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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Rumpfwiderstand -richtig oder falsch?



bluestar74
23.02.2010, 18:32
Hallo,
beim lesen der aktuellen "Aufwind" bin ich auf Seite 47 auf eine interessante Aussage gestossen:

"... Noch heute findet man im Modellflug bei Zweckmodellen extrem schlanke Rümpfe, die jedoch wegen des deutlich schlechteren cw-Wertes eben keinen geringeren Widerstand besitzen, als ein strömungstechnisch günstig geformter voluminöser Rumpf eines GFK-Scale-Seglers"...
(Auszug Aufwind 02/2010, Seite 47, "Moderne alte Kiste", Autor Tobias Pfaff)

Als bekennender Fan von Zweckmodellen halte ich diese Aussage für sehr interessant. Ist die gesamte F3B/F/J-Szene auf dem falschen Weg? Warum fliegen wir die "Besenstiele" und nicht Scale-Rümpfe (oder einfach dickere, tropfenförmige Zweckrümpfe)? Oder ist die Aussage schlichtweg falsch?

Bitte kein pro/kontra Diskussion über Scale oder Zweck - es geht nur darum, ob diese Aussage so gerechtfertigt ist oder nicht.
Danke für Eure Meinungen!

Marc

Spaceyrunner
23.02.2010, 18:58
Hallo,

Widerstandskraft Fw berechnet sich zu: Fw= 0.5*ro*cw*A*v², wobei A die projizierte Stirnfläche ist. Natürlich liegt da Optimierungspotential!
Aber natürlich muss auch noch eine genügend hohe Festigkeit gewährleistet werden!

Gruß Michael

CHP
23.02.2010, 19:00
Bitte kein pro/kontra Diskussion über Scale oder Zweck - es geht nur darum, ob diese Aussage so gerechtfertigt ist oder nicht.

Willst Du jetzt nur eine Ja oder Nein ohne Begründung?

Jürgen N.
23.02.2010, 20:03
Und das cw in der Formel ist nicht automatisch kleiner wenn nur die Stirnfläche verringert wird.
Gruss Jürgen (dem fliegende Besenstiele ein Gräuel sind ;) )

schottgunt
23.02.2010, 20:20
Ich nehme mal an, daß die Formel für die Widestandskraft von Spaceyrunner richtig ist. Das bedeutet, daß bei doppelter Rumpfdicke eine 4-fache Stirnfläche da ist. Um die selbe Widerstandskraft zu erreichen, müßte der cw-Wert nur mehr ein Viertel betragen. Ich glaube, so stark ändert sich der cw-Wert nicht. Außerdem haben Scale-Segler eher etwa 4-fache Rumpfdicke und damit 16-fache Stirnfläche.

Ich behaupte daher: Die Aussage im Aufwind ist falsch.

micbu
23.02.2010, 20:40
Der CW Wert müßte schon extrem viel geringer sein, damit ein voluminöser Rumpf weniger Widerstand bietet als ein extrem schlanker.
Ich halte die Aussage somit ebenfalls für falsch.
Ausserdem ist das Gewicht eines voluminösen Rumpfes wohl höher als das eines dünnen Besenstieles.

Viele Grüße, Michael

bluestar74
23.02.2010, 20:51
Willst Du jetzt nur eine Ja oder Nein ohne Begründung?

Danke erstmal für die bisherigen Antworten.
@CHP: ich will hier keinen Glaubenskrieg zwischen Scale- und Zweckfliegern, das artet dann leicht in gegenseitiges Unverständnis aus...

Gruß,
Marc

PS: Ohne Ahnung von der Formel zu haben, ich halte die Aussage ebenfalls für falsch, sonst hätte wohl irgendwann einmal jemand "Scalerümpfe" im Wettbewerb eingesetzt - ohne Nachteil.

atlantide
23.02.2010, 21:08
Wenn ich geradeaus fliege, ist die projizierte Stirnfläche in jedem Fall eher gering, es ist in diesem Fall fast egal ob ich ein Scale- oder Zweckmodell fliege. Auch die Tropfenform ist in dieser Fluglage am effektivsten. Beim Kreisflug sieht das anders aus, da ist die Angriffsfläche wesentlich größer und der Unterschied zwischen einem schlanken und einem weniger schlanken Rumpf kommt viel mehr zum Tragen.
Insofern ist die Aussage im Ausgangsbeitrag m. E. nicht falsch, aber nur für eine Flugsituation relevant.

Gruß,
Ralf

andri.schuetz
23.02.2010, 21:22
@ Ralf:

eher gering spielt hier nicht eine Rolle; der Luftwiderstand hängt direkt von dieser Fläche ab. Bei einem Scalemodell kann die schon bis um den Faktor 8 grösser sein als bei einem Zweckmodell. Und der spezifische Luftwiderstand ist nicht um diesen Faktor besser bei einem Scale-Modell

Gruss

Andri

GeorgR
23.02.2010, 21:48
Hallo,

bei solchen Überlegungen ist es gut, wenn man die beiden Dinge, um die es geht,
extrem überzeichnet.

Also, in dem einen Fall einen Stab mit einem Durchmesser von z.B. 3 mm
ansetzt und im anderen Fall einen Rumpf, der eine Form, wie ein Zeppelin hat.

Die Antwort fällt auch ohne Formeln und Gleichungen leicht.

Beni-LA
23.02.2010, 22:19
ich seh das so doppelter durchmesser 4 fache fläche, also auf jeden fall bremst ein scale rumpf mehr auser der zweckmodell rumpf hat den Cw wert eines LKW´s
was ich aber nicht ganz verstehe, wiso nimmt man nicht einfach die form eines guten vollsymetrischen profils und biegt es quasi runt um den rumpf zu erhalten. Der rumpf währe dan so zu sagen eine kreisförmige tragfläche dürfte doch nen schön gringen cw wert haben oder ist das der flasche denkansatz?

jochen_w.
23.02.2010, 22:30
Achtung, nicht allein der Durchmesser spielt bei dieser Überlegung eine Rolle.
Die Reynoldszahl spielt hierbei auch eine große Rolle!
Angenommen man hat zwei Kugeln mit der gleichen Oberflächenrauhheit mit unterschiedlichen Durchmessern d1 und d2.
d1 > d2
Dann kann trotzdem die Kugel mit d1 einen geringeren Widerstand haben.

mfg jochen

GeorgR
23.02.2010, 22:52
Angenommen man hat zwei Kugeln mit der gleichen Oberflächenrauhheit mit unterschiedlichen Durchmessern d1 und d2.
d1 > d2
Dann kann trotzdem die Kugel mit d1 einen geringeren Widerstand haben.


Warum hat die größere mit der gleichen Oberfläche den kleineren Widerstand?
Das ist wahrscheinlich ein schlüpfriger Witz?

jochen_w.
23.02.2010, 22:55
Nein, ich hab geschrieben "kann".
Also nur bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, hängt ja mit der Re-Zahl zusammen.

mfg jochen

Philip Kolb
23.02.2010, 23:08
Guten Abend,
mich wundert die Aussage im Aufwind-Magazin etwas. Ich habe die Ausgabe leider nicht vorliegen und weis daher nicht in welchen Kontext (oder anhand welcher Beispiele) diese fest gemacht wurde.
Generell kann man jedoch sagen, dass die Abschätzung des Rumpfwiderstandes nicht ganz so einfach ist. Wie schon geschrieben wurde ist sie von mehreren Faktoren abhängig, z.B. von der Reynoldszahl, von der umspülten Fläche, des Verhältnisses der Dicke zur Länge des Rumpfes (man könnte es als "Rumpfseitenverhältnis" beschreiben, im Englischen ist die korrekte bezeichnung "fineness-ratio") und auch den Anteilen laminarer Rumpfumströmung und turbulenter Rumpfumströmung.
....also nicht alleine von der Stirnfläche des Rumpfes!

In folgendem Post erklärt Mark Drela die Abschätzung des Rumpfwiderstandes nach Hoerner:
http://www.rcgroups.com/forums/showpost.php?p=13059212&postcount=81

Hier ist zum einen sehr gut zu verstehen, dass die Dicke im Verhältnis zur Rumpflänge maßgeblich am Rumpfwiderstandsbeiwert beteiligt ist und die Wandschubspannungskoeffizienten bei turbulenter Rumpfumströmung um ein Vielfaches höher sind als bei laminarer.

Dies lässt den Schluss zu, dass man den laminar/turbulenten Umschlag am Rumpf möglichst weit hinten (in Strömungsrichtung) haben möchte um die Laminare Strömung so lange wie möglich aufrecht zu erhalten. Diese bringt ja deutlich weniger Widerstand mit sich.
Leider ist es nun mal naturgegebenermaßen so, dass dieser Umschlag in etwa an der Dicksten Stelle des Rumpfes stattfindet. Die Strömung dahinter also turbulent und deutlich widerstandsbehafteter ist.
Logischer Schluss ist, besonders diesen Teil des Rumpfes so dünn (oder besser gesagt oberflächenklein) wie möglich zu gestalten um die umspülte Oberfläche zu minimieren.
In der Regel sind moderne Rümpfe (ob von der neuesten Generation bemannter Segelflugzeuge oder aber auch den schlanken F3X-Modellrümpfen) aber schon so gestaltet, dass sie einer Optimierung der oben genannten Faktoren entsprechen.
Wer den Rechenaufwand auf sich nimmt wird feststellen, dass "der Scaleseglerrumpf" gegenüber dem "Besenstielrumpf" zweier gängiger Modellkonzepte gleicher oder zumindest ähnlicher Flugzeuggröße mit Garantie den höheren Widerstandsbeiwert hat. Und der Unterschied im Widerstand zwischen beiden wird mit zunehmender Fluggeschwindigkeit auch noch stark zunehmen.
Ein etwas weiteres Feld tut sich dann auf, wenn man zum Rumpf die Interferenzwiderstände zwischen Flügel und Leitwerken und eben jenem minimieren möchte......

Viele Grüße

Philip Kolb

CHP
23.02.2010, 23:57
Danke erstmal für die bisherigen Antworten.
@CHP: ich will hier keinen Glaubenskrieg zwischen Scale- und Zweckfliegern, das artet dann leicht in gegenseitiges Unverständnis aus...

Um es kurz zu machen: Bei gleicher Länge kann das nicht sein.

Mir fehlt allerdings auch der Kontext, in welchem das geschrieben wurde.

Michael Hermann
24.02.2010, 01:53
....vielleicht ist die Aussage doch nicht so ganz falsch.

Es gab vor kurzem eine interessante TV-Dokumentation über Neuentwicklungen in der Bio-Technik. In diesem Falle ging es um Entwicklungen über kleine 1 Mann Unterwasserfahrzeuge (geflutete Tauchröhren) für Meeresbiologen ect.

Natürlich hat man versucht diese Zigarren, um vermeindlich Energie zu sparen, so aerodynamisch glatt und schlank wie möglich um den Taucher zu bauen.....nur leider brachten die Messungen auch zu Tage, dass ein mehrfach dickerer und längerer Weißer Hai, im Vergleich nur ein Bruchteil der Energie brauchte um sich durch das Medium Wasser zu bewegen.

Hydroptere
24.02.2010, 02:32
Bin zwar Segler, aber eine goldene Regel ist Gesetz
in der Strömungslehre!

"Länge läuft!"

Das ist der Grund warum wir Multihulls fahren im RC-Segelsport
http://www.rc-network.de/forum/attachment.php?attachmentid=413131&d=1266973006
http://www.rc-network.de/forum/newreply.php?do=newreply&p=1539865

Einen Fingerbreit Foil im Wasser und

MarkusN
24.02.2010, 08:03
Einen Vorteil eines dickeren Rumpfes kann ich mir eigentlich nur in Schiebeflugzuständen vorstellen. Da bleibt die Strömung länger haften.

Man darf aber umgekehrt nicht vom Querschnitt dierekt auf den Widerstand schliessen. Zum Einen, weil bei üblichen Rumpfformen die umspülte Oberfläche nicht im gleichen Mass abnimmt, zum Anderen, weil ein dickerer Rumpf bezüglich günstiger Druckgradienten über einen grösseren Anstell- und Schiebewinkelbereich besser gestaltet werden kann.

bluestar74
24.02.2010, 09:14
Für diejenigen, die das Aufwind-Magazin nicht haben und nach dem Kontext fragen:
Es geht um das Modell einer Curtiss-Jenny (also Motorflug) und deren dünnes Flügelprofil mit zusätzlicher Drahtverspannung. Hier steht die Aussage, daß damals die Segelflieger schon erkannt hatten, daß ein dickeres Profil nicht zwangsläufig einen höheren Widerstand als ein dünnes haben muß, vor allem wenn das dünne noch zusätzlich verspannt werden muß.
Diese Aussage wird dann im folgenden Absatz mit der zitierten Aussage fortgeführt.
Es gibt also eigentlich keinen Kontext, diese Aussage steht relativ alleingeleassen im Text.

Grüße,
Marc

MarkusN
24.02.2010, 09:27
Die Aussage zum Flügel stimmt zweifellos. Die zum Rumpf halte ich für eine unzulässige Extrapolation.

Gast_15450
24.02.2010, 12:46
Guten Tag
Der oben zitierte Text liegt mir leider noch nicht vor.
Aber in der Aufwind 1/2009 steht auf Seite 46 folgendes;Autor Tobias Pfaff
Zitat:
Schädlicher Widerstand:der schädliche Widerstand wird durch Teile des Modells erzeugt,die nicht unmittelbar am Fliegen beteiligt werden.Diesen Wert gilt es so klein wie möglich zu zu halten,wobei für den Modellflug bei moderaten Geschwindigkeiten der Einfluss des schädlichen Widerstandes wesentlich geringer ist,als im manntragenden Flug.Es ist um die Gleitleistung eines Modells zu erhöhen also viel wichtiger,die Auslegung der Tragflächen zu optimieren,als sich Mühe zu machen,alle Komponenten mit aufwändigen Tricks in einen Rumpf hinein zu pressen,der weniger geräumig ist als ein Gartenschlauch.-

Mit Flz-Vortex lassen sich die Auswirkungen des Rumpfquerschnitts auf die Flugleistungen komfortabel berechnen.Die Demo-Version gibt es gratis bei
http://Fliegerforum.embeh.de .Mit fertigen Modellen die man selber verändern kann (z.B. Rumpfquerschnitt)um die Auswirkung auf das Flugverhalten darzustellen.
Gruss Gunter
http://Fliegerforum.embeh.de

kurbel
24.02.2010, 14:05
Bin zwar Segler, aber eine goldene Regel ist Gesetz
in der Strömungslehre!

"Länge läuft!"
Das bezieht sich wohl besonders auf den Widerstand von Bootsrümpfen an der Grenzfläche zweier Medien, hier Luft und Wasser.
Das hier passende Analogon wäre aber ein Uboot. ;)

Trotzdem können schlanke Körper offenbar besser sein, als dickere gleicher Länge.

Bei der Entwicklung des bemannten Antares ist außerdem aufgefallen, dass offenbar eine Verlängerung der Rumpfnase nach vorne, zugunsten der Crashsicherheit, trotz Vergrößerung der umspülten Oberfläche nicht durch einen Zusatzwiderstand erkauft werden muss.
Der Grenzschichtumschlag liegt unabhängig davon recht fest etwa am größten Querschnitt.
Davor ist alles laminar und trägt kaum zum Widerstand bei
Wohl hätte man den Widerstand verringen können, indem man den Rumpfquerschnitt verschlankt.
Aber das ist begrenzt durch die Anforderungen an Komfort und die Anatomie des Menschen, bzw. der typischen Kunden ;) .

Wirklich, bei Segelflugzeugen würden die Hersteller gerne noch schlanker bauen, wenn nicht noch Piloten hineinpassen müssten.
Das schon jetzt nicht jeder in jedes Flugzeugmuster hineinpasst, ist auch so schon Gegenstand langer Diskussionen in Vereinen vor jeden Neukauf.

Es geht ja sogar so weit, dass ein Hersteller für das 'gleiche' Segelflugzeug zwei verschieden große Rümpfe anbietet.

Kurbel

Spaceyrunner
24.02.2010, 18:53
Hallo zusammen,

Genauer: Der Luftwiderstand (egal von was durch die Luft fliegt) berechnet sich aus verschiedenen Anteilen: Formwiderstand + Induzierter Widerstand + Rauhigkeitswiderstand + Interferenzwiderstand.

Der Formwiderstand ist der Widerstand welches das Objekt besitzt ohne Anbauteile und Oberflächenstruktur bei Nullauftrieb.

Der Induzierte Widerstand entsteht durch 3-d Umströmung des auftriebsbehafteten Objekts--> Randwirbel entstehen

Der Rauhigkeitwiderstand ist der Eigenwiderstand der Anbauteile bei idealer Anströmung.

Der Interferenzwiderstand ist der Widerstand der durch Wechselwirkung des Grundkörpers und seinen Anbauteilen entsteht.

all diese Teilwiderstande lassen sich durch Druckwiderstand und Reibungswiderstand näher beschreiben.

Die Druckwiderstandskraft berechnet sich aus dem Integral der Druckverteilung über die Oberfläche. (hervorgerufen durch Ablösung und Wirbel)

Die Reibungswiderstandskraft berechnet sich aus dem Integral der SChubspannungen über die Oberfläche.

Zum Formwiderstand:

Die Länge beider Rümpfe (Zweck und Scale) ist gleich. Der Scalerumpf hat eine Tropfenform, der Zweck Besenstielform. Der Schlankheitsgrad Lambda berechnet sich zu L/D, wobei L die Rumpflänge und D der max. Durchmesser des Rumpfes ist. Literaturwerte zeigen, dass der geringste Widerstand für einen Schlankheitsgrad von ca. 2 erreicht wird. Mit zunehmender Länge nimmt der Luftwiderstandsbeiwert cw etwa linear zu. Da hier durch anliegende Strömung der Reibungswiderstand zu tragen kommt.
Der Scalerumpf weißt große Druckanstiege auf (dadurch löst meist die Strömung auch an der maximalen Aufdickung ab, unabhängig wie lang die Lauflänge zuvor ist). Aber er kann auch ein Teil durch den Druckrückgewinn durch die Verjüngung wieder gut machen. Jedoch ist die Fläche an der die Schubspannungen wirken können ebenfalls größer als beim Besenstiel. --> Druck- und Reibungswiderstand beim Scalerumpf größer!

Gruß Michael

kurbel
24.02.2010, 23:49
Der Scalerumpf weißt große Druckanstiege auf (dadurch löst meist die Strömung auch an der maximalen Aufdickung ab, unabhängig wie lang die Lauflänge zuvor ist). Aber er kann auch ein Teil durch den Druckrückgewinn durch die Verjüngung wieder gut machen.
Löst nicht per se ab, sondern schlägt nach turbulent um.
Wer es genau nimmt: löst nur sehr kurz laminar ab, um sich in der Regel gleich wieder turbulent anzulegen.
Wenns wirklich abgelöst wäre, gäbs ja keinen Druckrückgewinn.

Kurbel

Steffen
25.02.2010, 14:13
Moin,

hier wird aber viel zusammengeworfen...

Fakt ist: die Frage nach höherem Widerstand kann nicht völlig einfach mit Ja oder Nein beantwortet werden, da mehr Einflüsse vorliegen, als nur die Fläche und der Widerstandsbeiwert der Spindel.

Schiebezustande sind unter Umständen besser mit einer dünnen Spindel bis zu einer gewissen Dicke. Dann kann die Spindel deutlich schlechter werden als ein dickerer Tropfen.

Auch sind Interferenzwiderstände durchaus sehr stark von den lokalen Druckgradienten abhängig.

Prinzipiell würde ich aber davon ausgehen, das der Widerstandbeiwert des dünneren Rumpfes in sauberer Anströmung geringer ist, während der Widerstand des größeren Rumpfes größer ist.

Aber ein paar Sachen möchte ich geraderücken, wel sie einfach nicht richtig sind:

Der Widerstandsbeitwert des Rumpfes ist nicht unbedingt an seine Querschnittsfläche oder seine Oberfläche oder seine Seitenprojektion oder so gebunden, sondern eigentlich eher an die Flügelfläche, da sonst der Vergleichsbezug für das Projekt verloren geht.
Dann aber ist der Widerstandsbeiwert aufgrund der konstanten Bezugsfläche größer wenn der Widerstand absolut größer wird.
Somit wiederum hat ein größerer Rumpf einen größeren Widerstandsbeiwert in der Flugzeugbetrachtung, während er einen kleineren Widerstandsbeiwert hat, wenn ich eine reine Rumpfbetrachtung mache.

Das gleiche würde für Profile gelten, wenn ich deren Widerstandsbeiwert auf die Stirnfläche oder die Dicke oder gar das Volumen beziehen würde.

Tendentiell kann man also davon ausgehen, dass in sauberer Anströmung der kleiner Rumpf den kleineren Widerstand hat, bei Schiebezuständen und der Anstelwinkeländerung könnte das aber deutlich anders sein, wenn man aufgrund der Suagspitze nah der Rumpfspitze und dem folgenden Druckanstieg einen Umschlag erzwingt.

in den mir vostellbaren, Modellbauartigen Szenarien kann man tendentiell wohl davon ausgehen, dass der kleinere Rumpf den geringeren Widerstand hat, solange man dadruch nicht einen schweren Pferdefuß einfängt, wie zB einen ganz schlechten Flügel-Rumpfübergang.

zu der gestellten Frage aber:

es geht nur darum, ob diese Aussage so gerechtfertigt ist oder nicht.
Nein, sie ist so nicht gerechtfertigt, umgekehrt aber eben auch nicht völlig.

Gruß, Steffen

Michael Hermann
25.02.2010, 17:55
zwar widersprach diese Vermutung eigentlich der gängigen Theorie, dass jede Art von Unebenheit den Reibungswiderstand einer Oberfläche erhöht.....

http://www.rwscharf.homepage.t-online.de/faz06/faz0308.html

und

http://www.scinexx.de/dossier-detail-61-12.html

Gruß Michael

Hans Rupp
26.02.2010, 10:00
Bisschen Werbung für die Zeitschrift Aufwind. da war da Thema Oberflächen schon behandelt. Auszug aus den Artikeln (Quelle: http://www.aerodesign.de/profilelight/pl_m.htm )

Profile Light: Delfine, Haie und Hauswände
Folge 31, Aufwind 5/2007, Seite 42-45

Lag die Antwort in der Lotusblüte, die sich im Winde wiegt? Oder war es der Gummistiefel, der mit seiner quietschig knatschigen Oberfläche erstaunt. Wo finden wir die widerstandsärmste Oberfläche der Welt? Die letzten beiden Jahrzehnte war die Forschung hin und hergerissen zwischen Bionik und Nanotechnologie und der endgültigen Antwort auf die perfekte Oberfläche. Uns interessiert natürlich nur die perfekte Oberfläche für Fluggeräte. Selbstreinigende Hauswände sind etwas für Warmduscher. (...)
Profile Light: Grenzschichtabsaugung
Folge 32, Aufwind 1/2008, Seite 78

Der Blick 400 Millionen Jahre zurück in der Evolution in der hat nur bedingt geholfen. Das dabei entdeckte Optimierungspotential hält sich in Grenzen. Die Haifischhaut kann die turbulente Strömung nicht verhindern, sondern bietet nur 10% Widerstandseinsparung gegenüber der turbulenten Strömung an der glatten Wand. Wesentlich besser wäre es, die laminare Laufstrecke zu verlängern. Aber wie? (...)

Problem:
Wer will die Rillenoberflächen sauber halten?

Ein bisschen spielt bei dem Thema auch eine Frage, wie wir am wenigsten falsch machen können. Der wichtige Rumpf-Flügelübergang ist sauschwierig richtig zu machen (Verwies auf das Projekt AKaflieg Mü31). bei einezlen Flugzeugmustern (Kestrel z.B. zu Galsflügel 604 die auf der gelichen Vorderkeule aufbauen) konnte man feststellen, dass ein falsch gelegter Druckanstieg am Rumpf mehrer Gleitzahlpunkte kosten kann. D.h. eien Einschnürung im Flügelbereich kann sehr kritisch sein.

Zum Teil werden Spezielle Anschlussprofile verwendet, so klar sind deren Vorteile aber im Modellflug in der Praxis noch nicht spürbar. Je kleiner - insbesondere dünner - der Rumpf, desto kleiner die Interferenzproblematik, könnte man vermuten.

Hans