Warum keine EWD?

Seit ich Baukurse gebe predige ich, dass EWD und Schwerpunkt stimmen müssen. Für ein Schülerprojkt habe ich jetzt einen Flieger gebaut, der mir Probleme in dieser Argumentation bring.
Warum fliegt dieses Modell mit 0° genauso gut wie bei 2° ohne am Schwerpunkt etwas zu ändern? Auch an der Trimmung verstelle ich nichts.



Zum Flieger:
Apollon 20
Spannweite: 1.2m
Länge: 0.9m
Höhenleitwerk: 120*320mm
SP: 1/3 Tragfläche
Gewicht 430 gr
EWD 0° bis 2°

Berrechnen mit Modelldesign geht auch nicht, welches Profil soll ich nehmen?



Der Flieger fliegt gut genug, dass ich im Rückenflug mit dem Seitenruder die Piste streife, kontrolliert


Bitte wer kann mir so helfen, dass die Antwort, mich, Lehrer und Schüler befriedigt?

Danke
Remo

Nun, das Profil ist eben so beschaffen - so "gut" oder so "grausig", je nach Sichtweise - dass eine Änderung von 2° nichts an der Strömung ändert. Die Luft fließt, von der Profilform nur mäßig beeindruckt, recht großzügig darum herum.
Möglicherweise sind auch die Querruder bzw. deren Anlenkung etwas weich, und geben bei einer Erhöhung der EWD etwas nach.
Solch ein Profil am Höhenruder wäre problematisch, da es um die Mitte viel Spiel hat und man damit nicht exakt steuern könnte.

Grüße
Andi

Zum einen solltest Du nicht vergessen, dass eine geometrische EWD von 0 ° nicht bedeutet, dass aerodynamisch die gleiche EWD von 0 ° herrscht. Der Tragflügelabwind sorgt für eine i. d. R. größere aerodynamische EWD als es die geometrische EWD vermuten läßt. Dein Fliegerlein fliegt jetzt also durchaus mit positiver EWD obwohl die geometrische null Grad beträgt.

Zum anderen ist die EWD nicht der einzige variable Parameter in Deiner Betrachtung. Die Fluggeschwindigkeit spielt hier auch eine Rolle. Wenn die EWD kleiner wird, dann fliegt das Modell auch ohne Schwerpunktänderung u. U. noch stabil und gut, ABER SCHNELLER als vorher. Mit geringerem Anstellwinkel des Tragflügels, daher mit geringerem Auftriebsbeiwert des Flügels, aber mit mehr Fahrt und daher mit unterm Strich gleich großem Auftrieb wie vorher. Das schwanzlastige Nickmoment infolge der EWD ist jetzt genauso groß wie vorher auch. Nur der Anstellwinkel des HLWs hat sich durch die kleinere EWD verändert. Das wird aber durch größere Fahrt kompensiert und das Nickmoment infolge der EWD ist so groß wie vorher und kompensiert damit das kopflastige Nickmoment der Schwerpunktvorlage genauso wie vorher auch.

Liebe Grüße

Moin

Zu SP und EWD gehört auch noch die Fluggeschwindigkeit !
Mit weniger EWD fliegt man ein wenig schneller, dann bringt das H Ruder die gleiche Stabilität.
Das abgebildete Profil scheint auch sehr "Neutral" zu sein !
Schnell fliegt man mit weniger EWD und SP weiter hinten mit guter Leistung.
SP weit vorne, kommt nur schneller runter .

Gruß Aloys.

Wie ist denn das Profil Eurer Tragfläche? Ein einfaches Brett ist es ja wohl nicht oder

Vielen Dank für die Antworten

Das mit dem aerodynamische Profil, war mir nicht bewusst, und könnte wirklich des Rätsel Lösung sein. Jedoch stimmt auch, dass der Flieger elastisch ist. Mutter Natur als Vorbild. Bei den Vögeln verbiegt sich ja auch alles, wie es gerade gebraucht wird ;-)

Das Profil im Schnitt habe ich oben im Bild.

Die Frage ist nun, wie finde ich die Minimale oder Maximalen Werte für EWD, SP. Ich möchte, dass die Schüler etwas experimentieren können und vor dem bauen mit einem Programm wie dem ModellDesign eventuell etwas rechnen.

Lässt sich so ein "gutes" oder "grausiges" Profil, Flieger, den überhaupt berechnen, oder muss ich die Grenzwerte erfliegen.
In welcher Grössenordnung sind denn die Geschwindigkeitsunterschiede bei einem Grad EWD-Differenz?

Zur Illustration ein kleines Video vom Erstflug (nur mit dem Handy gemacht):
http://www.mbg-pizsol.ch/modelle/Eigenkonstr.html#Apollon20

Danke für die Hilfe
Remo

Also ich finde dein Projekt toll. Und für den vorgesehenen Einsatzzweck ist das Profil doch ideal: Einfach zu bauen, verzeiht Fehler.
Berechnen wird sich der Flügel wohl nur schwer lassen. Die Kante auf der Oberseite würde wohl auch ein CFD Programm schwer beschäftigen.

Als Anschauungsmodell zum Demonstrieren würde ich die Flügelwölbung und damit auch die EWD mittels der Querruder ändern, also beide Querruder absenken - irgendwann wird sich wohl auch bei diesem Flügel eine Änderung des Flugverhaltens feststellen lassen und eine geänderte SP Lage notwendig sein. Aber ich schätze eben, das wird sich nur durch testen ermitteln lassen.

Grüße
Andi

Grenzen und Fluggeschwindigkeit

Grenzen und Fluggeschwindigkeit

Grenzen der Schwerpunktverschiebung:

Die Grenzen der Schwerpunktlage sind leicht zu beschreiben und auch zu berechnen. Einfach den Neutralpunkt des Modells berechnen. Alles vor dem Neutralpunkt des Modells ist flugtauglich, solange die EWD das kopflastige Moment infolge der Schwerpunktlage kompensieren kann.

Schwerpunkt auf dem Neutralpunkt ist theoretisch fliegbar aber praktisch wohl kaum.

Schwerpunkt hinter dem Neutralpunkt ist definitiv fluguntauglich ohne massive Elektronik.

Fluggeschwindigkeit läßt sich zwar auch berechnen, aber das ist hier in Abhängigkeit der EWD extrem aufwendig. Nur um das mal anzureißen: Du brauchst dann den Flügelabwind um den tatsächlichen HLW-Anstellwinkel zu bekommen. Den Auftriebsbeiwert des HLWs in Abhängigkeit vom Anstellwinkel, um dann über Auftrieb und Hebelarm das Nickmoment des HLWs zu bekommen. Das Nickmoment infolge der Schwerpunktvorlage natürlich nicht vergessen. Du mußt das Flügelmoment mit Hilfe von Profilmoment und Hochrechnung auf den Flügel errechnen. Rumpfeinflüsse... Dann alle Momente mit einander verrechnen, um dich außerdem noch mit Luftwiderstand, Auftriebsbeiwert des Modells, Flächenbelastung und Co der Fluggeschwindigkeit zu nähern. Das Problem ist, dass fast alle Größen miteinander verkoppelt sind, und sich dann auch noch in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit permanent ändern. Du näherst Dich den Lösungen nur iterativ. Morz Rechnerei. Und nix was man hier mal ebenso beschreiben kann. Nix für ungut, aber Geschwindigkeitsänderung infolge der EWD-Änderung in Grad zu berechnen, kannste abhaken, es sei denn, Du bist der Theorie-Crack und rechnest gern stundenlang. Ein praktischer Versuch geht hier mit Sicherheit tausend Mal schneller und einfacher.

Grüzis

Hallo Remo

Durch den "starken" Antrieb scheint das Modell einfach hinter dem Motor her zu fliegen.
Das abschätzen der Flugeigenschaften ist eher bei einem Gleitflug möglich!
Eine Frage zum Profil:
Ist die "Aufdickung" oben ? Die sollte besser unten drunter sein.
Das ist dann mehr ein Jedelski-Profil, und hat eine selbst tragende Funktion.
Mit "Aufdickung oben", fliegt man praktisch auf dem Rücken, was bei einer fast ebenen Platte auch nicht so schwierig ist.
Durch abschleifen der "Endleiste ( durch Balsa verstärken)" von oben auf 2 mm, kann das Profil einfach Aerodynamischer gemacht werde.
Dadurch wird es auf EWD und SP Änderungen leichter reagieren.

Gruß Aloys.

Also ich finde dein Projekt toll. Und für den vorgesehenen Einsatzzweck ist das Profil doch ideal: Einfach zu bauen, verzeiht Fehler.
Berechnen wird sich der Flügel wohl nur schwer lassen. Die Kante auf der Oberseite würde wohl auch ein CFD Programm schwer beschäftigen.

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Dieses Statement trifft es wohl am besten.
Aus diesem Grund fliegen ja auch Shockies und Rasenmäher und Autos, auch wenn da keine Spur von Aerodynamik vorhanden ist.
Da hilft wirklich nur ein ausreichender Antrieb und probieren und nochmal probieren. Ein plausibler Grund für diese "variable" EWD wird sich wohl kaum finden lassen.

Ist die "Aufdickung" oben ? Die sollte besser unten drunter sein.
Das ist dann mehr ein Jedelski-Profil, und hat eine selbst tragende Funktion.

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Ein Jedelsky-Profil ist ein "Hohlprofil" oder "Vogelprofil", das auf keinen Fall eine Wölbung (oder Aufdickung) nach unten haben soll, also ist dieser Vergleich nicht zutreffend.
Gruß
Dieter

Mal nach "kline fogelman" googeln. In USA haben solche Krückenprofile eine treue Gefolgschaft. (AFAIK Ausgehend vom Profil der Papierschwalbe. Die Stufe ist dementsprechend unten.) Berechnen lassen sie sich durch die Dickensprünge aber nur schwer. Auch die dicke Endleiste entzieht sich ziemlich standhaft der Berechnung, da das Abströmkriterium nur schwer zu definieren ist.

Wenn Du EWD und SP experimentell erfahren lassen möchtest, würde ich mit einem Gleiter arbeiten. Der Motor bringt mit seinem Abstrom auf das Leitwerk und der Sturz/Zug Problematik einen ganzen Strauss weiterer Parameter ins Problem. Fluggeschwindigkeit wenn irgend möglich mit erfassen lassen (draussen wegen Störungen schwierig). Wie oben bemerkt ist der Zusammenhang SP/EWD ein Feld, es gibt keinen fixen Punkt, der "korrekt" ist.

F.W. Schmitz zeigt, wie man das Thema sauber wissenschaftlich angeht (Aerodynamik des Flugmodells); das ist für Schüler aber eine Kragenweite zu gross. Evtl. als begleitende Literatur (nach dem Experiment) aber interessant.

Hi

Diese Aussage möchte ich mal Komentieren.

""Ein Jedelsky-Profil ist ein "Hohlprofil" oder "Vogelprofil", das auf keinen Fall eine Wölbung (oder Aufdickung) nach unten haben soll, also ist dieser Vergleich nicht zutreffend.""

Da zu:
Ein Jedelski Profil hat eine glatte Oberseite die nicht durch Stufen gestört ist.
Der Knick unten stört nicht weiter, da es die Druckseite ist.
Der Vorderteil ist maßief (dicker) und trägt die Flächenkonstruktion alleine.
Der hintere Flächenteil wird von offenen Rippen gehalten.

Zum Modell mit der Aufdickung unten:
Diese ist nicht in der mitte der Fläche, sondern macht die Fläche nur im vorderen Drittel, wie bei allen Profile auch, dicker .
Die "Nasenleiste" liegt tiefer, die hohle Wölbung ist unten.
Darum hat die Fläche eine Wölbung (zwischen Nase und mitte Endleiste) die positief ist.

Gruß Aloys.

Die NACA hat das Kline-Fogelman Konzept sogar untersucht. Der Schluss: die Profile funktionieren; allerdings schlechter als die ebene Platte.

Es können also höchsten strukturelle Argumente vorgebracht werden, warum man einen Flügel so konstruiert.

FamZim schrieb:

Zum Modell mit der Aufdickung unten:
Diese ist nicht in der mitte der Fläche, sondern macht die Fläche nur im vorderen Drittel, wie bei allen Profile auch, dicker .
Die "Nasenleiste" liegt tiefer, die hohle Wölbung ist unten.
Darum hat die Fläche eine Wölbung (zwischen Nase und mitte Endleiste) die positief ist.

Gruß Aloys.

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Hallo Aloys,
klar kann man eine hohle Wölbung der Unterseite in etwa erreichen, wenn man die Aufdopplung auf den Nasenbereich beschränkt.
Ein Jedelsky-Profil hat jedenfalls eine nach oben gewölbte Oberseite (keine ebene Platte) und einen Vergleich finde ich daher schon sehr weit hergeholt.
Gruß
Dieter

Hallo,

Der Tragflügelabwind sorgt für eine i. d. R. größere aerodynamische EWD als es die geometrische EWD vermuten läßt. Dein Fliegerlein fliegt jetzt also durchaus mit positiver EWD obwohl die geometrische null Grad beträgt.

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Der Flügelabwind (ist nicht konstant, sondern nimmt mit steigendem Auftriebsbeiwert zu) erhöht die EWD nicht, sondern verringert sie. Vielleicht ist das ja mit "positiver EWD" gemeint; aber "üblicherweise" wird die "übliche" EWD positiv gezählt...
Allgemeiner gesagt: Der Flügelabwind verringert immer die Höhenleitwerkswirkung. Häufig wird dazu auch der Begriff eines "Höhenleitwerk-Wirkungsgrads" eingeführt. Dafür gibt´s auch Berechnungsformeln, die aber zu kompliziert sind, um sie hier anzuführen. Man muß sie auch nicht unbedingt kennen, um Modelle zu bauen und zu fliegen.

Das Geheimnis des mit "0 - 0" fliegenden Modells liegt imho im Momentenbeiwert des Profils, bzw. dessen Verlauf mit dem Anstellwinkel, denn konstant ist der wohl kaum.

Hat der Tragflügel auf dem Bild wirklich eine unverrundete Nasenkante oder täuscht das Bild ?

Zu den Kline-Fogleman-Profilen siehe hier:
http://www.rclineforum.de/forum/thread.php?threadid=289631&sid=f898f1c27d205025b462d72b9719f42e

Dort gibt´s auch Links zur NASA-Dokumentation und zum Original-Patent von K-F.


Gruß,
Helmut

Hallöchen,

das hier aufgemalte Profil ist keine ebene_Platte-Profil, sondern es hat eine Wölbungslinie.

Ich habe das Profil mal in eine Koordinatendatei umgewandelt , unten angehängt Brett.dat.
Leider ist das so krum und schief, das z.B. XFoil aussteigt.

Im Bild 1) noch mal die Orginalzeichnung, in die ich die Profilsehne eingezeichnet habe (roter Strich).
Für Berechnugsprogramme ist es wichtig , dass die Sehne horizontal gelegt wird (Bild2) , so ist es auch in der Brett.dat zu finden.

Macht man nun eine Rechnung mit der Thin-Airfoil-Theorie so ergeben sich folgende Reibungsfreie Beiwerte.

alfa0 = -0,1703°
cm0_25 = 0,00051

Das Profil hat also einen leicht positiven Momentenbeiwert (S-Schlag) .

@ Remo
Du hast das Profil mit der geraden Unterseite auf den Rumpf gelegt und bist der Meinung , das sind 0° Einstellwinkel .
Dem ist aber nicht so , denn wenn man sich nun die Sehen (Bild1) anschaut, dann hat das Profil einen Einstellwinkel von etwa 1,2°.
Da das Höhenleitwerk 0 ° hat , ergibt sich eine geometrische EWD (Einbau-EWD) von 1,2°.

Hinzu kommt noch der alfa0 (Nullauftriebswinkel) von -0,1703° , so das sich am Ende effektiv schon mal 1,37° EWD ergeben.

Es wäre nun super, wenn Du deine Geomtriedaten des Fliegers hier noch mal etwas genauer schreibst, die Daten oben sind etwas mager.
Also den Grundriss des Flügels und des HLW.
Den Abstand zwischen den beiden Flügeln.
Maße und Position des SLW.
Die eingestellte Schwerpunktlage wäre auch nicht schlecht, um herauszufinden , warum eine EWD-Änderung kaum eine Wirkung hat.
Hier könnte ich mir vorstellen, das uns die Grenzschicht einen Streich spielt.

Dann kann man mit diversen Programmen (siehe auch Wiki) noch mal etwas mehr rechnen.

Gruß

Frank

Hallo Frank,

es ist schon ziemlich kühn, was du da (reibungsfrei...) rechnest.

Ich hänge mal ein Bild an, auf dem man sieht, was die Strömung hinter so einer Stufe macht. Bei den in der Praxis vorkommenden Umständen ist die kurze Laufstrecke hinter der Stufe bis zum Zerfall in Turbulenz noch kürzer als auf dem Bild. Die "volle Realität" ist noch komplizierter, da gibt´s diverse Parameter (z.B. die Stufenhöhe), und es treten auch "3D-Effekte" (senkrecht zur Bildebene) auf.

Die (noch laminare) Grenzschicht im Ablösepunkt (= Stufenkante) zerfällt in eine sich ungefähr keilförmig ausbreitende grobe Turbulenz. Man hat dann einen verwirbelten Nachlauf mit einer Dicke, die mindestens eine Stufenhöhe beträgt. Und der findet sich wieder in einem säuisch großen Widerstandsbeiwert.

Im Falle einer solchen Stufe an einem Profil wage ich an die Berechnung der Druckverteilung und den daraus resultierenden Daten (u.a. alpha_null und cm_null) garnicht zu denken.


Gruß,
Helmut

Nachtrag

Nachtrag

Hallo Frank,

damit das o.g. nicht so ganz hoffnungslos und negativ rüberkommt:
Das Strömungsbild kann auch anders aussehen, s. angehängtes Bild.

Hier legt sich die Grenzschicht ohne Zerfall in Turbulenz wieder an. In diesem Fall könnte man die GS als "flüssige Grenze" ansehen und in bekannter Weise als "Profilkontur" in die (deine) Rechnung einsetzen. Man könnte dann evtl. sogar ein positives Nullmoment rausrechnen, wenn die GS in der Nähe des Wiederanlegens etwas konkav gekrümmt ist.

Der Unterschied zwischen den beiden Extremfällen liegt in der Stufenhöhe und dem Parameter Re_delta_s_stern. Dies ist die mit der GS-Verdrängungsdicke im Ablösepunkt gebildete Re-Zahl. Um´s noch etwas anders und anschaulicher zu sagen: Die Schubspannung in der GS im Ablösepunkt ist der dominierende Parameter, neben der Stufenhöhe. Eine geringe Stufenhöhe "dämpft" den Umschlag laminar-turbulent.

In der Praxis haben wir diesen Fall aber selten oder garnicht; und bei K-F Profilen ist die Stufenhöhe groß. Ferner kommt dann prakt. immer auch ein positiver Druckgradient dazu, der den Umschlag fördert.


Gruß,
Helmut

Hallo Helmut,

vielen Dank für die Strömungsbilder.

>>
es ist schon ziemlich kühn, was du da (reibungsfrei...) rechnest.

damit das o.g. nicht so ganz hoffnungslos und negativ rüberkommt:
Das Strömungsbild kann auch anders aussehen, s. angehängtes Bild.
<<

Ja , ich weis, ohne Grenzschicht rechnen bei kleinen Re-Zahlen ist nicht ganz so pralle.
Aber wenn man nichts besseres hat, versucht man mit dem klar zu kommen was man hat.

Mir gefällt das zweite Bild besser , die Blase klebt hinter der Stufe fest und bildet das Profil im hinteren Bereich.

Auf alle Fälle hat aber das Profil einen positiven Einstellwinkel gegenüber dem HLW (wenn man die gerade Unterseite platt auf den Rumpf legt) und somit haben wir eine EWD, die Remo ja vermisst hat.

Es gibt nun aber auch praktische Fälle bei denen reine Brettprofile für Tragfläche und HLW verwendet werden.
Die Wurfgleiter, die ich für meine Kinder gebaut habe bestehen aus einer Balsaleiste mit Brettprofil sowohl für Fläche als auch für das HLW.
Beide Flächen sind mit 0° platt auf die Leiste geklebt und nach ein paar Versuchen um den Schwerpunkt einzustellen, gleiten diese Geräte super gut.
Hier kommt man dann mit einer Geometrischen EWD nicht mehr weiter und auch die Reibungslosen Rechenverfahren versagen.
Ähnlich sieht es z.B. bei Nurflügelgleitmodellen aus (Delta- oder Brettmodell), die eine ebene_Platte-Profil verwenden.
Hier hat man keine Schränkung , keinen S-Schlag und dennoch fliegen die Dinger stabil.

Es gibt dann nur noch eine Erklärung:
Durch die Grenzschicht um das ebene_Platte-Profil wird eine neue Profilform erzeugt welches dann zu einer Aerodynamischen EWD führt und man somit zu einem stabilen Flug kommt.

Super wäre es , wenn wir nun ein Profileprogramm hätten, welches auch diese Profilkrücken berechnen könnte, meine Versuche mit XFoil oder auch mit dem alten Eppler sind in die Hose gegangen.

Ich habe es dann mal mit meinem Selfmade-Profileprogramm versucht (ist sehr einfach gehalten und bei weitem noch nicht ausgereift) .
Dafür schlukt es aber alle Profile, ohne abzustürzen.

Hier die Polaren für eine Re-Zahl von 30.000

[Airfoil]
Description1=Brett.dat
NumberSets=1

[Set1]
Origin=FR_Foil V1.5
Description1=
NumberPolars=1

[Set1-Polar1]
ReynoldsNumber=30000
Description1=
NumberPoints=17
Values=Alpha Cl Cd Cm xtu xtl
Value01= -8.000000 -0.329919 0.054059 -0.009587 0.474675 0.062827
Value02= -7.000000 -0.606749 0.042897 -0.012168 0.474675 0.062827
Value03= -6.000000 -0.554253 0.049065 -0.012124 0.424286 0.089618
Value04= -5.000000 -0.491055 0.048717 -0.012874 0.424286 0.120621
Value05= -4.000000 -0.396013 0.048481 -0.008320 0.424286 0.120621
Value06= -3.000000 -0.303605 0.048526 -0.003348 0.424286 0.959479
Value07= -2.000000 -0.210057 0.048399 0.001250 0.424286 0.959479
Value08= -1.000000 -0.115957 0.048305 0.005723 0.424286 0.977070
Value09= 0.000000 -0.017824 0.048283 0.009155 0.424286 0.977070
Value10= 1.000000 0.081430 0.048325 0.012125 0.424286 0.977070
Value11= 2.000000 0.183113 0.048437 0.014086 0.424286 0.977070
Value12= 3.000000 0.290373 0.048640 0.013831 0.424286 0.977070
Value13= 4.000000 0.403101 0.049073 0.009103 0.424286 0.977070
Value14= 5.000000 0.460680 0.049505 0.013907 0.424286 0.977070
Value15= 6.000000 0.518406 0.049904 0.018525 0.424286 0.977070
Value16= 7.000000 0.575004 0.029037 0.022351 0.374674 0.977070
Value17= 8.000000 0.301241 0.038102 0.026739 0.120621 0.977070

Hier liegt alfa0 nun bei etwas über 0° ist also nicht mehr negativ wie bei der Reibungsfreien Rechnung.
Und auch der positive Momentenbeiwert ist deutlich größer.

Frage:
Gibt es zu deinen Strömungsbildern auch noch Polarenmessungen ?
Dann hätte man mal den direkten Vergleich zur Rechnung.

Und noch ein paar Bildchen mit der Verdrängungsgrenzschicht , die dann die neue Profilkontur bildet.
Wie gesagt, das sind jetzt Rechnungen mit meinem Super-Simpel-(noch nicht ausgereiften)-Profileprogramm.
Wie weit die nun an die Wirklichkeit herannreichen kann ich nicht sagen, dazu fehlen mir Messungen zu solcher Art von Profilen.

Gruß

Frank

Hallo Frank,
für ein Eigenbau-Delta hab ich auch so eine "Profil-Krücke" verwendet:

Dadurch, daß sich ein leichter S-Schlag einstellt, ergibt das auch ein sehr stabiles Flugverhalten.
Was sagst Du dazu . . .
Gruß
Dieter