viele fragen zum thema flügelgeometrie...

hallo forum

schönes forum habt ihr hier.
da ich neu hier bin, stell ich mich erst mal kurz vor. ich komm aus der nähe von heidelberg und bin 37 jahre und fachinformatiker.

meine frau meint, ich soll mir nen hobby suchen, bei dem ich auch mal raus komm… ok, modellflug hat mich schon immer interessiert, frische luft gibt es da auch. passt. außerdem könnt ich da auch mal wieder was basteln, was mich auch reizen täte.

für den einstieg will ich mir den easyglider elektric anschaffen, aber darum soll es hier grade nicht gehen.

für den moment interessiert mich mehr das basteln. und da genau das thema flügelgeometrie. dazu habe ich unzählige fragen.
viel gelesen hab ich schon, aber einige fragen bleiben dennoch unklar, unbeantwortet oder ich verstehs einfach nicht.

straken zum beispiel. wird bei horten-fliegern wohl immer gemacht. also wurzelrippe profil 1 und endrippe profil 2. dazwischen wird das profil gestrackt… und nun? was genau ist stracken? ich komm aus der it; kann ich straken vielleicht mit morphen übersetzen? also rippe für rippe so verändern, dass aus profil 1 schließlich profil 2 wird? und wenn ja, wie geht das? ohne cad-programm wohl kaum, oder (wie haben die horten-brüder das gemacht)?

aber eigentlich wollte ich die verschiedenen aspekte (vorteile/nachteile) der unterschiedlichen flügelgeometrien und anordnungen überschaubar zusammen gefasst wissen (ich mags gerne übersichtlich )

also, wo sind die charakteristika folgender spezifikationen?

normaler flügel (höhere eigenstabilität?), deltaflügel (schnell?), trapezflügel

v-form (positiv/negativ), gerader flügel

pfeilung (positiv (eigenstabilität?)/negativ), keine pfeilung, starke und schwache pfeilung?

hochdecker (langsam?), mitteldecker, tiefdecker (schnell?)

winglets, abgerundete flügelenden, gekappte flügelenden

knickflügel positiv (bsp. habicht)

knickflügel negativ (bsp. stuka)

nurflügel, canard, standard

kann man pauschal davon ausgehen, dass, wenn man bestimmte merkmale miteinander kombiniert, sich die jeweiligen eigenschaften verstärken? oder welche einflüsse müssten noch berücksichtigt werden?
by the way: was ist streckung?

so, falls jetzt einer meint dass ich studieren soll, wenn s mich so brennend interessiert… dafür bin ich jetzt zu alt (und hab auch ganz nebenbei zu viel verantwortung) bzw. noch nicht alt genug
jedenfalls habe ich jetzt mal viele fragen in den raum gestellt… ich bin gespannt auf die antworten.

viele grüße, sven

Herzlich Willkommen bei RCN Sven! Ja, schönes Forum... Aber im "Cafe Klatsch" geht es zuweilen auch weniger schön zu...
Das sind ja viele Fragen auf einmal...

Aber um mal einige Punkte aufzugreifen:

1. Manchmal wird fälschlicherweise "Strack" geschrieben. Richtig ist aber "Strak". Das zugehörige Verb daher auch "straken".

Was das ist? Du hast es ja selbst schon recht gut beschrieben. Nur, dass bei auf Höchstleistung optimierten Flugzeugen nicht nur von einem Profil auf ein weiteres gestrakt wird, sondern dass man mitunter auch deutlich mehr als nur 2 Profile verwenden kann.
Die Motivation dabei ist es, an jeder Stelle des Flügels ein Profil zu haben, das am besten zur dortigen, lokalen Situation passt. So ist ja außen die Flächentiefe fast immer kleiner als innen. Nun ist es so, dass verschiedene Profile bei verschiedenen Reynoldszahlen (Re-Zahlen) ihre "Bestleistung" erreichen, sei es nun im Sinne von maximalem Auftrieb, oder im Sinne von minimalem Widerstand. Auf diese Re-Zahl hat u.A. auch die Profiltiefe einen Einfluss. Wenn jetzt der Flügel nach außen hin schmäler wird, also die Profiltiefe nicht überall konstant ist, dann hat man es auch überall mit unterschiedlichen Re-Zahlen zu tun.
Man kann dann mit Programmen wie z.B. Xfoil herumprobieren, welches Profil für eine gewisse Re-Zahl, also für eine bestimmte Stelle in Spannweitenrichtung, nach den zuvor festgelegten Kriterien die beste Leistung bringt. Dabei ist der Leistungsbegriff natürlich abhängig davon was man will, also ob man ein Thermikmodell, einen schnellen Hotliner oder Speedflieger, einen Scaleflieger oder sonstwas bauen will.

Man kann einen Strak auch ohne CAD erreichen. Und zwar indem man die Rippen im Blockverfahren (hierzu evtl. bitte die Suche bemühen) mit zwei unterschiedlichen Musterrippen herstellt. Eine Musterrippe hat z.B. dann das AG-24 und die andere hat das AG-25. So ergibt sich beim Schleifen des Rippenblockes auch ein Strak, jede einzelne Rippe hat dann also ein leicht anderes Profil.


Thema Streckung...
Hier erstmal zwei Beispiele zur besseren Anschaulichkeit. Schau Dir bitte folgende zwei Bilder mal an:
1.: http://www.alexander-schleicher.de/produkte/ash30/30_001.jpg
2.: http://air-and-space.com/20070818 C...8 Super Cub N5428H left front in flight l.jpg

Auf Bild 1 siehst Du eine sehr große Streckung der Tragfläche. Bild 2 ist ein Beispiel für geringe Streckung.

Einfluss der Streckung:
Hohe Streckung ist gut für bessere Gleitleistung, daher sind Segelflugzeuge ja auch immer relativ hoch gestreckt im Vergleich zu Motorflugzeugen und insbesondere z.B. im Vergleich zu Kunstflugmaschinen. Das sieht man auch schon im Vergleich zwischen einem modernen Segelflugzeug der offenen Klasse und einem Kunstflugsegler wie z.B. Swift oder Fox: Der Kunstflugsegler hat eine kleinere Streckung.
Warum? Kleinere Streckung bedeutet, dass die Masse der Tragfläche nicht so weit außen liegt wie es bei großer Streckung der Fall ist. Sie ist näher an der Mitte konzentriert. Daraus resultiert, dass bei kleinerer Streckung im Falle, dass man eine Rolle oder einfach auch nur eine Kurve fliegen möchte, ein kleineres Moment durch die Querruder ausreicht, um eine Rollbewegung zu bewirken, denn der Großteil der Masse der Tragfläche ist ja nun näher am Rumpf und sitzt damit nicht am langen Hebel. Daraus ergibt sich in diesem Fall ein kleineres Massenträgheitsmoment. Man spricht hierbei dann von einer geringen Rolldämpfung.
Letztere ist hingegen groß, wenn ein beträchtlicher Teil der Tragflächenmasse weiter außen liegt, also bei großer Streckung. Das ist dann eine große Rolldämpfung und auch der Grund dafür, dass Du niemals eine ASK-21 so schnelle Rollen fliegen sehen wirst wie eine Extra 300.
Ein weiterer Weg, die Masse nahe am Rumpf zu halten ist es, einen Doppel- oder sogar Dreidecker zu bauen, anstatt eines Eindeckers. Denn so kann die gesamte Flügelfläche ausreichend groß gehalten werden und trotzdem ist die Spannweite klein und damit auch die Masse nahe am Zentrum.
Deshalb ist das Doppeldeckerkonzept auch heute im Kunstflug immernoch aktuell (Challenger, Ultimate, Pitts, Turbo Toucan), wenn auch die meisten Leute bei "Doppeldecker" zuerst an die alten Kisten aus dem ersten Weltrieg denken.


Zu den Flügelgeometrien:
Kurz und knapp...

- Ein normaler Rechteckflügel ist in jeder Hinsicht unkompliziert leicht zu bauen.

- Trapezflügel, bzw. Doppel- und Mehrfachtrapezflügel sind komplizierter zu bauen. Diese Formen sind eigentlich immer der Leistung geschuldet. Man kommt so der elliptischen Auftriebsverteilung (das ist das Optimum) näher als es bei einer Rechtecktragfläche geht. So ganz nebenbei wird durch die nach außen abnehmende Profiltiefe auch der größte Teil der Masse näher am Rumpf gehalten, wozu das gut ist steht ja schon oben.

- Delta: Großer Geschwindigkeitsbereich, kann auch recht langsam was bei der Landung vorteilhaft ist. Darüber hinaus sieht es einfach auch toll aus und ist "mal was anderes".


Zur Pfeilung noch ganz kurz: Nach vorne gepfeilt: agiler im Kurvenflug, dafür weniger stabil im Geradeausflug
Nach hinten gepfeilt: stabiler Geradeausflug ohne große Neigung zur Seite auszubrechen, dafür weniger gut zum engen Kurven (z.B. in der Thermik)
Noch mehr zur Pfeilung kannst Du auch hier lesen:
http://wiki.rc-network.de/Pfeilung

Generell ist das RCN-Wiki sehr zu empfehlen:
http://wiki.rc-network.de/Hauptseite
Gleiches gilt für diese Seite:
http://www.aerodesign.de/


Die V-Form bringt dem Flugzeug mehr Eigenstabilität. Konkret äußert sich das so, dass ein Modell mit richtiger V-Form sich nach dem Ausleiten einer Kurve von selbst wieder in eine horizontale Lage einpendelt, während ein Modell ohne oder mit zu wenig V-Form das nicht tut, es muss dann vom Piloten mittels Querruderkorrektur erst dazu gebracht werden.
Daher sind auch alle Anfängermodelle mit einer vernünftigen V-Form versehen. Bei Kunstflugzeugen ist hingegen eine gewisse "Neutralität" in jeder Fluglage gewünscht, d.h. es soll nach dem Loslassen der Knüppel in einer bestimmten Lage in genau dieser Lage seine Flugbahn fortsetzen. Deshalb haben z.B. auch die ganzen 3D-Shockys und auch andere Kunstflieger keine V-Form. (Wobei es auch ein Paar Ausnahmen mit sehr geringer, kaum erkennbarer V-Form gibt.)


Zum Thema Knickflügel:
Knickflügel wie z.B. bei der Minimoa oder dem Habicht haben v.A. auch einen ganz praktischen Vorteil: Beim Landen sind die Flächenenden weiter vom Boden entfernt und somit relativ gut vor Beschädigungen geschützt.
Bei der umgekehrten Bauart des Knickflügels kann man so z.B. den Widerstand eines starren Fahrwerks reduzieren, denn wenn es am Knick platziert ist, ist ein kürzeres Fahrwerksbein ausreichend um genügend Bodenfreiheit zu erreichen und ein kürzeres Bein hat (richtig gemacht) auch einen kleineren Widerstand als ein langes Fahrwerksbein. Bei der Corsair mit Einziehfahrwerk war nicht der Widerstand ausschlaggebend, sondern schlicht und ergreifend der rießige Propeller, der eben eine bestimmte Bodenfreiheit erfordert.


Abschließend noch was zu dem äußeren Tragflächenende und den verschiedenen Varianten, die es da gibt:

Gerade (abgeschnittene) Flächenenden sind zwar leicht zu bauen, aber das war's dann auch schon mit den Vorteilen. Im Flug haben sie den entscheidenden Nachteil, dass sie nicht gerade leistungsfördernd sind. Bekanntlich ist bei einem Flügel, der Auftrieb erzeugt, auf der Unterseite ein größerer Druck als auf der Oberseite. Am Flächenende hat die Luft von unter der Tragfläche jetzt die Möglichkeit, um die Ecke herum nach oben zu strömen. Bei einem einfachen Flächenende ohne Winglet und andere "Gegenmittel" stellt sich dieser Luft nichts in den Weg, so kann im äußeren Tragflächenbereich sehr gut der Druckunterschied minimiert werden. Was dabei passiert, siehst Du hier:
http://www.physicstogo.com/images/features/wakevortex_large_9-14-072.jpg
Durch die Umströmung von der Unter- auf die Oberseite wird zusammen mit der Vorwärtsbewegung des Flugzeuges andauernd ein Wirbel erzeugt.
In diesem Experiment wurde der Wirbel mit Rauch sichtbar gemacht.
Wenn Du jetzt mal überlegst, dass diese ganze Luft die dadurch in Rotation versetzt wird, auch eine Masse hat... Dann ist Dir bestimmt schnell klar, dass das nicht gut sein kann. Energetisch betrachtet ist das natürlich eine Katastrophe, denn um diese LuftMASSE in Bewegung (Rotation) zu versetzen, wird ja eine gewisse Energiemenge gebraucht. Und diese Energiemenge wird dem System "Flugzeug" entzogen, wobei das Flugzeug seine zur Verfügung stehende Energie ja in Form von Kraftstoff (Motorflugzeug) oder Höhe (Segelflugzeug) mit sich führt.
Beides wird je schneller weniger, umso stärker diese Wirbel ausgeprägt sind.

Deshalb gibt es eine ganze Menge "Gegenmittel", die schon ausprobiert wurden. Was es alles gibt, was sich bewährt hat und wie es funktioniert, dazu kannst Du hier weiterlesen:
http://www.aerodesign.de/aero/randbogen.htm
Das würde hier sonst einfach den Rahmen sprengen un dich habe ja eh schon nicht gerade wenig geschrieben (sorry hierfür )...


Ich hoffe, dass Dir das einigermaßen weitergaholfen hat! In der Zeit, in der ich das hier geschrieben habe, haben ja bestimmt auch einige andere User was gepostet... (edit: Leider nicht! Buchstabe vergessen.)


mfg jochen

Straken könnte man auch als Interpolation von einer Rippe zur nächsten beschreiben

hallo

vieeeelen dank jochen für deine umfassende antwort. super. danke auch für die links.
für die ausführlichkeit braust dich auch nicht zu entschuldigen.

aber ich lese so ein wenig heraus, dass man nicht pauschalisiert kombinieren kann, oder. einiges ist wohl dann auch versuch und irrtum, also flügel bauen, aufmontieren und testen.

gruß, sven

Naja, es gibt schon Dinge die in Kombination eine Verstärkung der gewünschten Eigenschaften bringen.
Wenn man z.B. einen gutmütigen Anfängersegler baut, dann kann man sich den Einbau von Querrudern sparen, sofern die V-Form ausreichend ist. Denn dann kann man auch nur mit Seitenruder und Höhenruder durch die Kurven steuern und der Flieger richtet sich nach der Kurve wieder von selbst in die waagrechte Fluglage auf.
Oder, anderes Beispiel: Wenn man einen schnellen Flieger anstrebt und für die Fläche schon ein dünnes Profil ausgesucht hat, dann wird man mit Sicherheit kein extrem dickes Profil für das Leitwerk verwenden, sondern auch ein dünnes und auch einen dünnen Rumpf, also ein Rumpf mit dünnem Querschnitt. Deshalb findet man auch bei Sport- bzw. Wettbewerbsmodellen nicht so dicke Rümpfe wie bei Scalemodellen (Nachbauten von irgendwelchen Vorbildern).
Das geht so weit, dass manche dieser Wettbewerbsmodelle, z.B. F3F, F3B, F3J, von manchen abfällig als "Besenstiele" bezeichnet werden, weil die Rümpfe eben so aussehen. Hier mal ein Beispiel:
http://www.soaringusa.com/cart/cart.php?target=image&action=detailed_image&id=2167
(Mir gefällt's trotzdem!)

Also... Gewisse Maßnahmen, die "zusammen passen", also aerodynamisch und/ oder praktisch irgendwie sinnvoll sind, verstärken die Leistung eines Fliegers insgesamt schon mehr als es nur eine einzelne dieser Maßnahmen könnte.
Es bringt z.B. nichts, einen superschlanken Rumpf für so einen F3F-Segler zu nehmen und da dann Rechteckflächen mit geraden Flächenenden dran zu montieren.


mfg jochen

hmmm, ok.

aber fliegen würde so ein gerät schon. nur halt nicht so "optimal" bzw. der einsatzzweck wäre dann ein anderer.
jetzt die ultimative frage (um zu sehen, ob ich das dann verstanden habe): wenn ich quasi einen nurflügler bauen würde, der aber eine negative pfeilung (z.b. 12°) hat, dann würde das nicht wirklich gut ausgehen, weil nurflügler a) eh schwierig in der stabilität sind (deswegen das s-profil des flügels) und dann eine zwar wendige aber "nervöse" auslegung in der pfeilung hätte. korrekt? oder würde das auch fliegen?

gruß, sven

Mit Nurflügeln hab ich mich wenig beschäftigt, gefallen mir nicht besonders. Aber allgemein ist da eine Vorpfeilung schlecht, da so ein Nuri eh schon eine nicht gerade gute Richtungsstabilität hat im Vergleich zu einem normalen Flieger mit Rumpf.
Es gibt aber schon auch Beispiele für gut fliegende Nuris mit nach vorne gepfeilten Flächen, sieh Alula:
http://www.dream-flight.com/images/pictures/amelia_alula.jpg
http://www.youtube.com/watch?v=z_biamxCZEc&feature=related
Aber dafür ist die Seitenflosse auch recht groß und reicht weit nach hinten um ausreichende Richtungsstabilität zu gewährleisten.


Aber Wenn Du da dann was spezielles vorhast, bezüglich Nuri mit Vorpfeilung, dann frag mal im Nurflügelforum nach, da ist die geballte Kompetenz zu dem doch etwas speziellen Gebiet.

mfg jochen

hallo jochen,

hmmm.... klang das raus, dass ich ein faible für nurflügler habe. )
ist tatsächlich so. ich finde die ästhetischer...

ich habe auch grade nochmal gegooglet und das gefunden: http://www.flugmodellbau-kirch.de/B-11.htm
sowas würde mir vorschweben (natürlich ein paar nummern kleiner), aber da ich ja ganz bei null anfange, wird das wohl noch ein weiter weg.

vielen dank jedenfalls für deine hilfe. gruß, sven

jackrum schrieb:

hmmm.... klang das raus, dass ich ein faible für nurflügler habe. )
ist tatsächlich so. ich finde die ästhetischer...

Zum Vergrößern anklicken....

Hi Sven !
Nur noch kurz; Hauptproblem (nebst der Flügel-Statik) ergibt sich vorallem beim Schwerpunkt. Bereits bei geraden Brettern brauchts ordentlich Blei !

Grüsse
Christian

hallo christian,

danke für deine antwort.
so in etwa habe ich das auch herausgelesen. vermutlich haben auch deshalb sehr viele "nuris" so etwas wie ein rumpfboot oder ähnliches, oder?
ich denke, für mein erstlingswerk sollte ich vermutlich was ganz kleines und einfaches bauen.
mir schwebt da ein kleiner segler vor, mit ca. 100 cm spannweite, durchgehendes profil ohne pfeilung und vermutlich noch ohne querruder etc. aber mit leichter v-form als hochdecker. dazu ein kurzer kastenrumpf sowie höhe und seite an einem ausleger aus gfk-rohr.

gibt es eigentlich eine fixe formel, wie grß hl und sl im verhältnis zur tragfläche sein sollte, und wie lang mein ausleger sein sollte/muss?

gruß, sven

jackrum schrieb:

vermutlich haben auch deshalb sehr viele "nuris" so etwas wie ein rumpfboot oder ähnliches, oder?

Zum Vergrößern anklicken....

Ja

jackrum schrieb:

gibt es eigentlich eine fixe formel, wie grß hl und sl im verhältnis zur tragfläche sein sollte, und wie lang mein ausleger sein sollte/muss?

Zum Vergrößern anklicken....

Ja

Hi Sven,

wenn man bei so einem kleinen Einmetermodell den Flächeninhalt des Höhenleitwerks etwa 15 % so groß macht wie den Tragflächeninhalt und das Seitenleitwerk etwa so groß wie eine Höhenleitwerkshälfte wird es fliegen. Die Hebellängen kannst Du dann so machen wie es vom Gefühl her nach normalem Flugzeug aussieht. Als Tragflächenprofil kannst Du das ClarkY nehmen, das ist einfach zu bauen und fliegt gut und gutmütig, die Leitwerke z.B. aus 3 mm Balsabrettchen.
Es gibt aber auch viele Pläne für einfache Nurflügel aus Depron im Netz.

Hier steht zwar jetzt schon ein ganzes Sammelsurium an Grundlagen, aber weil das in einem Thread mit der Zeit immer ungeordenter wird empfehle ich Dir das kleine Büchlein "Modellflug-ABC" von Martin Simmons, es erklärt anschaulich und verständlich die Grundlagen der Modellfliegerei. Das gibts z.B. hier bei diesem Online-Buchladen

Gruß,

Uwe.

hallo uwe und danke für deine antwort.

werde ich so erst mal probieren.

gruß, sven