanz zwischen den Angaben des Konstrukteurs und den Rechnergebnissen.

Irgendwo muß doch der Hund begraben liegen...

es grüßt Dieter

5% Stabilitätsmass für ein Freiflugmodell deucht mich wenig, wird doch für gesteuerte Modelle IDR 8..16% empfohlen. Was für Stabilitätsmasse in Porzent ergeben sich denn aus den Plan-Schwerpunkten?

Sehr kurz... und mit vielen Weihnachtswünschen.
1/ Die "vereinfachte" Methode von Beuermann gilt halt für die Modelle seiner Zeit. Heute haben wir 50 Jahre mehr Erfahrung, und unsere Mittel zur Stabilisierung sind besser.
2/ Das Problem mit der heutigen F1Bs ist der viel längere Leitwerksabstand, wie man ihn in keiner anderen FAI-Klasse findet. Da kommt noch die Verwendung von "Wöbbeking-Profilen" oder ähnlichen. Die damit verbundenen "neuen" Stabilitätsbedingungen erfordern, dass kein Vergleich mit früheren Wakefields gemacht wird. Bitte unbedingt den Bericht von D. Siebenmann lesen, "Höhenleitwerksprofile" in Thermiksense 1/2004. Es wird erklärt, wie nun das HLW arbeiten kann/soll, wenn man einen hohen Grad an Leistung erreichen will... was heute doch üblich ist. Besonders wichtig Seite 34, Mitte.
3/ Darf ich empfehlen "Insights on the dynamics..." in FFQ, mit dem Kapitel "Violent encounters with the NP theory". Es ist beschrieben wie, abgehend von der Beuermann'schen Methode, ein tüchtiges Werkzeug entwickelt werden kann. Aber, wie schon gesagt : Vorsicht mit den F1Bs !

Hallo Jean,

werde ich nachlesen. Danke für die Hinweise.

es grüßt Dieter

A2 Längsstabilität

A2 Längsstabilität

Hallo,

Dietrich Meissner hat Euch ja schon auf unser WinLaengs4 aufmerksam gemacht. Ich habe damit drei alte A2 Flieger nachgerechnet, die im Buch Segelflug-Modellbau von Alfred Gymnich beschrieben sind.

Es sind:
Seite 143: A2-Vollbalsasegler von E. Jedelsky
Seite 201: A2 1955 von Rudolf Lindner
Seite 204: A2 1959 von Gerald Ritz

Ergebnis: Die angegebenen Schwerpunkte erzeugen laut WinLaengs4 eine Längsstabilität von ca. 20 %lmü. Da ist mehr, als ich bei RC-Modellen empfehlen würde.

Ich habe die Datensätze beigefügt. Ihr müsst sie von .txt nach .da4 umbenennen. Dann sollten sie sich (hoffentlich) in WinLaengs4 laden lassen.

Jörg

Freiflugmodellen und die Theorie

Freiflugmodellen und die Theorie

bringen am besten nur Anhaltspunkte ........................

Dies ist meine persönliche Meinung. Selbst habe Ich so einige F1A und F1B Modellen selber entwurfen, gebaut und geflogen und das hat sogar einigermassen geklappt

Durch die viele variabelen Komponenten in unsere Freiflugmodellen (konstrutionsbedingt) ist eine Berechnung der aerodynamische Auslegung meiner meinung nach Zeitverschwendung ! Niemanden ist in der Lage zwei genau gleiche Flieger zu bauen, auch die Profis nicht und das ist wie gesagt Konstruktionsbedingt. Sogar Flieger die voll aus eine Form kommen sind noch unterschiedlich zu einander. Habe dies selber erlebt mit F3J und F3K Modellen !
Deshalb bringen al diese Programme nur "Anhaltspunkte" und soll man das übrige erfliegen.... (und das is viel schwieriger alseine Berechnung laut Beuermann )

Aber um in diese kalte Jaherszeit etwas um Handen zu haben ist es ja ganz nett ...


Arno

???

???

Arno888 schrieb:

bringen am besten nur Anhaltspunkte ........................

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... und was wollen uns Arnos Worte sagen?

Jörg

Unser lieber Arno kommt aus den Niederlanden und ich wünschte ich könnte so gut niederländisch in Wort und Schrift wie er deutsch.
Das von dir eingefügte Zitat dürfte so lauten - bringen allenfalls nur Anhaltspunkte -.
Im übrigen bin ich der gleichen Auffassung wie Arno die Zeit die man für allzuviel Theorie aufwendet kann man auch gleich zum Bau eines Modells nehmen. Was machst du wenn dein Modell trotz genauester Berechnung nicht so fliegt wie du dir das vorgestellt hast dann baust du noch ein zweites also kann man sich auch gleich ans Werk machen. Das soll nun nicht heissen das es ganz ohne Theorie geht. Wie Arno schon sagte trotz gleicher Form unterschiedliche Flugeigenschaften.
Noch ein schönes Weihnachsfest wünscht

Heinz

Längsstabilität

Längsstabilität


Ich bin kein Experte, habe Nurflügel und Normalmodelle nach Ranis und Möller ausgelegt und immer den Nullmomentenbeiwert der verwendeten Profile einsetzen müssen, um den Neutralpunkt (nicht geometrischer-) zu erhalten. Mit einem Stabilitätsmaß, das ich aus dann aus Erfahrungswerten eingesetzt und den Schwerpunkt danach eingestellt habe, bin ich ganz gut gefahren. Bei dem Programm WinLaengs 4 von Jürgen Rußow und Jürgen Meißner fehlt nun dieser Wert völlig und es wird behauptet, daß dieser für die Auslegung nicht relevant ist. Es wird nur von den Auftriebsanstiegen von Flügel und Höhenleitwerk ausgegangen.
Kann ein ausgewiesener Experte diesen Widerspruch aufklären? Es wird bestimmt viele interessieren!

Grüße
Peter

Den Nullmomentenbeiwert brauchst Du nur, wenn du neben Aussagen zum Schwerpunkt auch solche zu den Einstellwinkeln machen willst. In die Berechung des Neutralpunkts, und damit der günstigen Schwerpunktlage ausgehend von einem Stabilitästmass in % der mittleren Flügeltiefe, geht er nicht ein.

Das Profil hat zwar einen minimalen Einfluss auf die Neutralpunktlage, das ist aber in der Grössenodrdnug von 1% der Profiltiefe. Wenn Du das berücksischtigen willst, brauchst Du Angeben zum Neutralpunkt (aerodynamic center, A.C.) des Profils. Bei den NACA-Profilen wird diese Angabe gemacht. Sie weicht aber unwesentlich von der Basisannahme "25% von der Nase auf der Profilsehne" ab. Ranis und Möller machen diese Korrektur auch nicht, weil bei den meisten Profilen die nötigen Eingangsdaten ohnehin fehlen.

Kein Problem!

Kein Problem!

F1H-NFlyer schrieb:

Ich bin kein Experte, habe Nurflügel und Normalmodelle nach Ranis und Möller ausgelegt und immer den Nullmomentenbeiwert der verwendeten Profile einsetzen müssen, um den Neutralpunkt (nicht geometrischer-) zu erhalten.

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Hallo Peter,
Du hast im Programm von Frank (Möller sagt mir nix) Cm0 eingesetzt, um die Auftriebsverteilung im getrimmten Fall zu bestimmen, vermute ich. Es ist eine Fehlinterpretation, dass Du ihn für den NP brauchst.

Frank Ranis und ich haben mal die Ergebnisse verglichen. Es kommt das Gleiche raus, was auch nicht erstaunlich ist, denn beide sind Wirbelleiterverfahren. Er hat allerdings (unter anderem) eine Nachlaufiteration drin, bei mir ist der Nachlauf immer starr. Die Auswirkungen auf die NP-Lage sind bei kleinen CA gleich null und bei größeren gering. WinLaengs4 rechnet daher "eigentlich" den NP bei geringen bis mittleren CA. Ich habe konsequent alles weggelassen, was man nicht braucht für den NP.

F1H-NFlyer schrieb:

Mit einem Stabilitätsmaß, das ich aus dann aus Erfahrungswerten eingesetzt und den Schwerpunkt danach eingestellt habe, bin ich ganz gut gefahren.

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Jetzt wird's interessant. Was hast Du denn immer gewählt als Stabimaß? Kannst Du die etwas 20 % bestätigen, die ich bei den A2 aus den 50er Jahren rausgefunden habe?

F1H-NFlyer schrieb:

Bei dem Programm WinLaengs 4 von Jürgen Rußow und Jürgen Meißner fehlt nun dieser Wert völlig und es wird behauptet, daß dieser für die Auslegung nicht relevant ist. Es wird nur von den Auftriebsanstiegen von Flügel und Höhenleitwerk ausgegangen.

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Wir heißen übrigens Dietrich und Jörg.
Anyway, das ist auch richtig so, denn in der linearen Theorie greifen die Zusatzauftriebe im jeweiligen NP jedes Flügels an und das Nullmoment ändert sich nicht. Daher spielt es keine Geige.

F1H-NFlyer schrieb:

Kann ein ausgewiesener Experte diesen Widerspruch aufklären? Es wird bestimmt viele interessieren!

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Wie gesagt, es ist kein Widerspruch, sondern du hast da was falsch verstanden.

Jörg

Nachtrag

Nachtrag

F1H-NFlyer schrieb:

... immer den Nullmomentenbeiwert der verwendeten Profile einsetzen müssen, um den Neutralpunkt (nicht geometrischer-) zu erhalten.

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Geometrische NPe gibt es mWn nur von Einzelflächen. Kennt jemand eine Methode zur Berechnung des geometrischen NPs ein Mehrflügelfliegers? Hat mal jemand probiert, die normale Integralformel bzw. Summenformel anzuwenden?

Jörg

Aufklärung

Aufklärung


Hallo,
Tut mir leid wegen der verkehrten Anrede, Jörg. Erst mal vielen Dank an alle für die Aufklärung. Da habe ich offenbar etwas falsch gesehen. Beuermann (siehe "thermiksense"-Betrag: beuer_Ia.pdf ) verwendet den Begriff: Neutralpunkt des Gesamtmodells für den Punkt, bei dem die Summe der Momente Fläche mal Hebelarm von Flügel und Leitwerk gleich null ist. Er verknüpft aber auch gleichzeitig offenbar den Nullmomentenbeiwert in die Lage des Schwerpunkts bzw. der Einstellwinkeldifferenz. Diese Betrachtungsweise habe ich immer noch verinnerlicht. Der Betrag ist aber schon sehr alt und wird offensichtlich nicht mehr angewendet.
Zum Neutralpunkt eines Profils habe ich eine Angabe von einem Artikel in der "thermiksense" 1/2004 von Dieter Siebenman aus Profil-Messungen von D.Althaus. Hierin wird von einem Neutralpunkt von 34% tm ausgegangen.
Der Nullmomentenbeiwert wird also nur zur Lage des Schwerpunkts im getrimmten Zustand (mittleres ca oder evtl. bei Freiflugmodellen bei ca^3/cw^2) verwendet? Dabei wird aber auch das Stabilitätsmaß beeinflußt bzw. muß evtl. ein neuer Neutralpunkt, sprich Flächen- und Hebelarm-Verteilung gewählt werden?
Ihr seht also, ich bin immer noch in den Begriffen verwurzelt. Im übrigen versteht Frank unter aerodynamischem NP wahrscheinlich die abweichende Verteilung der 1/4 t-Linie durch den Pfeilungseffekt bei Nurflügeln?
Klärt mich bitte auf, wenn ich immer noch etwas falsch interpretiere!

Peter

Noch einen Nachtrag bezüglich der berechneten Stabilitätsmaße der A2-Modelle von Jedelsky, Lindner und Ritz. Diese besitzen noch alle relativ große Höhenleitwerke, entsprechend weit hintenliegende Neutral- und -Schwerpunkte. Heute sind die H-Leitwerke kleiner (4..3,5 dm^2), das Stabilitätsmaß hat sich auf etwa 27% eingependelt und die SP-Lagen zwischen 50...55% tm. Weiter vorn liegende NP und SP-Lagen wären zwar möglich und leistungsmäßig sogar besser (D. Siebenmann), wegen der schlechten Thermikbremswirkung (Druckpunkt im Sackflug bei 50%tm) aber nicht machbar. Es muß übrigens oben heißen: ca^3/cw^2= max, d.h., beste Steigzahl.
Soweit von mir.

Grüße
Peter

???

???

F1H-NFlyer schrieb:

Noch einen Nachtrag bezüglich der berechneten Stabilitätsmaße der A2-Modelle von Jedelsky, Lindner und Ritz. Diese besitzen noch alle relativ große Höhenleitwerke, entsprechend weit hintenliegende Neutral- und -Schwerpunkte. Heute sind die H-Leitwerke kleiner (4..3,5 dm^2), das Stabilitätsmaß hat sich auf etwa 27% eingependelt und die SP-Lagen zwischen 50...55% tm.

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Verstehe ich nicht. Wenn die HLWs heute kleiner sind (also der NP nicht mehr so weit hinten), die SP aber immer noch bei 50 % der Flügeltiefe liegen (wie damals), wie kann dann die Stabilität heute größer sein?

F1H-NFlyer schrieb:

Weiter vorn liegende NP und SP-Lagen wären zwar möglich und leistungsmäßig sogar besser (D. Siebenmann), wegen der schlechten Thermikbremswirkung (Druckpunkt im Sackflug bei 50%tm) aber nicht machbar.

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Ok, aber ich kenne den Artikel nicht.

Trimmung und Stabilität

Trimmung und Stabilität

F1H-NFlyer schrieb:

Beuermann (siehe "thermiksense"-Betrag: beuer_Ia.pdf ) verwendet den Begriff: Neutralpunkt des Gesamtmodells für den Punkt, bei dem die Summe der Momente Fläche mal Hebelarm von Flügel und Leitwerk gleich null ist.

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Wozu soll diese Definition nütze sein? Das ist kein Punkt, mit dem man irgendwas anfangen kann. Mit Hebelarm und Fläche kommt man nicht weiter.

Der (aerod.) NP ist der Punkt, an dem (im quasi-linearen Bereich der Aerodynamik) die anstellwinkelabhängigen (also nicht die konstanten wölbungsbedingten) Auftriebskräfte angreifen (, ohne um diesen Punkt ein zusätzliches Moment zu erzeugen). Damit Anstellwinkelstabilität (statische Längsstabilität) besteht, muss der SP vor dem NP liegen. (Wie weit davor er liegen sollte, darauf lässt sich so zunächst keine Antwort geben.)

F1H-NFlyer schrieb:

Er verknüpft aber auch gleichzeitig offenbar den Nullmomentenbeiwert in die Lage des Schwerpunkts bzw. der Einstellwinkeldifferenz. Diese Betrachtungsweise habe ich immer noch verinnerlicht. Der Betrag ist aber schon sehr alt und wird offensichtlich nicht mehr angewendet.

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Das erinnert mich an die alten Ausgaben der FMT-Profilkataloge. Da wurde immer die Empfehlung gegeben, den SP in den Druckpunkt (nicht NP!) des Flügels beim Ca des besten Gleitens zu legen (damit das HLW dort kräftefrei ist oder leichten Auftrieb hat). Dabei geht das Cm0 des Flügels ein. Das Ganze hat allerdings nix mit einer Längsstabilitätsbetrachtung zu tun.

F1H-NFlyer schrieb:

Zum Neutralpunkt eines Profils habe ich eine Angabe von einem Artikel in der "thermiksense" 1/2004 von Dieter Siebenman aus Profil-Messungen von D.Althaus. Hierin wird von einem Neutralpunkt von 34% tm ausgegangen.

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Ein Gesamt-NP bei 34 % ist denkbar bei einem relativ kleinen HLW. Aber sicher nicht der NP eines Profils oder eines Flügels großer Streckung.

F1H-NFlyer schrieb:

Der Nullmomentenbeiwert wird also nur zur Lage des Schwerpunkts im getrimmten Zustand (mittleres ca oder evtl. bei Freiflugmodellen bei ca^3/cw^2) verwendet?

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Das ist dann eine reine Trimmbetrachtung. Kann man so machen. Siehe oben.

F1H-NFlyer schrieb:

Dabei wird aber auch das Stabilitätsmaß beeinflußt bzw. muß evtl. ein neuer Neutralpunkt, sprich Flächen- und Hebelarm-Verteilung gewählt werden?

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Äh, ja. Man kann den SP festlegen, ausgehend von einer Trimmbetrachtung, und anschließend die Längsstabilität durch die Größe und den Hebelarm des HLW sicherstellen.

F1H-NFlyer schrieb:

Im übrigen versteht Frank unter aerodynamischem NP wahrscheinlich die abweichende Verteilung der 1/4 t-Linie durch den Pfeilungseffekt bei Nurflügeln?

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Was ist eine abweichende Verteilung der 1/4 t-Linie?
Der Pfeilungseffekt hat zunächst mal nix mit Nurflügeln zu tun, tritt aber auch dort auf. In der Mitte des Pfeilflügels (und z.B. auch am Randbogen eines abgeschnittenen beliebigen Flügels) liegt der örtliche aerod. NP nicht auf dem örtl. geometr. NP, der l/4 Linie. Das wird durch ein Wirbelleiterverfahren implizit berücksichtigt.
(Anmerkung: In WinLaengs2 war noch kein Wirbelleiterverfahren drin. Da habe ich die geometrischen NP von Flügel und HLW ausgerechnet und anschließend die verringerte Wirksamkeit des HLW über einen Abwindfaktor angenähert. Das führt bei einem A2 Modell zu fast dem gleichen Ergebnis, allerdings nicht bei einem Delta.)

Bitte berechne mal einen aktuellen Flieger mit WinLaengs4 und poste die Datei hier.

Jörg

Conny schrieb:

Wozu soll diese Definition nütze sein? Das ist kein Punkt, mit dem man irgendwas anfangen kann. Mit Hebelarm und Fläche kommt man nicht weiter.

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Na ja, sooo verkehrt ist es nicht. Man bekommt damit einen Punkt, der die relative Wirksamkeit der Flächen berücksichtigt (rein geometrisch, ohne Abwindeinfluss). Bezugspunkt ist 50% der Flächentiefe (nehme ich zumindest an), nicht 25% wie beim NP, aber wenn man entsprechend grössere Werte für die SP-Vorlage verwendet, ist das ja nur eine Nullpunktverschiebung.

Ooops

Ooops

MarkusN schrieb:

Na ja, sooo verkehrt ist es nicht. Man bekommt damit einen Punkt, der die relative Wirksamkeit der Flächen berücksichtigt (rein geometrisch, ohne Abwindeinfluss). Bezugspunkt ist 50% der Flächentiefe (nehme ich zumindest an), nicht 25% wie beim NP, aber wenn man entsprechend grössere Werte für die SP-Vorlage verwendet, ist das ja nur eine Nullpunktverschiebung.

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Markus, ich bin entsetzt ;-)

Was fängt man denn damit an, wenn ich den örtlichen NP falsch ansetze und auch noch die gegenseitige Induktion ignoriere? Das Ergebnis ist doch völlig Banane! Ich finde, man braucht diese Krücken nicht (mehr).

Fällt Dir noch was ein, was ich vergessen habe bez. Peters Ausführungen?

Jörg