Höhenleitwerk für einen Hängegleiter im Selbstbau

Hallo liebe Modellfluggemeinde,
für diesen Winter plane ich zusammen mit einem Freund ein etwas ungewöhnliches Bauprojekt.
Wir wollen ein Höhenleitwerk für einen manntragenden Starrflügel namens Impact bauen. Der Starrflügel wird mit Querrudern um die Längsachse gesteuert und mittels Gewichstverlagerung um die Querachse. Somit soll das Leitwerk auch nur als Dämpfungsflosse fungieren und nicht angesteuert werden.

Ziel ist es die Flugstabilität und Dämpfung um die Querachse zu erhöhen. Die EWD soll genau so eingestellt werden, dass im Geradeausflug bei Trimmgeschwindigkeit (ca. 13 m/s) weder Auftrieb noch Abtrieb am Leitwerk entsteht. Es soll also bei Trimgeschwindigkeit genau im Nullauftriebswinkel angeströmt werden.

Unter diesem Link könnt ihr euch den Starrflügel näher ansehen:

http://www.gleitschirmdrachenforum.de/showthread.php?7350-ein-bischen-mehr-vom-impact

Das Gerät wurde ohne Leitwerk entworfen und auch vom deutschen Hängegleiterverband getestet. Ein Impact fliegt jedoch schon mit Leitwerk, was sich auch bewährt hat. Ein Bild befindet sich im Anhang. Das Höhenleitwerksprofil in diesem Fall ist ein MH 32.

Das Leitwerk soll ungefähr 250 mm Wurzeltiefe und 200 mm Randbogentiefe besitzen und eine relative Dicke von 13 % haben. Die Spannweite soll ca. 1,6 m betragen. Zwecks Bauvereinfachung soll es ein symetrisches Profil bekommen (nur ein Negativform notwendig). Das Profil soll möglichst sensibel auf anstellwinkeländerungen reagieren also einen möglichst steilen Anstieg des Auftriebsbeiwerts mit dem Anstellwinkel besitzen.

I: Was würdet ihr für ein Profil vorschlagen?

Zum Bau:

Wir planen eine Negativform zu bauen. Dafür soll ein Urmodell einer Leitwerkshälfte enstehen. Die Idee ist einen Kern aus Styrodur oder ähnlichem zu schneiden und diesen dann mir 200er Glasgewebe zu beschichten. Dann soll geschliffen und gespachtelt werden und am Ende halt abgeformt werden.

II: Würdet ihr den Kern selber schneiden oder lieber, zwecks profiltreue, CNC schneiden lassen?
III: An welchen "Schneideservice" würde man sich am besten wenden?

Wenn ihr Anmerkungen oder Verbesserungvorschläge habt dann immer her damit. Ich bin gespannt auf eure Antworten.

Viele Grüße

Arnim

Hier noch eine Draufsicht des aktuellen Leitwerks.

Oh da ist was schief gelaufen. Die sollte eigentlich am Ende des Files zu sehen sein aber das hat irgendwie nicht richtig geklappt.

profil für leitwerk

profil für leitwerk

hallo leute, ich bin der konstrukteur des IMPACT.
Der Arnim der das thema erstellt hat hat einen kleine fehler eingebaut.
das derzeit verwendete profil ist das MH 45 und nicht das MH32.

Bin selbst bis vor ca 3 Jahren Hängegleiter geflogen. Aus dieser Zeit weis ich, das Veränderungen am Gerät nicht mehr gütesiegelkonform sind, daher die Betriebserlaubnis erlischt! Aber das wird Euch sicher nicht neu sein...

LG: Frank

Arnim schrieb:

Das Profil soll möglichst sensibel auf anstellwinkeländerungen reagieren also einen möglichst steilen Anstieg des Auftriebsbeiwerts mit dem Anstellwinkel besitzen.

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Dieser Anstieg ist für alle Profile gleich, 2Pi / rad. (Dicke Profile haben theoretisch etwas mehr.) Abweichungen sind abschnittsweise möglich, sind aber ein Zeichen für (unter-) kritische Strömungsvorgänge. Beispielsweise haben Profile mit ausgeprägtem Deadband (= Zone praktisch ohne Auftriebsanstieg) am Rande dieses Deadbands steileren Auftriebsanstieg.

Den grössten Einfluss auf den Auftriebsanstieg habt Ihr über die Streckung des Leitwerks; aber offensichtlich soll es ja schon mit recht hoher Streckung ausgeführt werden.

Ich würde ein Profil aussuchen, das bei der gegebenen Re-Zahl möglichst keine Deadband-Effekte hat. Mark Drelas Leitwerksprofile sind auf diesen Aspekt optimiert. Geometrisch sind das Profile mit weit vorne liegendem Dickenmaximum.

Hallo Markus,
danke fü deine Antwort. Das hört sich gut an mit den Drela Profilen mit weit vorne liegender maximaler Dicke. Eine Sache verstehe ich aber nicht so richtig. Was meinst du mit "Dieser Anstieg ist für alle Profile gleich, 2Pi / rad." Ist das wirklich so?
Warum haben Profile mit weit vorne liegendem Dickenmaximum ein kleines Deadband?

Gruß Arnim

Arnim schrieb:

Eine Sache verstehe ich aber nicht so richtig. Was meinst du mit "Dieser Anstieg ist für alle Profile gleich, 2Pi / rad." Ist das wirklich so?

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Ja, ergibt sich aus der Potentialtheorie und der Kutta-Bedingung (Geschwindigkeit an der scharfen Endleiste darf nicht unendlich hoch werden.) In der Theorie ist der Auftriebsanstieg eines dicken Profils etwas höher. (Die Abbildung des Kreises auf ein dickes Profil hat etwas andere Parameter als auf einen Flügel mit der Dicke 0, bei letzterem ist der Anstieg exakt 2Pi.) In der Realität ergibt sich unter Einfluss der Grenzschicht ein etwas anders Bild. Sie führt dazu, dass die Endleiste von der Strömung nicht mehr als scharf gesehen wird, entsprechend ist die Kutta-Bedingung auch nicht so scharf und die Strömung schleicht sich etwas um die Endleiste herum. (Das reduziert den Anstieg wieder.)

Schau Dir einmal die Auftriebsanstiege einiger Profile an. Er ist plus/minus im Anstellwinkelbereich, wo die Strömung anliegt, immer gleich. Es kommt mal vor, dass er etwas nachhinkt, das holt er dann aber mit weiterer Anstellwinkelzunahme wieder auf. Das sind die kritischen Effekte, die ich genannt habe: Die laminare Ablöseblase macht wiederum die Endleiste unscharf und verfälscht damit die Winkelbedingungen. Wandert die Blase mit steigendem Anstellwinkel weiter vor und die Strömung an der Endleiste liegt an, kommt das wieder ins Lot.

Warum haben Profile mit weit vorne liegendem Dickenmaximum ein kleines Deadband?

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Hat wieder mit der kritischen Strömung zu tun. Mit dem weit vorn beginnenden Druckanstieg wird die Ausbildung der laminaren Ablöseblase weit nach vorne geholt. Die destabilisiert sich dann rasch, die Grenzschicht schlägt um, und liegt bis zur Endleiste wieder gesund turbulent an. Das Deadband ist eine Folge davon, dass an der Endleiste keine sauber defnierten Bedingungen herrschen, wenn diese in der undefinierten Strömung der laminaren Ablösung liegt. (Die laminare Ablösung muss man sich vorstellen wie ein Totwasser mit Rückströmung an einem Flussufer; die Strömung folgt nicht der Kontur.)

Danke für deine detailierte Antwort. Ich hätte noch eine allgemeine Frage. Wie sieht es mit dem Deadband aus wenn man symmetrische und asymmetrische Profile vergleicht. Ich meine mal gehört zu haben, dass symmetrische Profile eine größere "Hysterese" um den Nullauftriebswinkel haben als asymmetrische. Gibt es nicht sogar aus diesem Grund teilweise asymmetrische Seitenleiwerksprofile oder erzähle ich da Unsinn?

Ja, ist so. Asymmetrische Profile haben zwar ähliche Effekte, aber die führen nur zu einer Abschwächung des Auftriebsanstiegs, nicht zu einem Winkelbereich, in dem gar nichts geht. Ausserdem liegt diese Zone IDR nicht beim Nullauftrieb. Man muss aber schon ein seriös gewölbtes Profil nehmen. Habe mal ein paar Entwürfe mit XFoil durchgerechnet, und 0.5% Wölbung reicht auf jeden Fall nicht, das Deadband zum Verschwinden zu bringen.

Gewölbte Seitenleitwerke haben normalerweise noch einen weiteren Grund. Sei es, dass bei einem Discus Launcher das SLW sehr asymmetrisch belastet wird, oder sei es, dass das Drehmoment eines starken Motors ausgeglichen werden muss, wie z.B. bei der Mustang (oder wars die Bf 109?).