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Alpenkreuzer-Fiss
26.01.2020, 16:21
Team Alpenkreuzer: Kurt Zimmermann; Werner Schröder

Alpenkreuzer

Brettnurflügel in klassischer Rippenbauweise ohne D-Box mit Knickflügel für Thermik und Geschwindigkeit
6-Klappen, 3 teilige Fläche
E-Motor als Rückkehrhilfe
Gewicht ca. 3,5-4kg; kann bis 6kg aufballistiert werden
Spannweite ca 3,3 bis 3,6 m
Rumpflänge ca 1,4m

Erster Entwurf


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Christian Zinkl
28.01.2020, 06:40
Hm, ich will ja jetzt nicht gleich eure Euphorie dämpfen aber:
...klassische Rippenbauweise ohne D-Box...bis 6kg aufballastierbar bei 3,3m?
Finde das Normalgewicht mit 3,5kg schon sehr schwer für einen Nurflügel in dieser Bauweise.
Da müsste doch etwas mit 1,xxkg stehen.

Für Thermik und Geschwindigkeit, seit ihr sicher das Ihr ein 3,3-3,6m Modell in Standardrippenbaueise ohne D-Box,
mit 6kg durch die Luft jagen wollt?

Ich denke da sind noch viele Fragen offen, aber ich bin aufs Endprodukt gespannt.
Im Endeffekt wird selbst gebaut und konstruiert alleine das ist lobenswert in der heutigen Zeit :)

mfG Christian.

Alpenkreuzer-Fiss
01.02.2020, 00:54
Hallo Christian,

ja, die Sache ist schon ein wenig „sportlich“... und das macht's reizvoll. So überschlägig kommen wir bei dem Ding auf 30 g/qdm Flächenbelastung, also durchaus im Rahmen. Fläche mal Flächenbelastung macht halt Kilos.

Vielleicht zum Punkt D-Box eine kleine Abschätzung (kommt später noch ausführlicher): bei einer D-Box habe ich in der Baugrösse und Form und 2mm (viel) dicker Beplankung eine Verdrillung von etwa 1.8 Grad pro Meter Flächenlänge bei einem Drehmoment von 10 Nm, bei einem Kasten zwischen den Zug-/Druckgurten von etwa 63mm*26mm (aussen) und 3mm Wandstärke (gleiches Material und gleiches Drehmoment, ohne Berücksichtigung der Gurte) von etwa 1.1 Grad. Da kommt dann noch ein konstruktives Element dazu, was die Torsionssteife noch um etwa 50% grösser werden lässt, die Sache wird also insgesamt gut zwei mal torsionsfester als eine Dbox mit schon recht dicker Beplankung. Dazu kommt, dass man einen Kasten problemlos mit (der richtigen für Torsion) 45 Grad Faserrichtung aufbauen kann, versuch das mal mit einer Beplankung... Also dadurch noch um einen Faktor x torsionssteifer als eine D-Box aus Holz.

Der tiefere Grund liegt darin, dass im Torsionsträgheitsmoment die Querschnittsfläche der Struktur (vorderes Profilviertel bis -hälfte bzw. Rechteck im „dicken“ Profilbereich) quadratisch eingeht und der Umfang umgekehrt proportional: so eher gestreckte Querschnitte lassen sich daher leichter verdrillen, wenn man deshalb die D-Box kürzer macht, kommt dann aber halt nicht mehr viel Fläche zusammen.

Allerdings liegen die elastischen Achsen bei den beiden Bauweisen an verschiedenen Stellen, dessen Auswirkung liegt im aeroelastischen Bereich, sprich Torsionsschwingungen, die jede Fläche egal wie gebaut ab einer Geschwindigkeit angefacht aufweist und die leider notorisch schwer zu berechnen ist. No risk, no fun ... Nun, jedenfalls werden's keine Labberflächen, sollen +/-12g voll aufgeballastet aushalten (mit Reserve).

Zum Gewicht tragen natürlich auch noch die dafür erforderlichen Zug-/Druckgurte bei, bei 3.5m sind das nicht mehr gerade die Holme des „Kleinen Uhu“ (hatte der überhaupt welche ?)

Jedenfalls hast Du absolut recht, die Holme und insbesondere deren Torsionssteifigkeit sind schon ein entscheidendes Element bei der Bauweise, da muss man ein wenig rechnen, bestes Holz nehmen und sauber leimen.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
01.02.2020, 11:04
Alpenkreuzer - Konzept

Teil 1

Langsame Thermiksegler in klassischer Bauweise ohne D-Box sind recht problemlos zu konstruieren. Soll es aber auch um gute Gleitzahl bei hoher Geschwindigkeit gehen, spielt neben der Profilwahl die Torsionsfestigkeit der Tragflächen eine entscheidende Rolle. Dem Problem kann man auf mehreren Wegen begegnen:
- durch Wahl eines Profils mit kleinem Drehmomentenbeiwert cm0 wird die aerodynamische Torsionsbelastung der Tragfläche verringert (sofern die Lage der elastischen Torsionsachse richtig ist)
- bei geringer Streckung ergibt sich ein deutlich günstigeres Dicken-zu-Längen-Verhältnis der Tragfläche, so dass Torsionssteifigkeit leichter konstruktiv im Holm etc. zu realisieren ist, zudem wird der Torsionsachsenlänge auch absolut verringert
- richtige Lage der elastischen Torsionsachse

Die beiden ersten Punkte sind typisch für Nurflügel, da sie einerseits lokale Drehmomentenbeiwerte cm0 um null herum aufweisen. Andererseits ist bei derartigen Profilen das camax kleiner als bei stark gewölbten Profilen, die optimalen Flächenstreckungen daher deutlich kleiner als bei Tragflächen mit hohem cm0. Bei gepfeilten Nurflügeln treten gekoppelte Torsionsbiegebelastungen auf, die in der klassischen Bauweise in der Flächenmitte zusätzlich aufgenommen werden müssten. Optimal für ein solches Konstruktionsziel scheint daher ein Brettnurflügel zu sein. Wenn man evtl. Ballast in der Tragfläche aufnimmt - was bei einem ungepfeilten Flügel problemlos geht - , erhöht dieser Ballast nicht die Biegemomente an der Tragflächenwurzel, sondern ist nur im Aussenflügelbereich zu berücksichtigen („spanloader“); auch das spricht für einen Brettnurflügel. Zudem kann der Ballast in die Neutralpunktlinie gelegt werden, es treten dann keine Stabilitätsmassänderungen auf und der Ballast liefert keine zusätzlichen Torsionsmomente in der Tragfläche. Vorteilhaft für gute Flugleistungen ist grundsätzlich eine grosse Reynoldszahl, die beim Brettnurflügel wegen geringer Streckung bei grosser Fläche schon von Haus aus günstig ist. Der Brettnurflügel sollte daher nicht zu klein sein, um auch in der Thermik eine ausreichend grosse Reynoldszahl aufzuweisen.

Für ein gutes Steuerverhalten in der Thermik haben sich Knickflügel bewährt, sie entsprechen ja einer gewissen V-Stellung der Tragflächen. Knickflügel verringern zudem ein wenig den induzierten Widerstand der Fläche. Bei schwierigen Landeverhältnissen und grosser Spannweite sind sie ebenfalls von Vorteil, die Wahrscheinlichkeit eines „Ringelpietz“ oder einer Beschädigung der Bespannung bei der Landung wird verringert.

Der natürliche Schwerpunkt einer rechteckigen Brettnurflügelfläche liegt deutlich hinter dem Neutralpunkt, was normalerweise eine recht lange Rumpfnase erfordert, damit der Gesamtschwerpunkt vor den Neutralpunkt wandert. Hier ist es vorteilhaft, den eher leichteren Aussenbereich der Tragfläche als Trapez mit insgesamt durchgehender Hinterkante auszuführen, da dann der Neutralpunkt der Gesamtfläche nach hinten wandert. Damit das Überziehverhalten nicht ungünstig wird, sollte das Trapez nicht zu spitz zulaufen. Die lokalen ca-Werte im Aussenflügelbereich werden sonst zu gross, wenn man eine elliptische Auftriebsverteilung anstrebt. Allerdings muss der Mittenflügel die Torsion durch Auftrieb durch die nach hinten verlegten Neutrallinie des Aussenflügels aufnehmen.

Im Aussenflügelbereich ist - auch für das Kurvenverhalten im Langsamflug - eine kleine Schränkung vorteilhaft, die aber etwas nachteilig sich bei hohen Geschwindigkeiten auswirkt. Eine Lösung für das Problem ist, den Flieger so auszulegen, dass bei Langsamflug die Klappen aussen oben stehen und damit eine aerodynamische Schränkung bewirken; im Schnellflug stehen dann alle Klappen leicht nach unten.

Die Sinkgeschwindigkeit eines guten Brettnurflügels ist im Landeanflug derart gering, dass er ohne Massnahmen zur Reduzierung der Gleitzahl im Langsamflug praktisch nicht zu landen ist. Zudem gibt es ohne Seitenruder sonst auch kaum Möglichkeiten, ihn bei starker Thermik zum Abstieg zu bewegen. Butterfly mit vier Klappen geht beim Brettnurflügel sehr gut, bei der Knickflügelbauweise scheinen vier Klappen im Mittenflügel, die bis 90 Grad angestellt (innen nach unten, aussen nach oben) werden können, noch deutlich effizienter zu sein. Zudem erlauben sie die Einstellung einer optimalen Auftriebsverteilung für jeden Flugzustand. Auch das Giermoment beim Querruderlegen kann durch eine geeignete Mischung der Klappen in die „richtige“ Richtung gebracht werden, so dass eine angenehmes Kurvenverhalten je nach gusto eingestellt werden kann. Insgesamt ergeben sich dann 6 Klappen, zwei davon an den Aussenflügeln. Ein Seitenruder ist nicht vorgesehen.

Nurflügel können sehr schnell um die Nickachse gedreht werden, so dass in scharfem Flug sehr starke Laständerungen aufgenommen werden müssen. Hier muss man aber „die Kirche im Dorf“ lassen, die g-Belastungen, die bei 200 km/h geflogen werden könnten, liegen theoretisch bei 50g (!), praktisch haben wir in der Vergangenheit Werte bis 9g (gemessen) gesehen. Eine Auslegung für +/-12g bei maximalem Ballastgewicht scheint daher ausreichend zu sein. Natürlich liefert eine solche Auslegung tendenziell ein höheres Flächengewicht als bei einem reinen Thermikschleicher, dennoch werden wir voraussichtlich bei um nur 30 g/dm2 Flächenbelastung landen - dank Nurflügel, „spanloader“ und relativ kleiner Streckung, für die vorgesehene Spannweite ein recht ordentlicher Wert.

MatthiasM.
01.02.2020, 11:12
Ich freu mich drauf mal so ein spannendes Projekt hier zu sehen und lass mich überraschen wie sich das Modell dann hinterher schlägt.

Alpenkreuzer-Fiss
01.02.2020, 11:14
Alpenkreuzer - Konzept

Teil 2


FLZ_Vortex wird für die generelle Auslegung der Aerodynamik genutzt, insbesondere auch für Startwerte der Klappenmischungen und eine Abschätzung der zu erwartenden Gleitzahlen und Sinkgeschwindigkeiten. Mit Rumpf etc. ergeben sich Gleitzahlwerte bis 23, minimales Sinken liegt bei 0.4 m/s, die Flächenbelastung zu um 30 g/dm2, stall-Geschwindigkeit bei 8.5 m/s (alles ohne Ballast) . Das Auslegungs-Flugzeug-ca für alle Klappen im Strak beträgt 0.45, das Stabilitätsmass 5%. Einige Ergebnisse von FLZ_Vortex mit Rumpf etc. (Gleitzahl E und Sinkgeschwindigkeit vs über Fluggeschwindigkeit v):

22513152251316

Alle Flugzeuge zeigen eine Reihe von Schwingungsbewegungen im Flug, die bei Nurflügeln teilweise nur schwach gedämpft sind und daher bei denen eine besondere Betrachtung erfordern. Die Dämpfung der Phugoide erscheint ausreichend (kann man eh nichts dran machen, ausser einen grottenschlechten Flieger zu bauen), die schnelle Schwingung um die Nickachse ist bei Bespannung praktisch nicht berechenbar, hier wirkt im allgemeinen das Trägheitsmoments des E-Motors und des Akkus in der Rumpfspitze indirekt dämpfend. Massnahmen zur Optimierung der Spiralsturzneigung (keine Schwingung, kippt mehr oder weniger schnell von selbst über eine Fläche weg) und der Taumel-Rollschwingung sind i.a. gegenläufig, d.h., man muss da Kompromisse finden. Die Optimierung der Flugzeugdynamik wird mit AVL (Mark Drela) vorgenommen. Der gezeigte Entwurf liefert eine leichte Spiralsturzneigung - im Prinzip für Agilität nicht schlecht - und eine ausreichende Dämpfung der Taumel-Roll-Schwingung, auch aufgeballastet. Bei der Analyse muss man berücksichtigen, dass der Spiralsturzwert nur von vier aerodynamischen Beiwerten abhängt, die Dämpfung (und Schwingungsfrequenz) der Taumel-Roll-Schwingung aber auch von Fluggeschwindigkeit und Massenträgheitsmomenten (Ballast !), da man muss also verschiedene Betriebsfälle untersuchen.

Gelegentlich wird in Foren das erforderliche Seitenleitwerksvolumen für Brettnurflügel und die Auswirkung auf das Flugverhalten diskutiert. Leider ist die Sache deutlich komplizierter und die wesentlichen Dinge werden da gar nicht erfasst. AVL „macht das“ aber, man braucht kein Mathematiker zu sein, um das Programm zu nutzen. Andre Deberrois' XFLR 5 nutzt AVL im Hintergrund, hat aber eine modernere Bedieneroberfläche, wäre also auch eine Möglichkeit.

Torsionsschwingungen und Flattern der Tragflächen sind wegen der aeroelastischen Kopplungen mit Biegung und Torsion schwer zu berechnen, kann man eigentlich nur erfliegen. Sicherlich ist es von Vorteil, bei Flächen mit kleinem cm0 die elastische Torsionsachse und die Zug-Druck-Gurte möglichst nach vorne in die Nähe der Neutralpunktlinie zu legen, auch, damit man sich wenigstens keine aerodynamische Divergenz (explosionsartige Verdrillung der Tragfläche bis zum Abriss durch hohe Auf-/Abtriebskräfte beim Abfangen aus speed, der Abstand Neutrallinie - elastische Achse der Tragfläche ist der Hebelarm für die Verdrillung) einhandelt.

Als CAD-Programm wird freecad genutzt, es ist einfacher zu bedienen als viele andere CAD-Programme und hat ein einfaches FEM-Berechnungsmodul, mit dem man ausgewählte Baugruppen auf Biegung und Festigkeit untersuchen kann.

Festigkeit und Elastizitätsmodul von Holz gehen in etwa proportional zur Dichte, bei Balsa benötigt man daher relativ mehr Material für die gleiche Festigkeit. Da die Belastungen bei grösseren Fliegern deutlich schneller steigen als der Massstab (*), sind Pappel und Kiefer eher angebracht als z.B. Balsa, hält sich auch kostenmässig zudem im Rahmen. Wenn die Konstruktion „steht“, sind die ebenen Teile mit einer CNC-Fräse mit Vakuumansaugung dann schnell gefräst, mit einem verzapften Aufbau auch tendenziell zügig und verzugsfrei zusammengeleimt.

Hier eine Studie für die Ermittlung der Torsionsteifigkeit eines Flächenstücks:

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Zur Auslegung und Aufbau der Tragflächen dann was beim nächsten Mal, zu der Servo- und Antriebsauslegung wird's auch noch einen Abschnitt geben... und dann natürlich ganz viele Bauphotos.

Ansonsten ist halt an einem Nurflügel nicht viel dran - drum heisst er so. Bauen und fliegen - und Spass haben. Zudem tun's die Dinger manchmal nicht so, wie man gedacht hatte ... und hat dann (vielleicht) was dazugelernt.




*: Dieser Zusammenhang wird leider schon mal von den besten Modellbauern gelegentlich übersehen, siehe z.B. den vollständigen Luftzerleger der 100 kg Saab „Gripen“ vor ein paar Jahren - eine dann bedauerliche Sache. Allerdings kann man das auch anders sehen: wenn ein Flieger sich komplett in seine (Balsa-)Einzelteile auflöst bevor er am Boden aufschlägt, ist's die optimale Sicherheitsmassnahme, da sind dann auch 100 kg kein Problem. Also, entweder ganz filigran oder ausreichend fest bauen, dazwischen ist's im Falle eines Absturzes vom Sicherheitsaspekt her eher schlecht.

Klaus Jakob
02.02.2020, 20:12
Hallo Kurt und Werner,

gut, dass ihr ein Brett baut. Und das auch noch mit so einem riesigen theoretischen Aufwand.
Irgendwie erfindet ihr allerdings das Rad neu, und es eiert auch ein bisschen.
Wie Christian schon weiter oben schrieb, ist das Brett etwas schwer. Und die Rippenbauweise ohne Beplankung macht auch aus meiner Sicht keinen Sinn. Die nur schwache Torsionsneigung beim Brett (wir haben ein S-Schlag-Profil) kann zwar auch vom Holm aufgenommen werden, das macht aber keinen Sinn, wenn man die äußerste Beplankung dazu verwendet, weil die Beplankung mehr Fläche umschließt als ein Holm.
Aber noch besser: einfach in Styro-Abachi bauen, dann landet ihr bei einer Spannweite von 3,5 m bei etwa 2,5 kg, bei deutlich besserer Profiltreue.
Mit Kohlegelege unter der Beplankung und einem Holm gegen die Durchbiegung könnt ihr auch aufbleien.

Wichtig sind:
-ein modernes Profil verwenden, genau auf den Einsatzbereich und die Flügelgeometrie angepasst
-die Klappenanordnung (HLW in der Mitte mit Querrudern außen? Quer/Höhe gemischt?) Bei 6 Klappen ergibt sich die Möglichkeit der unsymmetrischen Beimischung, so dass das negative Wendemoment minimiert wird
-die Massenverteilung
-das Seitenruder und dessen Größe: da haben wir uns bereits Gedanken gemacht: guckt mal:

http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/131227-Stabilit%C3%A4tsfaktor-f%C3%BCr-Richtungsstabilit%C3%A4t/page6

Hier könnt ihr auch den Einfluß der V-Formform, des angestrebten Einsatzbereiches etc. herauslesen.

Nicht vergessen: sehr rückstellgenaue Servos verwenden.

Viel Spaß bei dem Tüfteln. Und trotzdem mein Tipp: nicht die tausendste Stelle hinter dem Komma ausrechnen, wenn es funktionierende Vorlagen gibt, die sich bewährt haben. Und einfacher sind.

Viel Erfolg
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
03.02.2020, 17:59
Hallo Klaus,

danke für Dein Interesse, Deine Bemerkungen und guten Wünsche !

Das Brett ist ein ganz gutes Übungsfeld, um Theorie mal einschliesslich Lasten usw. durchzugehen, da da vergleichsweise einfach, ... und dann auch mit existierenden Brettern zu vergleichen, herzlichen Dank für Deinen link. Die Theorie berücksichtigt die Massenverteilung (Massenträgheitsmomente), die Eigenschaften des Seitenleitwerks und des Rumpfes sowie der gesamten Tragflächengeometrie in einem Guss und ist nicht weiter schwierig anzuwenden. Wenn's dann mal komplizierter werden sollte und keine so rechte Vorlage existiert- Nurflügel sind einfach viel intessanter als die "Leitwerkler" -, hätten wir dann das erforderliche theoretische Rüstzeug. Nach unserer Erfahrung sind diese Programme etwa auf 10% genau - je nachdem, was man wissen will - , das ist mehr als ausreichend.

Bzgl. Bauweise wollen wir uns komplett auf Holz beschränken und auch mit möglichst einfacher Bauweise werkeln. Die Vorteile der 6-Klappenanordnung gegen das negative Wendemoment sind bereits erwähnt.

Profiltreue bringt man nur mit Schalenbauweise in einer präzisen Negativform hin, in allen anderen Bauweisen wird's Profil-xy-mod. Die Frage ist, wird's überhaupt schlechter und wenn ja, wieviel.
Übrigens liegen wir mit der Kiste immer über Reynold 250000, beim design -ca bei 350000 und bei speed geht's über die Mio raus, laminare Ablösungen kann man daher vergessen.

Es ist klar, dass eine Dbox profiltreuer als Bespannung ist, aber ob man damit immer die Form für eine gute Saugspitze so hinbringt wie gedacht, kann man bezweifeln. Zudem können die Übergänge Dbox-Bespannung zum Strömungsumschlag führen und den Widerstand erhöhen. Entscheidend ist auch eher die Oberflächenqualität, insbesondere im Bereich der dünnen laminaren Grenzschicht, also vorne.

Das heisst also nicht, dass komplett bespannt deutlich schlechter sein muss, i.a. wird's in der Polare bei grossen ca's runder wegen der schlechten Näherung im Saugspitzenbereich des Profils und es kostet vielleicht ein wenig camax. Ohne Dbox tritt die "Stolperkante" beim Übergang in die Bespannung nicht auf, kann den Turbulenzumschlag bei kleinen ca's nach hinten schieben, bei Pfeilung kann die Welligkeit ein wenig wie Grenzschichtzäune wirken, so dass die Grenzschichtaufdickung aussen geringer wird. Und Bespannung auf Rohr ist von Haus aus glatt, vorne, wo die Grenzschicht dünn und laminar ist und daher Rauhigkeit kritisch ist, muss man bei Dbox schon sehr sauber arbeiten. Und ohne Beplankung ist's auch einfacher zu bauen.

Vielleicht dazu:

https://akamodell.hg.stuvus.uni-stuttgart.de/wp-content/uploads/2019/01/Windkanal_RES.pdf

Holz ist nahezu unidirektional bzw. gesperrt, mit der richtigen Faserrichtung holt man z.B. bei der Torsionsbox des Holms einiges raus, unter z.B. 45 Grad beplanken ist ein Graus. Natürlich kann man immer Gewebe drauflegen und CFK-rovings einlegen, aber das passt nicht so zum klassischen Holzbau. Das cm0 ist mit Klappen im Strak zwar recht klein, eine torsionsweiche Fläche neigt dennoch zu Torsionsschwingungen bei Geschwindigkeit. .. und bei Klappenausschlag gehen die cm0's schon gen 0.2, Klappeninversion bei speed ist nicht das Ziel.

Mit dem Gewicht müssen wir mal schauen, ob wir das tatsächlich auch haben werden. Andererseits ist die Abrissgeschwindigkeit mit knapp 9 m/s ok, Sinken sieht auch gut aus, also machen wir uns um das Gewicht zunächst mal wenig Sorgen. Zudem werden wir mit 2 Akkus fliegen (Flugakku und Servoakku), ist eingerechnet. Und 12g mit Faktor 2 Reserve (gegenüber Holznominalfestigkeitswerten) fordern auch ihr Gewichtstribut.

Das Gewcihsthema rührt vielleicht auch daher, dass wir die Flächentiefe noch nicht angegeben haben, sind 40cm. Styro würde bei 30 (20) kg/m^3 Material alleine für die Fläche 1050g (700g) wiegen, komplett mit 1mm Abachi beplankt ein weiteres Kilo roh dazu. Dazu Nasenleisten, Endleisten, Klappen, Rippen zur Krafteinleitung, erforderlichenfalls Teilholm, Rumpf, Seitenleitwerk, Bespannung/Lackierung/Epoxy und das ganze andere Gerödel (Steckungen für je 80 Nm, 6 Servos, Motor, zwei Akkus...), evtl. auch noch Gewebe....ich weiss nicht so recht, wie man da auf 2.5 kg kommen will. Unser Vogel hat halt 40cm Flächentiefe, da kommt halt sowohl Volumen als auch Fläche zusammen.... nix ist leichter als Luft und Bespannung.

Mit den Servos, ja, ein wichtiger Punkt, bei kleinem Stabilitätsmass ist Präzision in der Klappensteuerung wichtig. Hinzu kommt die Anfachung von Torsionsschwingungen bei speed, wenn die Klappen nicht spielfrei an den Servos und in den Ruderanlenkungen hängen (evtl. auch Rudermassenausgleich notwendig bei grösseren Vögeln).

Gruss

Werner

Klaus Jakob
03.02.2020, 18:51
Hallo Werner,

ein Brett nach euren Vorstellungen in offener Rippenbauweise wird um die 2 kg wiegen. Nur wenn man sich anstrengt, wird es schwerer als 2,5 kg. Rechnung hin oder her.

Falls ihr dennoch in Styro-Balsa bauen wollt, nachfolgend ein paar Tipps.

Ich war grad mal im Keller und habe meinen "Gravitationsinverter" vermessen und ausgewogen.

Spannweite: 3500 mm
-Wurzeltiefe: 370 mm
-Endrippe 180 mm
Randbogen sichelförmig
Profil: Curt Weller.

Gewichte:
-Rumpf mit SLW..747 g
-rechter Flügel...736 g
-linker Flügel......733 g
-Flächenverbinder (Vollkohle 10x20x260)...88 g

Summe: 2304 g.

Bauweise: Kerne aus Baumarktstyropor, ich glaube 30er Dichte. Über Sperrholzschablonen geschnitten. Holmsteg: Balsa hochkant 4 mm, mit Glas diagonal belegt, Gurte aus Kohlerovings.
Der Flügel ist beplankt mit Balsa 1 mm, vor dem Holm mit 50er Glas unterlegt. Bereich der Ruder mit diagonalem 50er Glas. Keine Nasenleiste, diese entsteht "von alleine" durch Ausfüllen des Nasenbereichs mit Mumpe, vor dem Verpressen.
Balsa verschliffen, mit Porenfüller grundiert, erneut fein verschliffen, und mit Papier bespannt. Klarlack drauf.

Es geht also auch in Sandwichbauweise ausreichend fest (Wir machen Hochstarts an einem F3B-Gummi) und profilgenau. Die Endleisten der Weller-Profile sind sehr dünn, und werden von uns sehr genau ausgearbeitet.

Bin mit den Flugeigenschaften sehr zufrieden, auch mit der Leistung.

Wie Du siehst, ist es keine Utopie, und auch kein Hexenwerk, so leicht und doch stabil zu bauen. Würde ich an eurer Stelle machen.

Ach ja, ich habe Blei in der Nasenspitze, da könnte euer Motor rein. Inkl. Akkupack dazu, sollte das Brett dennoch unter 2,5 kg bleiben.

Servus.
Klaus.
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Alpenkreuzer-Fiss
04.02.2020, 18:33
Hallo Klaus,

chapeau, alle Achtung ! Da ist kein Anfänger "in der Leitung". Ich hab mich gleich mit google beraten, Deinen "Balmung" findet man unter einer feinen Adresse.

Wird Zeit, dass ich mal was zu unserem team schreibe. Kurt ist - gefühlt seit seiner Geburt - Modellbauer und -flieger, ich bin erst im Rentenalter ein bischen in die Szene geraten. Daher bleibt mir gar nichts anderes übrig, als Theorie in die Waagschale zu werfen, fällt mir leichter als drei verunglückte Rollen nacheinander zu fliegen. Kurt fliegt schon mal so, dass bei mir im Geiste die Wurzeldrehmomente im dreistelligen Nm-Bereich nach oben rattern, meine Landungen nach ein paar Sonntagsrunden sind teils eher unter der Rubrik "Zellenbelastungstest" zu verbuchen. Daher ziele ich designmässig eher auf gutmütiges Flugverhalten und grottenrobust, lieber "Gürtel und Hosenträger" an den wichtigsten Stellen.

Wir fliegen hier im Hochschwarzwald, wie der Name schon sagt, gibt's da mehr als einen Baum. Dummerweise stehen an den schönsten Plätzen diese gierigen Springbäume, die nur darauf warten, fliegende Holzpuzzle in ihren Ursprungszustand zu versetzen. Gegen meine Springbaumparanoia gibt's zwei Heilmittel:
- speedbrakes derart, dass man glaubt, da käme ein Backstein angeflogen
- design möglichst so, dass bei ausgehungert und Höhenruder voll gezogen dass Ding gemütlich im Sackflug nahezu senkrecht runterkommt und sich's im Gras bequem macht

Daraus ergibt sich nach vielen gemeinsamen Diskussionen, Skizzen und Studien im Prinzip folgende Arbeitsteilung. Ich mach die IT bis das Holzpuzzle aus der CNC fällt, dann ist Kurt dran, aus der Tüte Holzschnipsel ein fliegendes Teil zu zaubern. Den ganzen Bauteil wird deshalb er berichten und ich noch ein paar Rechnungen zu Belastungen und so weiter nachliefern.

Das Holzfaible stammt eigentlich daher, dass uns sonst die Lager unserer CNC einrosten würden, nun, nicht nur. Das Festigkeitkeits-zu-Dichte-Verhältnis ist bei Holz und z.B. CFK (Matrix in Hobbyqualität) etwa gleichauf, CFK wäre um den Faktor drei steifer, ist auch ein bischen nachtragend nach starken Punkt- oder Kerbbelastungen. Man braucht halt bei Holz daher ungefähr die dreifachen Querschnitte, dazu braucht's einfach Platz, um das dann auch unterzubringen. Zum Glück wird Luft ab Reynoldszahlen um 300000 ein Liebhaber fülligerer Formen, so dass man das auch tatsächlich grundsätzlich unterbringen kann, ohne ein Scheunentor quer zu fliegen.

Die Alternative ist bei dünnen Profilen Deine Schalenbauweise... die will aber schon gekonnt sein !

Man braucht daher "klassisch" etwas dickere und fülligere Profile mit grösserem Endleistenwinkel (daher auch die 1050g Schaum), damit eine lange Klappe keine labbrige Platte wird und sich knapp bemessene Rippenteile nicht ihre individuellen Flugbahnen suchen. Holz bedankt sich damit, dass es sich sichtbar skurril verzerrt, wenn's an die Belastungsgrenzen geht. Wenn man bei Holz dann nicht schnell Ruder zurücknimmt, hat man wenigstens noch Material im passenden Format in einer transportgerechten Tüte für winterliche Zweitverwertung.

Damit einfach die CNC nicht einrostet, bleiben wir weiter auf unserem "Holzweg", wir probieren's einfach mal. Unser Ziel ist keine Rekordmaschine, sondern eher ein Gebrauchsding, dass einfach zu fertigen ist, sooo viel Zeit ist bis Fiss ja nicht mehr; Kurt drängt schon, dass endlich die ersten Teile aus der CNC fallen.

Ich fänd's dann spannend, irgendwann mal die beiden Vögel im Flug zu vergleichen und zu schauen, wie weit wir hinten liegen, so eine Art "high tech meets classic" im kleinen Kreis.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
04.02.2020, 21:02
Hallo Werner,

o.k. Holz muss sein. Hat mir auch immer Spaß gemacht, siehe mein "Buntes Huhn".
Aber in eurem Falle würde ich dennoch eine Nasenbeplankung planen, ganz einfach, weil sie leichter ist als ein breiter Holm mit zu starker Verkastung gegen Torsion. Oder eben fester, bei gleichem Gewicht. Dann braucht ihr auch keine Diagonalrippen HINTER dem Holm (Masse an der falschen Stelle, = Blei in der Nase). Das mit der bessereren Strömung sehe ich auch als positiven Effekt, auch wenn Du da andere Unterlagen hast.

Wisst ihr schon, welches Profil ihr einsetzen werdet? Ich selber halte mich hier zurück, da ich mit Curts Profilen eher Exoten verbaue.
Aber mit etwas Stöbern hier im Forum findet ihr bestimmt etwas passendes. Aber bitte nicht älter als ca. 10 Jahr; bzw. keines aus der Zeit, wo einfach mal ein Profil mit negativem Momentenbeiwert umfunktioniert wurde mit dem Kurvenlineal zu einem S-Schlag-Profil.

Weil ihr in Holz bauen wollt, käme das JWL 065 in Betracht. Es ist ein eher thermiklastiges Profil, sehr gutmütig, und hat ein "eingebautes Höhenruder", d.h. es ist schon optimiert für eher langsames Fliegen; dafür muss man nicht mehr viel ziehen. Für die Holzbauweise eignet es sich auch gut, da es eine dicke Endleiste hat. Nachbauer haben es recht gut bewertet.

Weiter kämen Profile von Peter Wick in Frage, oder, oder...
Freunde, bitte meldet euch :)

Wenn nichts kommt, Werner, dann frag mal im Nuribereich nach, da tummeln sich die Spezialisten.

Bis dann!
Grüße,
Klaus.
2253323

Alpenkreuzer-Fiss
04.02.2020, 23:06
Hallo Klaus,

ja, mit dem jwl065 haben wir schon mal 'ne in PLA-3D-gedruckte Vierklappen-Brett-Mühle in 2m "klassisch" und viereckig in Streckung 8 gebaut, dank an Nicolai Hangst und Philip Gawron... und auch an Knut Schasse, der die Vorgängerversion in 3D-gedrucktem ABS mit CFK-rovings in 1,6m mit Übergewicht mit 200m Landeflug aus 2m Höhe mit speed zu landen wusste. Das letztere Ding mit 26 g/qdm flog einfach nicht zu landen für einen Normalsterblichen ohne Butterfly ... flog sauber bis ca. 80 km/h - nach Kurt's Einschätzung - , da fingen die Torsionsschwingungen - recht harmlos - an, Sackflug ok mit etwas Querruderunterstützung. Die Vierkanttorsionsbox aus CFK war einfach nicht diagonal laminiert und ein bischen dünne, in Querschnitt und Grösse; jedenfalls, das Designziel von Johannes - diese rauhe Oberfläche im unteren Klappenbereich für Turbulenz und damit anliegende Strömung, aus der er das positive cm0 holt - liefert diese 3D-Druckerei offenbar von Haus aus. Auf PLA kann man nicht bügeln, also die selbstklebende Folie von Lanitz lieferte in diesem Falle eine am Ende grausame Berg-und-Tal Oberfläche, ich hab noch nie so eine Katastrophe gesehen, das Ding flog trotzdem wie ab. Wir haben auf unserem Flugfeld noch Photos mit Tele mit der Vierklappenmühle gemacht, so dass alle Welt glaubt, das sei Photoshop: Inversionswetterlage im November, so dass man meint, man könnt auf der Wolkendecke laufen; Fluggebiet auf 1000m auf unserem springbaumverseuchten Platz, der Nebel des KKW Kaiseraugst schaut aus der ansonsten homogenen Wolkenfläche, im Hintergund die 4000er des Berner Oberlands in 200 km Entfernung völlig klar. Nein: das war reality.

Was die elastische Achse mit den Diagonalrippen angeht hatte ich auch meine Zeifel. Die FEM ist ein bischen tricky, sieht aber so aus, als wenn das kaum eine Verschiebung nach hinten machen dürfte. Ich hab ein bischen theorisch in Aeroelastizität nachgeladen, das, was das ausmacht, scheint unkritisch zu sein; ich bring da noch was zu.

Ich darf mal eine eine Bemerkung als alter newby loslassen: ich studiere die Szene schon seit 'ner Weile mit ein bischen Theoriehintergund und hab 'nen faible für Minimalismus und lerne jeden Tag dazu... und bin absolut beindruckt, was da seit so ca. 20 Jahren qualitativ abgeht, wir laufen auf ganz erfahrenen Schultern mit einer unglaublichen Kenntnis und Erfahrung in Aerodynamik und praktischer Bauerfahrung. Ich brauch die Namen nicht zu nennen, die kennt wohl jeder in der Szene, ich kenn sie leider nicht persönlich; ich fühl mich manchmal an die goldene Zeit der Unterschall-Aerodynamik erinnert, akribisch zusammengefasst von Sighard Hoerner auf 1000enden von Seiten in den 60ern: lift and drag. Noch ein bischen Munk dazu und dann die ganze NACA-Erfahrung.

Peter Wicks Profile hab ich mir angeschaut, am Ende bin ich ein bischen der US-Szene gefolgt: Barnaby Wainfan. Er ist beruflich vom Fach, hat geniale, neue Sichtweisen und realisiert sie, das Profil ist in der US-Szene als robust bekannt und hat die Fülligkeit, die eine solide Rippenbauweise verlangt. Die Unterschiede zu Peter Wick sind in der Tat sehr graduell, insbesonderem mit Bespannung ist's am Ende irgendwie wohl bims, Hauptsache, die Oberfläche ist vorne ganz glatt und es treten keine Stolperfallen auf.

Der Modellbau war und ist vielleicht die Speerspitze in neuen Entwickungen, ist halt regulatorisch minmal beschränkt.

Klaus, ich würd Dich übrigens gern persönlich kennenlernen, von "alten Hasen" kann man nur lernen.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
06.02.2020, 18:36
Hallo Werner,

danke, für die Nachfrage mich kennen lernen zu wollen. Ein alter hase bin ich nicht unbedingt, da sind noch viel bessere Koniferen :D hier im Forum.
Ich glaube, das mit dem Treffen machen wir dann spontan per PN aus, o.k.?

Gut, dass Du das JWL 65 kennst. Ich habe Johannes persönlich gekannt, und bis zu seinem Ableben immer wieder besucht. Einen Teil seiner Modelle habe ich übernommen, die Uzza 4 fliegt immer noch. Auch die Hanz-Flügel habe ich eine Zeitlang geflogen.

Was ich in der Praxis noch nicht habe fliegen sehen, sind die Brett-Profile von Hartmut Siegmann.

Ja, so wie ich Dich und Deine Mitstreiter einschätze, habt ihr schon konkrete Vorstellungen. Wir können euch bei entsprechender Anfrage hier und da vielleicht anschieben, und tun das gerne.

Halte uns weiterhin am Laufenden, und Grüße an das Team
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
07.02.2020, 18:33
Hallo Klaus,

genau, so machen wir's !


Ich nehme Deine indirekte Anregung zur Vorstellungen unserer Überlegungen zur Diskussion und Beiträgen gerne auf und möche einige grundlegende Gedankengänge vorstellen, die dem "Alpenkreuzer" zugrunde liegen. Das ist grob vereinfacht dargestellt, es geht um die wesentlichen Züge.

Ein Modellflugzeug benötigt für Flugleistung Optimierungen in folgenden Bereichen:

Aerodynamik

Hier steht in der Modellfliegerszene das "Profil" im Vordergrund, Was ich aber haben möchte, ist Flugleistung, d.h., geringes Sinken und gutes Gleiten. Die Flugzeugpolare kann dann mit der Flächenbelastung mit der Wurzel aus der Flächenbelastung über die Geschwindigkeit gestreckt werden, das ist eher keine Frage der Aerodynamik sondern schlicht des Gewichts.

Für jede Klasse von Anwendung gibt es viele Profile, Thermik, Hangflug, allround, speed. Die Profilpolaren unterscheiden sich bei leidlich brauchbaren Profilen in einer Klasse nur wenig. Warum auch, bei den "schlechteren" Profilen hat man vielleicht 50% der Oberfläche laminar, bei den sehr guten vielleicht 70%, der Unterschied ist im Widerstand entsprechend gering, die Empfindlichkeit bei den 70%ern auf Mückenleichen, Bauungenauigkeiten etc. allerdings gross. Nimmt man ein robustes, "schlechtes" Profil und baut den Vogel nur etwas grösser, hat man über die Reynoldszahl die Effizienzdifferenz zu einem "guten" Profil locker wettgemacht, da braucht man nur in die Profilpolaren zu schauen, die Reynoldszahl ist im Modellbereich _der_ entscheidende Faktor für Leistung (anders als in der bemannten Szene).

Viel dramatischer wirkt sich eine rauhe Oberfläche oder eine Turbulenzkante negativ aus, kann jeder mit einem der vielen Profilprogramme studieren. Wenn man also unproblematische Flugleistung haben will, holt man sie einfach aus der Reynoldszahl und einer glatten Oberfläche ohne turbulenzerzeugende Kanten und nimmt ansonsten ein mackenarmes "Sorglosprofil".

In der Wettbewerbsszene sieht's natürlich anders aus, da sind die geometrischen Grössen i.a. limitiert, so dass als einziger freier Parameter das Profil übrig bleibt.

Ansonsten ist es wichtig, keine aerodynamischen Fehler zu machen: vorne rauhe Rumpfoberflächen, Ecken (Leitwerk, Rumpf-Flächenübergang), Längs- und Querschlitze, ... Der schon genannte Hörner gibt da umfassend Auskunft. Die goldene Zeit der Aerodynamik war nicht die Zeit der Superprofile, sondern des "clean-ups" der gesamten Zelle, unendlich viel Detailarbeit.


Flugdynamik

Was sehr schwierig erscheint, ist heute der am einfachsten zu lösende Bereich. Man mache sich mit AVL oder XFLR5 etc. vertraut, spiel ein wenig herum und gut isses.


Statik

Grössere Reynoldszahlen haben einen wesentlichen Vorteil, die Profile dürfen dicker sein. Das liegt daran, dass Luft ausserhalb der Grenzschicht eine bestimmte Form am liebsten mag. Bei dicker Grenzschicht - also kleinem Re - bleibt für's eigentliche Profil - das, was man sieht - dann nicht mehr viel übrig, das Profil muss dann dünn sein. Am besten sieht man im Geiste ein Profil nicht als solches, sondern ein Profil plus seine Grenzschicht; das ist auch das, was die umströmende Luft "sieht" und darauf reagiert.

Das schafft Platz für eine solide Tragflächenkonstruktion, man benötigt Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit. Unabhängig davon, ob man eine Schalenstruktur oder eine Balkenstruktur verwendet, das Biegeträgheitsmoment ist leicht zu berechnen und ggf. zu optimieren; die auftretenden Lasten auch. Für die Torsionssteifigkeit kann die Schale selbst genutzt werden oder benutzt andere Elemente wie D-Box, Torsionskasten o.ä.., Berechnung leicht möglich über die 2.Bredtsche Formel.

Ganz entscheidend für eine gute Konstruktion bei Verwendung gerichteter Materialien (GFK, CFK, Holz) ist das Verständnis der auftretenden Kraftvorzugsrichtungen: auf Biegung immer längs, auf Torsion und Schub immer sozusagen "unter 45 Grad". Das liegt daran, dass Torsionsversteifungen im Flugzeugbau immer Schalen sind und eine Torsion einer Scherung eines Flächenelementes in der Schale entspricht, dieses Element wird also diagonal gestreckt und senkrecht dazu zusammengedrückt.

Bei Biegung braucht man das E-Modul in Längsrichtung der Belastung, bei Gurten oder Schalen also in Richtung der Tragfläche. Bei Torsion benötigt man das G-Modul, dass über die Poissonzahl ("Stauchung") mit dem E-Modul "unter 45 Grad" verknüpft ist.

Wie gross ist der Einfluss der Faserrichtung(en) ?
- E- Modul:
Holz: längs der Faser maximal, unter 45 Grad noch etwa 20% davon, quer zur Faser nahe null (--> Gurte brauchen immer die Fasern längs); gleiches gilt für Sperrholz.
CFK: maximal längs der Faser und nahe null quer, bei Gewebe anteilig entsprechend Faserrichtung, unter 45 grad nur noch 10%
GFK: maximal längs der Faser unter 45 Grad und nahe null quer, bei Gewebe anteilig entsprechend Faserrichtung, unter 45 grad noch 30%

- G-Modul:
Holz: logischerweise bei 0/90 Grad 20% des maximalen G-Moduls, uner 45 Grad maximal; das gilt natürlich auch für kreuzweise lagenweises Sperrholz: der Unterschied zwischem dem G-Modul in 0/90 und 45 Grad ist der Faktor 5 !!!
CFK-Gewebe: das Verhältnis der G-Module der beiden Richtungen ist 1:10 !!!
GFK-Gewebe: das Verhältnis der G-Module der beiden Richtungen ist 1:3

Das führt zu dem nur scheinbar skurrilen Effekt, dass ein Torsionselement (Rohr Kasten, D-Box) aus Holz in der "richtigen" Richtung doppelt so steif ist wie ein dasselbe Ding mit genau den gleichen Massen in CFK in der "falschen" Richtung. Für gleiche Torsionssteifigkeit bräuchte man daher in CFK "falsche Richtung" das sechsfache Gewicht im Vergleich zu Holz "richtig" verbaut ! Soweit zum Thema "CFK ist _das_ Material", gelegentlich also ein ziemlicher Unfug.

Warum ist Holz so in Verruf geraten ? Meine Vermutung geht wie folgt. Die Tragflächenstrukturen alter Holzmodelle sind scheinbar eine mittlere Katastrophe, teils keine Gurte, teils keine Stege, durchweg keine Torsionselemente. Warum scheinbar ? Weil sie mit Papier bespannt waren ! Papier ergibt eine wunderbare Schale, die u.a. für ordentliche Torsionsteifigkeit sorgt. (Manche Leute bauen Flieger aus Styrokern mit Papier beplankt, meist eher kleinere, es gibt aber keinen Grund, solche Dinger nicht in 10m Spannweite zu bauen, simple Schalenrechnung für die erforderlichen Lagenzahlen längs der Spannweite). Diese alten Dinger holten nahezu ihre ganze Statik aus dem Spannpapier !

Dann kam die Zeit der Bügelfolie, E-Modul und G-Modul nahe Gummiband. Eine solche Holzstruktur mit Folie bespannt ergibt logischerweise eine torsionsschlappe Wabbelfläche, mit der man nur noch rumschleichen kann ---> Holz ist Mist, nein, die Bügelfolie ist Mist (bei der Tragflächenbauweise)

Wenn man also Bügelfolie nutzen will - sie ist ja superglatt und lässt sich prima spannen -, muss man zwingend die ganzen Aufgaben der Tragflächenstatik der Holzstruktur mitgeben, wie man das macht, siehe oben, in Styro beplanken oder ganz klassischer Tragflächenbau der 30er Jahre. Dann hat hat man ordentliche Tragflächen, die "was abkönnen".

Grosse "Vögel" haben den Nachteil, dass man Landehilfen braucht, _weil_ sie so gute Flugleistungen haben. In GFK/CFK kosten sie zudem ein halbes Vermögen, in Holz (Kiefer, Pappel) nur einen Bruchteil davon.

Holz hat den Ruf, besonders bauaufwändig zu sein. Nun, mit CNC-Fräsen oder -Lasern heute und einer cleveren Steckbauweise sollte das inzwischen kein Thema mehr sein, ist jedenfalls kein Problem des Materials Holz, sondern evtl. ein Problem der Konstruktion. Was Arbeit macht, ist das Beplanken einer D-Box, z.B., man braucht die aber nicht zwingend, das wollen wir zeigen.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
08.02.2020, 08:16
Die ersten Einzelteile sind eingetroffen.
Jetzt erstmal zusammenfügen:

2254735
2254736
2254737
2254738


Gruss Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
09.02.2020, 09:34
Für die Gurte nehmen wir Kiefer. Hier die Variationsbreite ihrer Eigenschaften:


Rohdichte: 0,5 g/cm^3(größerer Streubereich)

Druckfestigkeit (N/mm²): 35-94 (~55)
Zugfestigkeit (N/mm²): 35-196 (~104)
Biegefestigkeit (N/mm²): 41-205 (~80)
Härte (N/mm²): 35-95 (~40)
E-Modul (N/mm²): 6900-20100 (~12000)

(Quelle: https://www.holz-blum.com/publish/viewfull.cfm?objectid=hgcs_zo_c74dc5fb_7e90_43c1_7b5396eaebdcc775)


Die Variationsbreite ist also recht gross und es empfiehlt sich, den fertigen Holm einem Belastungstest auszusetzen (oder das Material vorher zu testen).


Wenn man den Holm der mittleren Tragfläche (Länge 1.26m) als Biegebalken mit Punktlast in der Mitte rechnet, so ergibt sich allerdings unabhängig von der Holzqualität Bruch immer bei etwa 45mm Durchbiegung.

Das entspricht der Erfahrung, dass man bei Holz - unabhängig von seiner Qualität - "sieht", wenn es brechen wird, ein grosser Vorteil in Praxis.


Gruss

Werner

Klaus Jakob
09.02.2020, 11:51
Hallo Werner,

den oberen Gurt mache ich immer etwas dicker, ca. 30 % mehr Querschnitt als beim unteren Gurt. (Im Umkehrschluss kann der untere Gurt schlanker werden, was Gewicht spart).


Grund:
wie schon aus Deiner Tabelle ersichtlich, ist die Druckbelastbarkeit geringer als die Zugbelastbarkeit. Somit ist die Gefahr des Einknickens des Obergurtes geringer, und der Holm wird etwas später, aber mit beiden Gurten etwa gleichzeitig versagen. Kurz ausgedrückt: man schleppt nicht unnötiges Material herum.

(Dies gilt natürlich nur für den Normalflug, nicht für den Rückenflug bei Höchstgeschwindigkeit mit anschließendem brachialem Ziehen. Aber im Rückenflug wird das Profil den nötigen Auftrieb nicht leisten können).

Gruß
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
09.02.2020, 12:25
Hallo Klaus,

prima Tip, danke ! Rückenflug mit 12 g wird wohl mit einem Knickflügel kaum geflogen werden, insofern in die Richtung überspezifiziert.

Ich hab die Gurtleisten mit 1mm Übermass aus grösseren Kieferleisten gesägt, Kurt leimt die dann auf den Torsionskasten. Dann soll der ganze Holm durch eine Dickenhobelmaschine laufen. Da können wir Deinen Tipp dann aufnehmen, lassen oben etwas mehr stehen und unten etwas weniger, wieviel, rechne ich noch. So hergestellt sollten die Rippen dann "snug-fit" auf den Holm passen, werden von vorne und hinten zweigeteilt gesteckt, Halbrippen nur von vorne. Die Dickenhobelmaschine geht nur nicht bei den Aussenflügeln, da die Holme konisch zulaufen, müssen halt der Bandschleifer und die Schieblehre ran.

Vorher machen wir aber einen Biege- und Torsionstest des Holms, um zu wissen, wo wir mit unseren Materialqualitäten liegen, die drei Holme sind das A und O und beim spanloader ist die Torsionssteifigkeit das Wichtigste. Wenn das ok, kann man eigentlich nur noch bezüglich Festigkeit bei den Steckungen was falsch machen. Da hab ich gerechnet, dass je zwei Mal 12/10er hochfestes Alurohr (600 N/mm^2) links und rechts des Holms reichen sollten, die in die Holme über Rippen einzuleitenden Kräfte liegen ungefähr bei maximal 500 N (Biegung und Torsion kombiniert, aufgeballastet). Laut FEM sollten 6.5mm Birke-Multiplex-Rippen an den "Hebelauflagen" mit Reserve reichen, davon also insgesamt 8 bei dreiteiliger Fläche, die restlichen Rippen etc. sind einfach aus 3-fach gesperrter 3mm Pappel, Aussenlagen längs.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
10.02.2020, 15:55
Hallo Klaus,

jetzt hab ich die Biegemomente für den Alpenkreuzer doch mal genauer gerechnet, nicht nur grob (mit viel Sicherheit) geschätzt wie bisher, habe dafür ein kleines Programm gehackert. Die Massen sind geschätzt, eine elliptische Auftriebsverteilung und eine gleichmässige Verteilung der Tragflächenmasse über die Spannweite werden angenommen.

Ich unterscheide 3 Fälle: die Tragfläche alleine (2.1 kg), Tragfläche plus Rumpf und Seitenleitwerk (1.4 kg) und komplett mit zusätzlich 2 kg Ballast in der Mittenfläche. Die Lastenverteilung, die lokalen Biegemomente und die erforderlichen Gurtquerschnitte bei 20 N/mm^2 zulässiger Zug/Druckbelastung und bei einem Lastvielfachen von 12 werden berechnet.

nur Tragfläche:
2256364 2256365 2256366

Man sieht, dass die "Ohren" der Tragfläche nach unten gebogen werden, weil der meiste Auftrieb in der Mitte vorliegt, die Biegebelastung mit bis 16 Nm ist gering ("spanloader")

jetzt mit Rumpf:
2256367 2256368 2256369


Die Wurzelbiegebelastung ist mit 40 Nm recht gering, die Belastung im Bereich der Steckungen betragen 10 Nm, auch hier werden die Ohren ein klein wenig nach unten gebogen.

und nun mit Ballast:
2256370 2256371 2256373

Das Wurzelbiegemoment geht jetzt auf 90 Nm hoch, im Bereich der Steckungen bleibt die Belastung mit 40 Nm moderat. Da wir aber Stahlstangen als Ballast vorsehen, nehmen diese die Biegebelastungen dann im mittleren Teil im wesentlichen auf, müssen ja irgendwie ordentlich im Torsionskasten gehalten werden, damit sie sich nicht selbständig machen.

Die Biegebelastungen sind beim Alpenkreuzer also ziemlich moderat, manchem mögen die Kieferquerschnitte vom Gefühl her für 3.5m Spannweite als zu gering erscheinen, das spanloader-Prinzip halt.
Es lohnt sich vom Gewicht her daher nicht, die Querschnitte im Mittelteil konisch zulaufen zu lassen, vereinfacht auch das Bauen.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
10.02.2020, 19:12
2256460

2256464

2256465

2256463

2256461

2256466

2256467

Gruß Kurt ;-)

Alpenkreuzer-Fiss
11.02.2020, 13:49
Für unbeballastet ergibt sich aus der theoretischen Biegefestigkeit der Tragfläche ein maximales Lastvielfaches von 25, aufgeballastet eines von 12 (ohne die Stahlstangen zu berücksichtigen). Daraus ergeben sich die Manövergeschwindigkeiten zu 38 m/s (138 km/h) bzw. 33 m/s (120 km/h), bis zu den Geschwindigkeit sollte also jedes Manöver geflogen werden dürfen.

Die Zelle, Verbinder, Klappen, Servos etc. sind daher also auf ein Lastvielfaches von 25 und einem Staudruck von 900 Pa auszulegen, bei dem Druck müssen z.B. alle Klappen noch voll ausfahrbar sein.

Die maximale Geschwindigkeit kann nur geschätzt werden, Flattern und Torsionsschwingen ist ja nicht klar, nehmen wir 50 m/s (180 km/h) an entsprechend einem Staudruck von 1500 Pa.

Aerodynamische und inertiale Belastungen bei Manövergeschwindigkeit

Wegen möglicher Roll-Taumelschwingung muss die Verbindung Seitenleitwerk-Tragfläche sehr steif und fest sein. Das Drehmoment um die Rollachse durch das Seitenleitwerk ist maximal 30 N, das um die Gierachse 47 Nm. Diese Momente müssen optimal steif in die Tragfläche eingeleitet werden. Hier bietet sich wieder eine 45Grad-Torsionskastenkonstruktion mit innenliegenden Kieferstringern an, die innersten beiden Rippen und die erste Diagonalrippe übertragen sinnvollerweise das Giermoment, müssen auf entsprechende Zug- und Knicklasten ausgelegt werden. Die Rumpf-Tragflächenverbindung muss das Rollmoment in die Tragfläche einleiten können, zudem eine Beschleunigungskraft des Rumpfes von 350 N aushalten.

Der Rumpfvorderteil ist relativ lang, es seien 500g (Motor, Akkus) an einem Hebelarm von 0.5m angenommen. Das maximale Biegemoment dadurch beträgt 63 Nm, das Motordrehmoment wird unter 1 Nm liegen. Praktischerweise sollte das Zugangsloch im Rumpf gross und lang sein, das ergäbe aber einen viel zu torsionsweichen und biegeschwachen (üblichen) offenen U-Träger. Eine Lösung wäre ein geschlossener Torsionskasten mit Stringern in den Ecken als etwa unteres Rumpfdrittel, darauf Seitenwände mit Aussenlagen senkrecht, Abschluss mit einem langen Holzdeckel; dann ist alles gut zugänglich.

Das lässt sich fast alles in 3mm Pappel und ein paar 5*5 Kieferleisten bewerkstelligen, also kaum Mehrgewicht.

Der Motorspant eines Aussenläufers wird bei 25g stark auf Biegung beansprucht, muss also entsprechend ausgelegt werden. Die Rippen sollten per FEM sicherheitshalber überprüft werden, ob sie 4N/cm Belastung in der Bespannung aushalten.

Belastung bei Topspeed

Hier dürfen die Klappen eigentlich nicht mehr voll ausgefahren werden, insbesondere ist dennoch aber die Steckverbindungstorsionsbelastung und die Tragflächentorsion zu überprüfen, falls versehentlich die Aussenklappen voll ausgefahren werden sollten. Natürlich ist auch zu schauen, ob die Gefahr der Klappeninversion besteht. Ebenfalls ist die Biegebelastung für den Fall zu überprüfen. Wer weiss, es wird ja ohne Fahrtmesser geflogen.

Bei Topspeed darf bei der obigen Seitenleitwerksauslegung eine ggf. vorliegende Taumel-Rollschwingung nicht über etwa 6 Grad um die Gierachse hinausgehen, damit das Seitenleitwerk sicher nicht "abgeflogen" wird. Einen solchen Winkel sollte man gut im Flug sehen können und kann dann ggf. die Geschwindigkeit herunternehmen.

Ich wundere mich immer wieder, was Holz so aushält, wenn man sich mal die Werte praktisch klar macht.

Das sollten wohl die wesentlichen Belastungen sein, die zu berücksichtigen sind, wenn jemandem noch was einfällt ???

Gruss

Werner

Klaus Jakob
11.02.2020, 16:36
Das sollten wohl die wesentlichen Belastungen sein, die zu berücksichtigen sind, wenn jemandem noch was einfällt ???
Gruss
Werner

Hallo Werner,

was mich angeht, so fällt mir nichts mehr ein. Ich bin von so viel Theorie völlig erschlagen!:D
Was wir bisher auch noch nicht kennen, das sind die Basics:

-der Flügelgrundriss (ich vermute mal ein Rechteckflügel, anhand der bisherigen Diagramme)
-das Profil (wegen seiner Dicke geht es in die Holmfestigkeit ein)
-die Klappenanordnung
-die Klappengröße
-die Mischphilosophie der Klappen
-das Seitenleitwerk (da werden schon Werte zur Belastung etc. genannt, aber die Größe und Geometrie kennen wir nicht)
-das SLW-Profil
-die Bespannung (trägt diese zur Torsionssteife bei?)
-wegen der Rippenbauweise: Krafteinleitung der Verbinder in den Holm. Wieviele Verbinder, und an welcher Stelle?
-Rumpfdesign, Seitenleitwerkshebelarm, Kufe gegen Springen beim Landen

Viel Spaß bei Bau und Theorie!

Gruß, Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
11.02.2020, 17:51
Hallo Klaus,

-der Flügelgrundriss (ich vermute mal ein Rechteckflügel, anhand der bisherigen Diagramme)
o Mittenflügel ist 1.26m lang, Tiefe 0.4m, Rechteck; Aussenflügel Länge 1m und ein bischen (Randbogen), läuft trapezförmig auf 0.3m Tiefe zu, Hinterkante läuft komplett gerade durch,
Flächeninhalt 121 qdm, ungeschränkt (Rechteckflügel nur als Näherung für Berechnung der Biegebelastung, ist eher auf der sicheren Seite)

-das Profil (wegen seiner Dicke geht es in die Holmfestigkeit ein)
o BW050209, hat 9.3% Dicke

-die Klappenanordnung
o Mittenflügel vier mal 300*70, Aussenklappe 1000*70

-die Klappengröße
siehe oben

-die Mischphilosophie der Klappen
o optimal elliptische Auftriebsverteilung, bei low-speed stehen die Aussenklappen etwas hoch ("aerodynamische Schränkung")
o negatives Wendemoment in positives "verwandeln"

-das Seitenleitwerk (da werden schon Werte zur Belastung etc. genannt, aber die Größe und Geometrie kennen wir nicht)
500 hoch, unten 350, oben 150, achtern senkrecht, oben gerundet; schliesst direkt an Flügel an, 13 qdm; wird in Rippenbauweise mit Rundbogen und je 2-3 5*5 Kiefergurten aufgebaut und im Rumpf bis auf den Boden an der Rumpfwand innen "verbolzt"

-das SLW-Profil
Profil N63A008

-die Bespannung (trägt diese zur Torsionssteife bei?)
o nein, die Bespannung trägt nichts zur Torsionssteife bei (jedenfalls rechnerisch), sie hilft bei Druckbelastung der Rippen gegen seitliches ausknicken, ist aber kaum zu rechnen; laut FEM sollten die Rippen die 4 N/cm maximal gut tragen, ausknicken kann aber Problem sein; die Torsionssteife soll alleine durch den Torsionskasten und die Diagonalrippen gegeben sein, rechnerisch tut's das (smiley), wir werden testen

-wegen der Rippenbauweise: Krafteinleitung der Verbinder in den Holm. Wieviele Verbinder, und an welcher Stelle?
o die Mittenfläche geht durch; ich gehe aktuell von einer Platte ausreichender Festigkeit unter den Holm geleimt und zwischen zwei 6.5mm Birke-Multiplexrippen im Abstand 60mm geleimt aus, die vor und hinter dem Holm mit den Rumpfwänden innen von oben verschraubt wird (4 Schrauben mit ordentlich Unterlegscheiben), die Kräfte sind sehr ordentlich, Zuglast pro Schraube um 400 N, wenn das Giermoment formschlüssig aufgenommen wird, d.h. über innen abgestützte Rumpfwand in die ersten Diagonalrippen eingeleitet wird. Sonst würde eine hammerfeste Brücke zur Befestigung gebraucht, kostet Gewicht. So werden die Momente über Rippen, Holm und Diagonalrippen über möglichst lange Hebelarme eingeleitet, ist mir jedenfalls nichts Besseres eingefallen, es sollte ja nix vorstehen. Mit Sollbruchstellen über Nylonschrauben ist da wohl nix mehr, die Steifigkeit ist m.E. kritisch.

-Rumpfdesign, Seitenleitwerkshebelarm, Kufe gegen Springen beim Landen
o aktuell 60*80 (hoch), mit Stringern u.a. in den Ecken unten, Kanten werden verrundet
o Neutrallinien Tragfläche und Seitenleitwerk sind knapp 400mm entfernt
o wir lassen den ganzen Boden eben, anders als in der ersten Skizze, Kufe war mal vorgesehen, das Heck sollte "fräsen", gibt aber einen ganz hübschen Landestoss

Beim "Spielen" mit AVL habe ich die Taumel-Roll-Dämpfung ein Stück weit aus aus der Höhe des Seitenleitwerks geholt (Rolldämpfung; und aus der Rumpflänge vorne, macht Gierdämpfung und reduziert das Schiebegiermoment), so dass ich davon ausgehe, dass die Verbindung Seitenleitwerk - Tragfläche sehr steif ausgeführt werden muss (AVL nimmt unendlich feste Flächen an). Bis Manöverspeed sollte das kein Abscheren des Seitenleitwerks liefern, wenn's mit Ballast dennoch nicht steif genug sein sollte, so dass die Roll-Taumelschwingung "wegläuft" und das Ding einen dreifachen Salto macht. Wir werden sehen, ob's noch schneller geht, kann man sich rantasten.

Jetzt schauen wir mal, was unser Mittenholm im Biege- und Torsionstest so sagt, Kurt wird ihn wohl diese Woche fertig bekommen. Theorie und Praxis halt, die Profis rechnen noch Beulen, Wölben, ... und das Holz haben wir bisher nicht getestet, ist ja im Zweifelsfalle schnell neu gefräst.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
11.02.2020, 18:02
Hallo Klaus,

die Steckungen aussen sind doppelt vorgesehen, je zwei 12*1 Alurohr (600 N/mm^2) vor und hinter dem Holm, sollten 100 Nm Biegemoment verkraften. Da kommen aber noch Torsionsmomente beim Klappenstellen dazu, so dass man es nicht übertreiben sollte. Die Rohre sind in einem Abstand von 90mm angeordnet, die Krafteinleitung in den Holm erfolgt über zwei 6.5 Multiplexrippen im Abstand 100mm. Die Rippen werden mit der Torsionsbox noch extra verkastet, alles mit Epoxy "verleimt".

Wir werden die Steckungen einem Belastungstests unterziehen

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
11.02.2020, 22:11
Hallo Klaus,

wenn Du in Theorie "nachladen" willst - das ist keine magic - , z.B. Balke, Einführung in die Technische Mechanik, gibt's auch als pdf im Netz. Die Herleitungen muss man nicht verstehen, das Konzept des Trägheitsmoments, Widerstandsmoments und der Unterschied zwischen offenen und geschlossene Schalenprofilen ist wichtig, dazu die E- und G-Module der Materialien und das Konzept der Schnitte, der Unterschied zwischen Steifigkeit und Festigkeit; damit kann man schon das meiste im Modellflugzeugbau recht gut abschätzen, besser, als die Materialien häufig selber an Wiederholbarkeit hergeben.

Bei Holz muss man vielleicht ein wenig mehr rechnen, muss man eigentlich bei allen gerichteten Materialien (CFK, GFK), damit man nicht unnötig Gewicht verbaut. Geschichtlich ist es übrigens so, dass die bekannten Konstrukteure der 20er/30er (Klemm, Dornier, etc.) keine Aerodynamiker waren, sondern aus dem Maschinenbau, Brückenbau usw. kamen. Mit der Entdeckung, dass dicke Profile bei grossen Reynoldszahlen besser sind als dünne (zuerst genutzt im Oberflügel der Fokker D7 von 1917, sie wurde explizit im Versailler Vertrag wegen ihrer überragenden (für die damalige Zeit) Flugleistungen verboten), hatten die "Spanndrahtverhaue" ausgedient, die Eindecker brauchten aber eine gute Statik, das ist im Prinzip Brückenbau, drum diese Leute. Die Aerodynamiker kamen dann vermehrt erst später, der Laminarflügel wurde z.B. zufällig 1937 oder 38 entdeckt und patentiert. Im Grossflugzeugbau spielt "laminar" kaum eine Rolle, ausser bei den Segelflugzeugen, einfach zu empfindlich in der Praxis, egal, was man bisher versucht hat (Grenzschichtabsaugung, -einblasen, ...). Die P51 Mustang war der erste Flieger mit einem Laminarprofil, aber ich bezweifel, dass der irgendetwas gebracht hat (Nieten, tote Mücken, Dreck, Regen,...). Der Staudruckkühler ausserhalb der Grenzschicht des Rumpfes (die Dinger mussten um die 3 MW Wärmeleistung loswerden ... und der hat sogar Schub gebracht, funktioniert wie ein Staustrahltriebwerk, Patent von Hugo Junkers 1920, die NACA-Haube bei den Sternmotoren hatte die gleiche Funktion), ein Riesentankvolumen und gute Merlin-Motor waren wichtiger.

Bei Interesse kann ich gelegentlich auch das eine oder andere kleine Programm, geschrieben in der freeware "octave" (bei Interesse GUI-Version installieren), in's Netz stellen; sind jeweils nur ein paar Zeilen, um das eine oder andere mal eben zu berechnen.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
12.02.2020, 06:47
Hallo Werner,

"Theorie nachladen" brauche ich nicht. Ich bin Maschinenbauingeniuer und von Berufs wegen Konstrukteur. Ich weiß schon sehr genau, was Flächenmomente, Biegebalken, Zugfestigkeit etc. bedeutet. Darum gab ich euch den Tipp mit den unterschiedlichen Holmgurten.
Das heißt aber auch, dass ich die Grundprinzipien konsequent anwende.
Zum Beispiel würde ich eine Schale bauen, und nicht dem Querschnitt eines dicken Holmes alle Torsionskräfte zumuten. Aus Gewichtsgründen.

Und für ein so einfaches Brett muss ich nicht die ganze Theorie bemühen, da bin ich auf der viel sichereren Seite mit meinen gemachten Erfahrungen.

Auch würde ich bei dem dicken Holm (im Steckungsbereich 36 mm, weil 9 % Profildicke bei 0,4 m Tiefe) niemals zwei Alurohre D=12 mm einbauen. Warum? Die Holmhöhe ist nicht genutzt, und es wurde unnötiges Material eingesetzt. Rechnet doch mal einen Rechteck-Verbinder nach, der hochkant eingesetzt wird, gegen über 2 dünnen runden Verbindern.
Ich würde einen Rechteckverbinder zwischen die Holmgurte packen (nur einen!) und einen 2mm Stahldraht als Torsionsstift.

Das Profil müsste stammt also von Barnaby Wainfan, aber ich kenne es noch nicht. Und klar, mehr Dicke bei den passenden Re-Zahlen bringt Breitbandigkeit im Einsatz.

Anhand eures 3-D-Bildes scheint mir der Hebelarm zwischen Flügel und Seitenleitwerk zu kurz zu sein. Das SLW direkt an den Flügel anzuschließen hat sich nicht bewährt, das war vorgestern. Die Berechnungsformel hatte ich weiter oben verlinkt. Habt ihr dies gerechnet?

Verschraubung der Flügel: ich würde Nylonschrauben verwenden, 4 Stück M6. 2 davon Nähe Nasenleiste, die anderen 2 kurz hinter den Holm. Das hat den Vorteil, dass die Schrauben so nahe beieinander sitzen, und im Crashfall abreißen, ohne großen Schaden anzurichten. Die vorderen Schrauben könnten dann von der Haube abgedeckt werden.
Mit Crashfall meine ich eine Drehbewegung des Flügels um die Hochachse, also wenn eine Flügelseite im Gras hängen bleibt.

Noch etwas zum Crashfall: beim stumpfen Einschlag nach vorne soll der Flügel die Schrauben auch abscheren können, uind dann frei nach vorne schießen. Also mache ich niemals einen Rumpfspant davor, das gibt Schaden an Flügel und Rumpf. Der Flügel kann bei meinen Fliegern in die Fuge zwischen Rumpf und Deckel flutschen, der Deckel springt ab (Magnet- oder Druckknopfbefestigung) und gut ist es...

4xM6 aus Nylon genügt. Mit eurer Version (Verschraubung vor und hinter dem Holm) kommt mir der Abstand in Flugrichtung recht knapp vor. Das ist gut für den Crashfall, aber ich glaube, der Flügel könnte sich auf dem Rumpf drehen um die Hochachse, wenn ihr das Modell am Boden handelt.
Ich würde die Schrauben von oben setzen, ohne Beilagscheiben. Den Schraubenkopf im Holz versenkt. Buchenholz an der Stelle nimmt den Druck des Schraubenkopfes auf. Die Bohrungen mit Messingröhrchen ausbuchsen, sonst leiern sie aus.

Von unten verschraubt ist bei der Größe dieser Planke unpraktisch.

Die Kufe sollte schon sein, der Landestoß ist nicht schlimm. Wenn ihr die Kufe so auslegt, dass die Skelettlinie des Profils um etwa 2° nach unten zeigt, ist das Springen bereits vermieden. Es muss ja keine extra angeklebte Kufe sein, lasst den Rumpf hinten einfach etwas nach unten herauswachsen.

Und ja, ihr habt recht: der Rumpfbereich zwischen Flügel und SLW muss torsionsfest sein. Nicht wegen dem Giermoment, das durch das SLW entstseht (dieses ist gar kein Problem), sondern wegen der Flatterneigung im Flug. Beim SLW ist eine extrem leichte, aber torsionsfeste Bauweise sehr wichtig. Nicht zu letzt wegen der hinter dem Schwerpunkt liegenden Masse. Das Seitenruder lenke ich immer mit 2 Bowdenzügen an, die Seel aus 2 mm GfK. Ein Zug links, einer rechts, dann habe ich sowohl Zug- als auch Druckkräfte im Trum.

Alle Servos sehr spielfrei, aber das hatten wir schon.

An dieser Stelle ziehe ich mich langsam zurück, aber nur ganz langsam :D... ich habe den Eindruck, dass ich zu spät komme mit meinen Tipps, das Konzept ist ja bereits entschieden und es fallen ja schon Späne.

P.S.: 3 MW sind 4079 PS. Hat der Kühler wirklich 2,5 x der Motorleistung weggekühlt? :D Das geht nicht!

Viel Erfolg,

Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
12.02.2020, 07:17
Torsionskasten ist fertig

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Jetzt Die Holmgurte einer nach dem anderen!

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Danach das Montage-Füllstück entfernen.
Das hat verhindert, daß der Torsionskasten Beim anpressen der Holmgurte, zusammengedrückt wurde.

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Noch alles richtig durchtrocknen lassen.
Die Holmgurte werden noch seitlich glatt auf Maß, gehobelt.
Die Belastungstests werden am Wochenende gemacht.

Ich Berichte dann.
Gruß Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
12.02.2020, 08:47
Hallo Klaus,

prima, Fachmann, war "Eulen nach Athen tragen", kann ich ja nicht wissen. Was die Theorie angeht, übe ich noch, drum das einfache Brett.

Schaun wir mal, wo wir mit dem Gewicht landen. Im Prinzip ist natürlich eine Schale besser, das Problem ist nur, dass sie - je nach Material - ziemlich dünn wird und damit nur mit Schaumkern oder als Sandwich funktioniert (Beulen, Knicken).... und das wiegt auch, insbesondere ist ein Schaumkern nicht gerade leicht bei etwas dickeren Profilen. Und dann kommen die Probleme mit den Krafteinleitungen in dünne Schalen dazu. Die Gewichte für Schaumkern und Abachi-Beplankung (die kaum Torsion aufnimmt) hatte ich oben mal für unseren Fall abgeschätzt, das alleine gut 2 kg.

Wir haben 6 Grad Knicke in den Aussenflügeln. Damit noch "Fleisch" und Hebelarm verbleibt, in der man die geraden Steckungen unterbringen kann, können wir nur einen Teil der Profilhöhe nutzen, ein gewinkeltes Rechteckprofil wäre zu viel Arbeit gewesen. Ein Rohr mit wesentlich grösserem Durchmesser hätte logischerweise auch eine wesentlich dünnere Wandung für die Festigkeit, woher in hochfestem Alu und Knickung ?

Ein weiteres Problem ist, dass unsere Torsionsbox in der Richtung nun gerade schlapp ist, sie würde das kaum halten... oder nur mit deutlicher Zusatzverkastung, ist halt auf Torsion optimiert. In Kurt's Bauphotos siehst Du, wie die Teile der Torsionsbox herunterhängen, wenn man sie über eine Pappschachtel legt, E-Modul und Festigkeit sind wesentlich kleiner als für "normal" geschnittes Sperrholz, sollte etwa Faktor 5 sein. So, aus der Fräse würde ich dem Schlabbermaterial gefühlsmässig daher eigentlich nichts zutrauen. Ich hoffe, es reicht dennoch als Steg gegen Knickung, sonst muss da noch ein weiterer Steg mittig eingeschoben werden.

Über die Montagetips diskutiere ich noch mit Kurt, wie gesagt, oben war der aktuelle Stand, Nylon und Lösungen für den crash-Fall sind uns natürlich lieber. Danke für die Tipps.

Gruss

Werner

P.S.: Der Rolls-Royce Merlin hatte bis 2656 PS (2000 kW) Wellenleistung, überschlägig Wirkungsgrad 33%, bei Höchstleistung wird ordentlich angefettet, so dass der Wirkungsgrad sinkt; da müssen dann mehr als 4MW Wärmeleistung weggebracht werden, zum guten Teil natürlich über das Abgas, angeblich haben die 90 Grad gewinkelten Abgaskrümmer noch 5% des Schubs gebracht. So 2-3 MW durch den Kühler dürften dann noch verbleiben. Mir ging's um die Grössenordnung, der Impulsverlust durch einen Kühler für eine solche Leistung ist normalerweise gewaltig und der Trick mit dem Stau"strahltriebwerk" schon genial.

Alpenkreuzer-Fiss
12.02.2020, 15:39
... der Vollständigkeit halber: wir haben gar kein Seitenruder vorgesehen, das Ding sollte nur über die Klappen fliegen. Bei 8% Dicke sollte das SLW so schon recht steif werden.

Wie bei einer Harley und eine Vorderradbremse, what for ?

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
13.02.2020, 07:15
Nach dem Motto, lieber 2 mal rechnen als 20 mal bauen, werden die Massen, Schwerpunkt, Massenträgheitsmomente und die Flugdynamik erneut berechnet.

Da nun die Massen genauer bekannt sind, wird die erforderliche Länge der Rumpfnase erneut gerechnet, Motorspant 0.4m vor der Tragflächenkante ist ok, Rumpfnase also 20cm kürzer. Der Schwerpunkt liegt bei 5% Stabilitätsmass mitten im mittleren Torsionskasten, aufballasten wird daher die Schwerpunktlage nicht verändern, ok.

Wegen der kürzeren Rumpfnase wird die Schiebegierdämpfung abnehmen und das Schiebegiermoment zunehmen, zudem sind einige Massenträgheitsmomente etwas grösser als bisher angenommen. Insgesamt verringert das die Taumel-Roll-Dämpfung bei voll aufgeballastet und nahe am stall - der kritische Flugzustand bzgl. Dämpfung - auf 0.125. Das ist ein bischen wenig, 0.15 sollte es schon sein. Daher wird das Schieberollmoment verringert, indem der Knickwinkel der Aussenflächen von 6 auf 4 Grad zurückgenommen wird. Dann ergeben sich folgende Werte in AVL:

mit 2 kg Ballast
Geschwindigkeit Frequenz/Dämpfungsfaktor CAFlugzeug Spiralsturzquotient
10.4 m/s 0.5 Hz/0.15 0.69 0.34 stall
20 m/s 0.76 HZ/0.167 0.19 0.66
40 m/s 1.45Hz/0.176 0.047 1.23

ohne Ballast
8.4 m/s 0.49 Hz/0.15 0.28 stall
12 m/s 0.53Hz/0.154 0.39
20 m/s 0.76Hz/0.17 0.67
40 m/s 1.45Hz/0.176 1.23

Die Dämpfung der Taumel-Roll-Schwingung ist in allen Flugzuständen so ok. Wenn der Spiralsturzkoeffizient grösser als 1 ist, ist die Kiste spiralsturzsicher, bei unter 1 muss man laufend nachsteuern, normalerweise kein Problem und eher gut für die Agilität, wenn der Wert nicht zu klein ist.

Nachfolgend ein paar screenshots von AVL. Lage der Eigenmoden der diversen Schwingungsmodi, der Cursor (+) zeigt auf den (oberen) Pol der Taumel-Roll-Schwingung.

2257264

Bild einer visuellen Darstellung der Taumel-Roll-Schwingung, kann man in AVL als (primitives) Video laufen lassen, z.B. sieht man so gut, dass die Schwingung vornehmlich um die Hochachse erfolgt. Man sieht auch, wie die Flächen und der Rumpf in der Wirbelschichtrechnung modelliert sind.

2257265

Alpenkreuzer-Fiss
13.02.2020, 07:39
Damit sieht der Alpenkreuzer jetzt so aus:

2257270

2257271

Alpenkreuzer-Fiss
13.02.2020, 07:53
Da ist was verrutscht, die Tabelle muss lauten:

mit 2 kg Ballast
Geschwindigkeit Frequenz/Dämpfungsfaktor CAFlugzeug Spiralsturzquotient
10.4 m/s 0.5 Hz/0.15 0.69 0.34 stall
20 m/s 0.76 HZ/0.167 0.19 0.66
40 m/s 1.45Hz/0.176 0.047 1.23

ohne Ballast
8.4 m/s 0.44 Hz/0.186 0.34
12 m/s 0.52Hz/0.205 0.49
20 m/s 0.78Hz/0.22 0.83
40 m/s 1.51Hz/0.23 1.4

Das ändert nichts an der Aussage, dass die Taumel-Roll-Schwingung so in allen Flugzuständen ausreichend gedämpft ist.

Klaus Jakob
13.02.2020, 16:45
Nach dem Motto, lieber 2 mal rechnen als 20 mal bauen, ...

Hallo Werner,

habt ihr auch den Faktor für die Seitenleitwerksgröße gerechnet? Wie schon erwähnt, ist dies ein wichtiger Aspekt, und ich glaube, dass der Seitenleitwerkshebelarm zu kurz ist.
Hier nochmal der Link dazu:

http://www.rc-network.de/forum/showt...t%C3%A4t/page6
Welcher Faktor kommt bei euch raus?

Nebenbei: ich würde unbedingt das SR anlenken, bei einem Thermikflieger ist dies um so wichtiger als bei einem schnellen Hangbrett. Und eine Harley fährt sich ohne Vorderradbremse noch schlechter als mit. :) Hoffe, dass euer Brett nicht auf Harley-Niveau fliegt.

Gruß
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
13.02.2020, 18:06
Hallo Klaus,

Du meinst den hier ?

STFs = F × b/2 / Fs / xs
F = Flügelfläche [dm2]
Fs = Seitenleitwerksfläche [dm2]
b/2 = halbe Spannweite [dm]
xs = Hebelarm [dm] von t/4 Punkt des Flügels zum t/4
Punkt des Seitenleitwerkes.

1.21*1.6/0.13/0.4=37

Sowohl wenn man geradeaus fliegt und insbesondere in Kurven ist eine gute Taumelschwingungsdämpfung wichtig, an den oben gerechneten niedrigen Frequenzen und Dämpfungen, wenn's langsam zugeht, siehst Du, dass das im Thermikflug besonders wichtig ist. Wenn das nicht gegeben ist, muss der Pilot halt das Seitenruder zu Hilfe nehmen (und erzeugt evtl. PIO's). Wenn die Schwingung ausreichend gedämpft ist, macht der Vogel das von selber... ohne Seitenruder. Im Prinzip facht man ja bei der Einleitung einer Kurve eine Taumelschwingung an ... und wenn die abgeklingt, folgt er folgsam der Kurve.

Und in diese Dämpfung gehen die obigen Werte als Beiträge in die Gierdämpfung, in's Schiebegiermoment und in die Rolldämpfung ein ... aber es ist längst nicht alles, was in die Taumeldämpfung eingeht. Da tragen bei:
Schiebegiermoment (da gehört auch der Rumpf _vor_ der Tragfläche dazu, der ist bei den Brettern ja wegen Schwerpunkt spezial lang; macht den Wert kleiner)
Schieberollmoment (also "V-Stellung" der Tragflächen und Form (Trapez etc.))
Gierdämpfung (da gehört auch der Rumpf _vor_ der Tragfläche dazu, macht den Wert _grösser_)
Rolldämpfung (Spannweite, Form der Tragfläche, Tiefe)
Masse
Massenträgheitsmomente um die Roll- und Gierachse

Daraus folgt, dass dieser ST-Wert - zumindest für Nurflügel. die ohne Seitenruder anständig fliegen sollen - irrelevant ist. Ich hab bisher drei Nurflügel zwischen 1.5 und 16 kg (zwei Bretter und ein Delta mit 20cm dicken Tragflächen und Riesen"ohren" als Seitenleitwerke und winglets) designed, sind alle auf Anhieb so geflogen, dass keine Änderung mehr nötig war, auch nicht in der Schwerpunktlage. Und die sind die Kurven alle ohne Seitenruder wie auf Schienen geflogen, selbst das dicke Delta konnte man zur Not zum Segeln nehmen. (Die Fliegerkollegen haben ziemlich gestaunt, dass so'n Ding a) überhaupt stabil fliegt und b) auch mit den Gleitzahlen ... Reynold halt.

Und nun ist mal ein anständiges Brett in ungewöhnlicher Bauweise und mit viel Sollspeed dran, mal schauen, wie's wird.

Gruss

Werner

UweH
13.02.2020, 18:44
Daraus folgt, dass dieser ST-Wert - zumindest für Nurflügel. die ohne Seitenruder anständig fliegen sollen - irrelevant ist

Hallo Werner,

da Du mit AVL-Simulation rechnest mag das für Dich gelten, der Durchschnittsmodellbauer wird das aber mangels Software und Knowhow niemals tun und statt dessen die erprobten und über zig Modelle erflogenen Vergleichszahlen des Stabilitätsfaktors benutzen.
Dass Dein Ergebnis für den STF nach der AVL-Rechnung hinreichend mit den üblichen Werten um 40 aus den STF-Vergleichszahlen übereinstimmt zeigt meiner Ansicht nach, dass der ST-Wert ohne AVL-Rechnung durchaus Relevanz hat und diese Methode in der Modellbaupraxis ziemlich gut funktioniert.

Gruß,

Uwe.

Klaus Jakob
13.02.2020, 19:27
Hallo Werner,

da bin ich aber froh, dass unsere empirisch erarbeiteten Werte des Seitenleitwerks-Stabilitätsfaktors mit der Theorie übereinstimmen.

Gruß
Klaus.

Klaus Jakob
13.02.2020, 19:34
...
Schaun wir mal, wo wir mit dem Gewicht landen. Im Prinzip ist natürlich eine Schale besser, das Problem ist nur, dass sie - je nach Material - ziemlich dünn wird und damit nur mit Schaumkern oder als Sandwich funktioniert (Beulen, Knicken).... und das wiegt auch, insbesondere ist ein Schaumkern nicht gerade leicht bei etwas dickeren Profilen. Und dann kommen die Probleme mit den Krafteinleitungen in dünne Schalen dazu. Die Gewichte für Schaumkern und Abachi-Beplankung (die kaum Torsion aufnimmt) hatte ich oben mal für unseren Fall abgeschätzt, das alleine gut 2 kg.
...


Hallo Werner,

ich meinte mit "Schale" eine D-Box. Also die Beplankung der Rippen bis zu den Holmgurten. Also oben und unten. Da genügt 1,5 mm Balsa, wenn die Rippen 50-70 mm Abstand haben. Das ergibt auch die Möglichkeit, die Holmgurte ganz nach außen zu bringen, also in die Profilkontur, somit erreicht man die maximale Bauhöhe. Die Gurte können schlanker werden.
Verkastung mit 1,5 mm Sperrholz, oder 2-3 mm Balsa stehend.
Die hinten offenen Rippenfelder: auf die Rippen Aufleimer aus 1,5 mm Balsa kleben, ca. 6 mm breit; das stabilisiert gegen Ausknicken.

Und: doch, diese Art der Beplankung nimmt ausreichend Torsionskräfte auf. Es ist schließlich der seit Jahrzehnten bewährte Klassiker. Wenn man Zweifel hat, kann anschließend, nach dem Verschleifen, ein Diagonalgewebe auf die D-Box geharzt werden.

Diese Bauweise ist leichter als ein Styropor-Sandwich.

Gutes Gelingen, auch wenn ihr bei eurer Bauweise bleiben werdet.

Klaus.

LimaBravo
13.02.2020, 20:04
P.S.: Der Rolls-Royce Merlin hatte bis 2656 PS (2000 kW) Wellenleistung, überschlägig Wirkungsgrad 33%, bei Höchstleistung wird ordentlich angefettet, so dass der Wirkungsgrad sinkt; da müssen dann mehr als 4MW Wärmeleistung weggebracht werden, zum guten Teil natürlich über das Abgas, angeblich haben die 90 Grad gewinkelten Abgaskrümmer noch 5% des Schubs gebracht. So 2-3 MW durch den Kühler dürften dann noch verbleiben. Mir ging's um die Grössenordnung, der Impulsverlust durch einen Kühler für eine solche Leistung ist normalerweise gewaltig und der Trick mit dem Stau"strahltriebwerk" schon genial.

Du nimmst 1000 PS zu viel an, sie hat rund 1600 PS, in Reno beim Airrace fliegen getunte P51 mit mehreren tausend PS😀
Ich denke das an der Überlegenen Leistung der P51 schon das Laminarprofil, Kühlersystem und natürlich breites Fahrwerk beteiligt war.

LimaBravo
13.02.2020, 20:20
http://www.rc-network.de/forum/attachment.php?attachmentid=2256464&d=1581358211

Welches Schäftverhältnis ergibt sich bei dieser gefrästen Schäftung?

Alpenkreuzer-Fiss
14.02.2020, 08:33
Hallo Uwe, hallo Klaus,

bei den üblichen Brettern kommt das mit dem ST-Faktor schon hin, für jemanden, der eher von der theoretischen Seite kommt, ist das auch beruhigend, dass Praxis und Theorie ungefähr übereinstimmt.

Klaus, Deine Vorschläge und Beschreibungen rechne ich alle nach und mach mir 'ne Liste mit Steifigkeiten und Flächengewicht für die jeweiligen Bauweisen. Wir schauen mal, wie weit wir mit unserem Ansatz kommen, irgendwas "neben der Spur" kann man ja mal ausprobieren.

Was mich stutzig gemacht hat, dass Du Probleme hattest mit dem Leitwerk direkt hinter der Fläche, beschreibst aber nicht welche, hast aber viel Aufwand mit einer steifen und gedämpften Anlenkung des Seitenruders betrieben. Meine Überlegungen sind wie folgt, vielleicht stimmt das mit Deinen Beobachtungen überein.

Du weisst, was pilot induced oscillations (PIO) sind: wenn man um eine Flugzeugachse schwach gedämpfte Schwingungen haben kann und die gleichzeitig steuern kann, neigt der Pilot dazu, die Schwingungen, wenn sie angeregt werden, wegzusteuern. Das geht so ab Periodendauern von ca. 4-5 sec ganz gut, bei einer Periodendauer um 2 sec herum passiert aber was sehr unangenehmes: wegen der Reaktionszeit des Menschen und ein bischen mechanischer Elastizität kommt an den Rudern das an, was vor einer Sekunde richtig war und jetzt leider exakt falsch ist (180 Grad Phasenschiebung), daher wird die schon nur schwach gedämpfte Schwingung auch noch angeregt. (Horten's und SB13 hatten das dem Vernehmen nach schon gelegentlich mal um die Nickachse nach Böenanregung). Was kann man tun ? Man _darf_ gar nichts tun, _nur_ abwarten, sonst kann's übel ausgehen !

Nun ist es so, dass bei kurzem Hebelarm die Taumelschwingungsperiodendauer tendenziell wohl kürzer ist als bei langem Hebelarm, bei den üblichen Brettern liegt die Dauer bei langsamen Flug bei 2sec mit kurzem Hebelarm, die 2 sec werden bei langem Hebelarm erst bei höheren Fluggeschwindigkeiten erreicht. (sie obige Liste der Taumelschwingungsfrequenzen über die Fluggeschwindigkeit).
Beim Einleiten einer Kurve wird eine Taumelschwingung praktisch angeregt und bei langem Hebelarm geht das dann bei Thermikgeschwindigkeit auch gut, bischen problematisch sollte das logischerweise bei höheren Geschwindigkeiten werden.

Was kann man tun: das Seitenruder weglassen ! Dann ist man aber drauf angewiesen, dass der Vogel die Kurven von selber fliegt, man muss die Dämpfung dafür schon ein wenig züchten. Natürlich bekommt man den Entdämpfungs-/Anregungseffekt auch, wenn die Eigenresonanzen der Ruder - Anlenkungscombo in der Nähe der Taumelschwingungsfrequenzen liegt, eine hohe Frequenz durch steife Anlenkung und Reibung in den Bowdenzügen dürfte da definitiv helfen... und wenn's nicht zu schnell geht, ein langer Hebelarm.

Hinzu kommt, dass bei Brettern die Taumelschwingung so geht, dass nur kleine Amplituden im Rollwinkel auftreten, aber dazu im Vergleich grosse im Schiebewinkel. Man ist also eher geneigt, die Schwingung über's Seitenruder zu "kompensieren".

Stimmt das mit Deinen Beobachtungen über ein ?

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
14.02.2020, 08:35
Hallo, ... so um die 1:7, wenn ich mich recht entsinne; kann aber noch mal den genauen Winkel raussuchen.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
14.02.2020, 09:55
... habe noch übersehen, dass bei höheren Geschwindigkeiten ja die Dämpfung ansteigt. Wenn die Überlegung richtig ist, dürften die üblichen "Kurzhebler" nur ein Problem bei niedrigen Geschwindigkeiten bei Verwendung von Seitenrudern haben, da überwiegen aber eher die Beschleunigungskräfte ... und die Verdrehen das Seitenruder gerade so, dass es eine Taumelschwingung tendenziell auch noch anfacht.

Abhilfe dürfte daher bei denen ein Massenausgleich des Seitenruders bringen.

Die "Langhebler" mit Seitenruder dürften dann in allen Geschwindigkeitsbereichen unproblematisch sein, da bei hoher Geschwindigkeit besser gedämpft.... wobei Massenausgleich nicht schaden kann.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
14.02.2020, 16:29
Hallo Werner,

der lange Hebelarm und die passenden Seitenleitwerksflächen kommen aus praktischen Beobachtungen raus. Es ergibt sich beim Steuern ein besseres Ansprechverhalten, die Querruder mit ihrer ungünstigen Wirkung auf die Auftriebsverteilung müssen weniger arbeiten, der Flieger geht harmonischer ums Eck. Jene, die noch nicht so hohe Ansprüche an die feine Steuerung haben, vermissen diese auch nicht, oder sie fliegen so schnell, dass es nicht so relevant ist.

Das, was wir im Laufe der Jahrzehnte verfeinert haben, kann man bestimmt auch ganz genau rechnen. Aber nur, wenn alle Eingabeparameter erfasst werden konnten. Und genau das bezweifle ich bei den theoretischen Rechnungen.
Bei der Auftriebsverteilung oder der Klappenwirkung genügt einfach das Programm von Ranis. Und die Profile werden dann entsprechend dem Einsatzgebiet angepasst. Das machen wir auch. Aber das ist ja nicht das Thema beim Seitenleitwerk.

Warum die Seitenleitwerke flattern? Nicht wegen der PIO. Das Problem hatte nicht nur ich, sondern viele, die zu weich gebaut haben.
Wir vermuten, dass es eine Anregung ist, die vom Flügel kommt. Vielleicht ist sie größer, wenn der Hebelarm kurz ist, aber den kurzen Hebelarm wollen wir ja nicht. Und wenn doch, dann sollte das SLW größer werden.

Es ist vermutlich eine Anregung: eine Wirbelböe kommt von der Seite, drückt ein weiches Seitenleitwerk zur anderen Seite, das Ruder kommt verspätet mit, was wiederum ein gewölbtes Seitenleitwerk darstellt, mit der Kraftwirkung, die die Böe unterstützt. Hat es die mechanische Spannungsgrenze erreicht, (eventuell ist die Böe vielleicht schon weg), dann schnappt es zurück, mit der gegenteiligen Massenkopplung von Dämpfungsfläche und Ruder. Der Vorgang mit dem gewölbten Profil wiederholt sich.
Hat man Spiel in der Anlenkung, oder die Rumpfröhre ist torsionsweich, oder die Dämpfungs- und Ruderfläche sind biegeweich -und- oder torsionsweich, dann schaukelt sich das auf.

Je schneller der Vogel fliegt, desto gefährlicher für schlecht gebaute Seitenleitwerke.

Frequenz? Mehrere pro Sekunde. Es macht einfach kurz mal WRRRT! und fliegt weg, oder legt sich um. Oder kommt heil runter. :D
Schön ist es nicht, aber lustig.

Was noch lustig, ist, ist das bewusste Weglassen des Seitenruders. Das geht gar nicht bei einer elliptischen Auftriebsverteilung, die ein typisches Brett anstrebt. So kommt man nicht ums Eck.

Grüße
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
15.02.2020, 18:00
Hallo Klaus,

bei der Frequenz seht Ihr das wohl richtig, die Aufhängung des Seitenleitwerks ist entweder zu torsionsweich oder zu biegeweich, hängt von der Herstellungsart des Kohlerohres ab, dass Ihr verwendet. Mein Vorschlag wäre, sowohl 0/90er Gewebe - also die "üblichen" - Rohre zu nehmen und darüber in 45 Grad Gewebe legen; dannn habt Ihr das CFK-Rohr sowohl biege- als auch torsionssteif.

Für die Anregung braucht man weder ein Seitenruder, das keinen Masseausgleich hat, noch ein sich durchbiegendes Seitenleitwerk. Wenn das (steife) Seitenleitwerk z.B. mal gerade etwas nach links schwingt, liefert diese Bewegung plus die von vorne anströmenden Luft kombiniert eine Anströmung von links, was bei einem symmetrischen Profil einen Auftrieb nach rechts liefert; nach der anderen Seite schwingen geht der Auftrieb nach links. Das ist der Mechanismus, der einer kleinen Schwingung zunehmend die Energie liefert - bis es Knack macht. Deine Erklärung beschreibt ein Seitenruder ohne Masseausgleich.

CFK ist da besonders ungünstig, weil es wenig innere Dämpfung aufweist, also eine sehr gute Feder abgibt, Holz ist in der Hinsicht deutlich besser (Holzpropeller !). In alten Zeiten hat man das Seitenruder auf die Höhenruder verstrebt, könnte man in Eurem Falle als "Reparaturmassnahme" auch machen, aber da natürlich auf die Tragfläche, irgendein elliptisches Aluprofil an den Enden flachgeklopft und an die Flächen geschraubt/geklebt sollte es tun.

Ein Trick, der in optischen Aufbauten gelegentlich gemacht wird, ist zur Dämpfung Schaum in's Rohr einspritzen, z.B. 2K-Bauschaum. Das wirkt auf jeden Fall auf Biegung gut, bei Torsion weiss ich nicht, kann man ja mal ausprobieren. Wenn etwas schwingt, hilft selten, es noch steifer zu machen (und damit nur die Resonnanzfrequenz zu erhöhen), sondern die Schwingung irgendwie zu dämpfen, dann schwingt's zwar immer noch, aber nur mit viel kleinerer Amplitude..

Diese Nurflügel fliegen übrigens perfekte Kreise nur mit den Klappen ohne Seitenruder - mit elliptischer Auftriebsverteilung, sowohl theoretisch klar als auch an mehreren Nurflügeln bewiesen. Einfach mal das Seitenruder nicht betätigen und ausprobieren.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
15.02.2020, 18:18
... in diesem Falle hilft dennoch eine Frequenzerhöhung alleine, weil es sich um eine instationäre Strömung beim Schwingen handelt (die übrigens gewaltig bremst, weil sich dauernd Wirbel ablösen).

Das haben von Karman und Theodorsen schon in den 30ern untersucht, es ergibt sich mit zunehmender Strouhalzahl (im Prinzig Flächentiefe/Fluggeschwindigkeit*Schwingungsfrequenz) eine Reduktion der Amplitude des Auftriebs und eine Phasenschiebung, der Auftrieb "hinkt" der Schwingung hinterher, beides reduziert die Stärke der Anregung. (einfach mal unter den Namen googlen und "instationäre Strömung").

Übrigens ist das einer der Gründe, warum die meisten Ornithopterprojekte (Schlagflügelflieger) scheitern. Vögel machen das nämlich nicht so, sie fliegen mit nahezu konstanter Zirkulation (Wirbelstärke), sie verschieben nur die Auftriebsbereiche vom Innenflügel zum Aussenflügel und zurück (beim Abschlag aussen, beim Aufschlag innen). Sonst würden sie überhaupt nicht die Gleitzahlen erreichen - wegen der sonst dauernd wechselnden Stärke der Wirbelerzeugung (mit jedem Schlag sozusagen ein neuer Anfahrwirbel ... und das kostet Energie).

Gruss

Werner

Klaus Jakob
15.02.2020, 18:41
Hallo Werner,

das Problem mit dem Seitenruderflattern ist von uns schon längst gelöst. Ich woillte nur warnen, damit ihr nicht auch in diese Falle lauft, wie es viele Neueinsteiger erleben müssen.
Also gut, habe ich getan.

Gruß
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
15.02.2020, 23:00
... find ich nett von Dir !

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
16.02.2020, 13:11
Beastungstest Mittelholm

Noch nicht auf Breite gehobelt!!!
Torsionskasten aussen 25x63
Zusätzlich 5 x Holmgurte 5x9mm (= gesamtbreite 35mm)
Ausgangsgewicht :

2258851

Belastungsmaterial: Verbundstein ca 2,9Kg

2258861

Belastungstest Aufbau:
Außen auf Dachlatten aufliegen lassen, Abstand 115cm in der Mitte

2258865

Messung vor der Belastung

2258869

10 x Verbundsteine ca 29Kg in der Mitte aufliegen lassen

2258870 2258871

Messen Unter Belastung:

2258872

Werner hat gerechnet, daß der Holm über 50 kg aushalten sollte!!

Gruss Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
16.02.2020, 13:23
Mittelholm noch nicht auf Breite gehobelt!!
Erster Torsionstest:

Der Holm wird auf auf ein Brett mit einer Schraubzwinge auf die Arbeitsplatte gespannt.

2258887

Andere Seite beweglich auf einer Rolle aufgelegt.

2258906

Eine Dachlatte wird mit einer Schraubzwinge seitlich ausgespannt.

2258889


Seitlich 500mm rausstehen lassen und dort mit mit ca 1,6 kg belastet.

2258893 2258895

Den Winkel vor und nach der Belastung gemessen:

Vor Belastung auf 0 gestellt:
2258897

Nach Belastung: 2,8° bei 1,6kg auf 500mm

2258900

Der Gegentest mit gleichen Bedingungen nach dem Hobeln auf Breite kommt demnächst:

Gruss Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
16.02.2020, 14:46
Hallo,

das zentrale Element der ganzen Geschichte - der Hauptholm - klappt schon mal nicht im Rohbau zusammen bei ordentlicher Belastung (die Gurte haben am Ende nach dem Runterhobeln übrigens 45*3). Das merkt man übrigens schon, wenn man das Ding in der Hand hält und versucht, daran herumzubiegen. Der Holm ist schon überaschend steif für das Gewicht - in allen Richtungen.

Was erwarten wir, wenn die Gurte auf Mass gehobelt sind ?

Biegesteifigkeit: bei 3*45 sollte der Holm bei 29 kg Belastungin der Mitte 15mm durchbiegen beim Nominalwert des E-Moduls von Kiefer (12000 MPa), Abstand Auflagepunkte - wie im Test - 1.16m. Das entspricht einem Wurzelbiegemoment von 84 Nm. Die Bruchlast sollte dann etwa 80 kg betragen bei 55 MPa Druckfestigkeit im Obergurt entsprechend 230 Nm Bruchbiegemoment.

Torsionssteifigkeit: die exakte Dicke der Gurte hat auf die Torsionssteifigkeit kaum einen Einfluss, falsche Faserrichtung. Die Theorie liefert eine Verdrillung des Hauptholms von 1.4 Grad bei 10 Nm Belastung, wir messen 2.8 Grad bei 8.5 Nm, also eine Torsionssteifigkeit etwas schlechter als der Faktor 2 verglichen mit der Theorie (übrigens auch bei anderen Werten der der Torsionsmomentbelastung, haben bei dreien gemessen).

Allerdings muss man dazu wissen, dass für die Torsionssteifigkeit einer Schale (hier Torsionsbox) eine starre Einleitung der Momente auf beiden Seiten erforderlich ist, was ist bei unserem Test nur annähernd der Fall war. Bei der aufgebauten Fläche übernehmen diese Aufgabe die Rippen, die den Holm umschliessen. Mit den Diagonalrippen zusammengenommen erwarte ich daher den theoretischen Werte von 1.4 Grad im aufgebauten Zustand, wir werden dann wieder messen.

Die US-Zulassungsvorschriften für general aviation in den 50ern hatten eine Faustformeln für die Flattersicherheit von Flächen, sie waren auf der sicheren Seite. Wenn die eingehalten waren, gab's den Stempel für die maximal erlaubte Fluggeschwindigkeit ohne weitere Prüfung, egal wie gebaut. Der Wert resultierte aus dem möglichen Flattern einer Fläche.

Wenn wir unsere (erwarteten) Wert von 1.4 Grad/10Nm auf die Länge einsetzt, wäre nach damaligen US-Vorschriften auf dem Fahrtanzeiger der rote Bereich bei 240 km/h angefangen. Wir schauen, was sich am Ende mit Steckungen, Rippen. Diagonalrippen etc. an Torsionssteifigkeit einstellt, es sieht jedenfalls schon mal nicht so schlecht aus.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
16.02.2020, 15:23
Hallo,

eine D-Box in üblicher Bauweise (0/90 Grad Faserrichtung, sonst kaum passend zu biegen) aus 0.6er Birke über 1/4 der Flächentiefe bei unserem Profil würde bei der Torsionsbelastung mit 1.6 kg an 0.5 m Hebelarm eine Verdrillung von etwas über 10 Grad liefern - nicht weit vom Bruch bei etwa 14 Grad Verdrillung.

Soweit zum Thema D-Box, kein Wunder, dass manche Leute da noch "Kohle" drüberpappen.

Das Thema "Gewicht" relativiert sich, wenn man erkennt, dass bei einer Torsionsbox viel schlankere Gurte möglich sind, ohne auszuknicken - und damit wegen höherem Widerstandsmoment gegen Biegung weniger Gurtmaterial als mit D-Box erforderlich ist. Im übrigen haben die meisten Modellbauer schon mal ein Verkehrsflugzeug betreten und aus dem Fenster geschaut. Wo ist denn die D-Box ??? scheint sich kaum jemand mal gefragt zu haben (ok, da sind noch die Krüger-flaps/Vorflügel, Enteisungsanlage etc., aber sie ist auch nicht da drunter, die gibt es gar nicht; ich denke, es ist klar geworden, warum das so ist)

Wir werden sehen, was nach dem Hobeln auf Sollmass an Biegefestigkeit übrig bleibt.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
16.02.2020, 16:43
Die Holme Abgehobelt:
Testbedingungen wie vorher:

Jetzt: 5x Holme 3mm x 9mm

VOR dem Abhobeln:
2259068
NACH dem Abhobeln:
2259069

Gewicht nach dem Abhobeln Statt 616g jetzt 500g

2259076

Durchbiegung Keine Belastung

2259059

Durchbiegung mit ca. 29kg Belastung ist etwas höher!

2259063

Torsionstest : Keine Änderung der Torsionsfestigkeit!!!!

22590642259065



Werner rechnet
Ich baue
Meine (Stunt-) Frau, testet ob's hält!
(Nach dem die Holme abgehobelt wurden!!)

Der Ultimativer Bruchtest (ca. 56kg!)


https://www.youtube.com/watch?v=D8dCzpbxUhE

Gruß vom Berg
Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
16.02.2020, 17:20
Hallo,

die gemessene Durchbiegung bei 29 kg war nur 13mm (statt 15mm wie gerechnet), unabhängig davon, ob von oben oder unten belastet. Das Kieferholz scheint etwas überduchschnittlich zu sein, Bruchlast daher wohl eher gut 90 kg.

Da wir schon ungehobelt gesehen hatten, dass der Holm ganz ordentlich wird, haben wir Klaus Vorschlag der asymmetrischen Gurtstärke nicht umgesetzt, 260 Nm Bruchwurzelbiegemoment von beiden Seiten sollten reichen, im Vergleich zur Designbelastung ein Sicherheitsfaktor von gut 2.5.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
16.02.2020, 17:40
Hallo Werner,

gut, dass Du uns Deinen Weg so genau dokumentierst.
Aber eine D-Box ist auf jeden Fall die gewichtsmäßig günstigere Variante. Zumal sie Masse vor dem Holm hat.
In der Großfliegerei gibt es ebenfalls D-Boxen. Klar, es ist bei manchen Fliegern notwendig, die Hydraulikzylinder, Spindelantriebe der Hydromotoren etc. einzubauen. Deshalb macht man einen Kastenholm, der so groß ist wie möglich, um Platz vor und hinter dem Kasten zu bekommen.

Aber Hydraulikzylinder, Spindelantriebe, Hydromotoren, das braucht Dein Flieger ja alles nicht. Wie die meisten kleineren manntragenden Flieger auch. Die haben größtenteils eine D-Box.
Die meistenb manntragenden Segelflugzeuge wiederum haben eine D-Box oder eine komplett geschlossenes Schale.

Und mit Birke 0,6 mm wirst Du eher Beulprobleme bekommen, als mit 1,5 mm Balsa.

Ich akzeptiere, dass Du Deinen eigenen Weg gehst, Du rechnest ja selber mit hohem Gewicht.

Aber als Einsteiger in den Modellbau würde ich an Deiner Stelle die schon sehr stark ausgefuchsten Bauweisen der langjährigen Modellbauer nicht einfach wegwischen.

Und Alurohre bei einem Brett, als Aussteifung zwischen Flügel und Seitenleitwerk, ist jetzt nicht ernst gemeint, oder?
Sonst könntest Du ja einen Spannturm auf den Rumpf montieren, und Spanndrähte zum Stabilisieren des Flügels einsetzen.

Gruß

Klaus.

Klaus Jakob
16.02.2020, 17:51
...
Diese Nurflügel fliegen übrigens perfekte Kreise nur mit den Klappen ohne Seitenruder - mit elliptischer Auftriebsverteilung, sowohl theoretisch klar als auch an mehreren Nurflügeln bewiesen. Einfach mal das Seitenruder nicht betätigen und ausprobieren.
Gruss
Werner

Hallo Werner,

ich hatte mich wohl etwas ungenau ausgedrückt. Ein Brett, das ohne Klappenausschlag eine elliptische Auftriebsverteilung hat, kann ohne Seitenleitwerk keine sauberen Kurven fliegen.
Ohne angelenktem Seitenruder geht es einiger Maßen, solche Bretter habe ich auch zur Genüge.

Nochmals: mit einem angelenkten Seitenruder fliegt sich ein großes (Thermik)-Brett sehr viel angenehmer, speziell bei hohem Auftriebsbeiwert ca.. Wie Du sicherlich aus Deinen Rechnungen weißt, steigt der induzierte Widerstand quadratisch zum ca.

Mit einer unsymmetrischen Klappenmischung kann man diesen Effekt etwas minimieren. (bei mehreren Klappen im Flügel. so wie bei Dir). Da hilft allerdings eine leichte Vorpfeilung, also z.B. eine gerade Nasenleiste, und die Endleiste entsprechend nach vorne.

Dieses Thema kann ich etwas später genauer erklären. Da hilft das Programm von Ranis, weil es die Auftriebsverteilung berechnet, auch abhängig vom ca. und bei unterschiedlichen Schwerpunktlagen und Klappenstellungen.

Gruß
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
16.02.2020, 18:40
Hallo Klaus,

da kommen noch etwa 400g an Bespannung, Rippen, Endleisten, Klappen im Flächenmittelteil dazu, macht so um 18 g/qdm für das höher belastete Mittelteil, die Aussenflächen werden flächenbezogen und absolut leichter. Für _die_ Belastungsgrenzen bin ich mit dem Gewicht ganz zufrieden.

1.5mm Balsa als D-Box-Beplankung wird noch etwas torsionsweicher als Birke sein, hängt von der Balsadichte ab. Natürlich liegt die Masse der Fläche bei D-Box etwas weiter vorne, die elastische Achse aber deutlich weiter vorne. Ob das eine oder andere besser ist, kann man ohne aeroelastische Untersuchungen wohl kaum beantworten, leider _richtig_ aufwändig. Praktisch wird man das daran sehen, ob eher die Fläche flattert oder die Bespannung wegfliegt (smiley)... und wir möchten insbesondere auch der Fläche vertrauen können, bevor wir mit Ballast "Gas" geben.

Bei den bemannten Oldtimern mit D-Box wird an jedem Flugtag vor dem ersten Flug die D-Box-Beplankung üblicherweise einer genauen Inspektion unterzogen, da scheint nicht viel Reserve zu sein.

Hier geht's ja letzten Endes auch nicht darum, ob das oder das besser ist, sondern, wie sieht's denn aus, wenn man es mal anders macht. Deshalb dokumentieren wir das auch so genau und stellen (rechnerische) Vergleiche an. Meistens gibt es ja viele gute Wege zum Ziel, kann ja auch sein, dass die Sache am Ende nicht funktioniert. Zumindest wissen wir jetzt, dass das dann wohl kaum an der Festigkeit des Holms oder an der Flächenbelastung liegen dürfte. Dass die üblichen Bauweisen gut funktionieren, wissen wir, da vertraue ich Dir voll; wir würden also nichts dazulernen, wenn wir das genauso machen würden.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
16.02.2020, 18:49
Jou!

Nun bin ich beruhigt! Ihr wollt neue Wege gehen, da bin ich dabei! :)
Das Altbewährte hat also auch in eurer Sichtweise seine Berechtigung.

Gruß
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
16.02.2020, 19:10
... was hast Du denn gedacht ?

Wir erfinden das Rad nicht neu, wir machen's nur viereckig ... und es soll trotzdem rund laufen. Dazu läuft halt die Welle halt geeignet exzentrisch ...

Hat den Vorteil, dass man dann das Rad auf der Kreissäge zuschneiden kann... und die Pedalen direkt an der Antriebswelle anbringen kann, man muss halt mit der heutigen Zeit gehen.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
17.02.2020, 09:08
Hallo Klaus,

ganz ohne Seitenleitwerk: Ludwig Prantl hatte bzgl. induzierten Widerstand optimale Auftriebsverteilungen für zwei Fälle gerechnet: vorgegebene Spannweite, dann ist die optimale Auftriebsverteilung elliptisch; vorgegebenes Gewicht, dann ist wegen der Reduktion des Gewichts bei kleinen Biegemomenten eine Glockenkurve optimal. Das letztere hat er erst viel später veröffentlicht und ist auch weniger bekannt.

Bei den Horten's ist das nicht so ganz klar, weil die D-Boxen über die Jahrzehnte nicht steif genug geblieben sind und man keine Pläne zum Schränkungsverlauf hat. Was klar scheint, dass die aussen liegenden Klappen im Zusammenspiel mit einem weit vorn liegenden Schwerpunkt die Dinger fliegbar gemacht hatten, zudem hatten sie in den Klappenmechaniken schon diese geschickte Klappenmischung zur Vermeidung des negativen Wendemoments (im Prinzip Querruderdifferenzierung mit Innenklappensteuerung zur Kompensation des dadurch grösseren cm0's). Letztendlich führt das mit Klappen aussen oben (wegen Schwerpunkt weit vorne) auf eine nahezu glockenförmige Verteilung. Ein weiteres Argument daür ist, dass die Aussenflügel nur gering belastet worden sein dürften, sonst wären die lokalen ca's bei den geringen Flächentiefen aussen zu gross geworden, Abriss im Flügelaussenbereich ist ja eher "peinlich".

Wichtig dabei ist, dass wegen der Aufströmung im Aussenbereich im zweiten Prantl'schen Fall das Wendemoment positiv wird. Dazu ein neueres Papier der NASA, eigentlich ein alter Hut, aber sehr schön theoretisch und experimentell aufgearbeitet. einfach googeln: 20160003578.pdf

mit Seitenleitwerk: hier haben wie die Überlegung, dass ein Ruder nur erforderlich ist, wenn die Taumelschwingung zu wenig gedämpft ist. Wie man an den Beispielszahlen oben weiter sieht, nimmt die Dämpfung bei grossen ca's ab, daher Deine Beobachtung. Der Parameterbereich, in dem man kleine Dämpfung hinbringt, ist recht klein, in unserem Falle z.B. nur eine Reduktion des Knickwinkels von 6 auf 4 Grad. Da viele Parameter reinspielen, kann man das aus veröffentlichten Daten von existierenden Brettern schlecht nachrechnen.

Klaus, wenn Du aber einige Bretter hast, könnten wir mal die fehlenden Daten nachmessen und mal schauen, ob diese Überlegung richtig ist; dann sollten manche Bretter gut, andere weniger gut ohne Seitenruder fliegen, da könnte man dann Praxis mit Theorie vergleichen.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
17.02.2020, 11:47
Die Horten VI hatte eine sehr grosse Streckung und Zuspitzung, über 2/3 der Spannweite bestand die Hälfte der Flächen zudem nur aus Klappen. Die Aerodynamik und Klappensteuerung bei einem solchen Ding ist eine Sache, das andere sind die Herausforderungen an Biegesteifigkeit und - ganz besonders - die Torsionssteifigkeit der Flächen (kann man solche Dinger noch "Flächen" nennen) ?). Bei einem spanloader ist die Torsionssteifigkeit das Problem.

Wo die Probleme dann in der Praxis so liegen, siehe z.B. http://www.storchschmiede.de/index.php?option=com_content&view=article&id=52&Itemid=69

Ohne eine genaue (theoretische) Optimierung insbesondere der Torsionssteifigkeit entlang der Spannweite hat man wohl kaum eine Chance, ein solches Ding zu guten Flugleistungen zu bringen, die "Glockenkurve" holt ihre performance ja aus dem Gewicht (war ja der Ausgangspunkt der Prantl'schen Überlegungen). "Viel hilft viel" wird dann logischerweise einfach zu schwer und man hat einfach kaum Platz dafür.

Das Problem der Horten VI oder ähnlicher ist zudem, das bei der grossen Streckung und Zuspitzung wegen der Reynoldszahlen irgendetwas unter etwa 7m Spannweite uninteressant ist, sich also experimentell da ranzutasten wohl illusorisch ist. Wer hat schon einen so grossen Heizbedarf für seinen Kamin ?

Und dazu muss man halt wissen, wie gut Theorie und Praxis zusammenpassen. Vielleicht gibt unser Beitrag hier Hinweise, wie man beispielsweise für so etwas leichte "hammersteife" Flächen in Holz hinbringt. Am Ende dürften mit einem guten Profil Flugleistungen winken, von denen man bei den "Schwänzlern" vielleicht nur träumen kann ... zumindest in der "Holzklasse". Schon mal bei F3F einen Nurflügel gesehen ? Warum nicht ?

Das war und ist ja die Idee der Nurflügel seit Beginn, Jack Northrop war ein glühender Verfechter der Nurflügel -nicht der Einzige, selbst Airbus träumt (?) neuerdings mit dem Maverick davon, da sind halt aufgrund der geringeren benetzten Oberfläche 20-40% Effizienzgewinn drin. Aber bei den Nurflügeln steckt halt der Teufel im Detail... und da ist nicht nur einer, sondern da sind ganz viele Teufelchen: Aerodynamik, Flugdynamik, Steifigkeiten und Festigkeiten, Aeroelastik, evtl. Flugregelung, ...

Wo die Altvorderen mit ausgeklügelten Mechaniken die Klappenmischungen hingebracht haben, klicken wir heute einfach auf der Fernbedienung rum und stellen die Mischer passend ein. Und mit den ganzen heutigen freeware-Programmen der bekannten freaks, die für umme in ihrer Freizeit dankenswerterweise uns die Methoden der Gruppe um A.M.O. Smith bei McDonnell-Douglas der 50iger (Vortex Lattice) und Eppler (sein Programm, Xfoil etc.) und Flugdynamik (AVL, Gruppe um Mark Drela) (Andre Deberois hat mit XFLR5 die beiden letzteren prima nutzbar zusammengebracht) praktisch simpel nutzbar zugänglich machen, ist das für den Modellbauer zugänglich; der eine hackert lieber, der andere baut lieber, man tauscht sich aus, im team sollten da Fortschritte zu erzielen sein. Am Ende haben unsere "Altvorderen" das mit Rechenschieber, viel Gefühl für Strömung und ohne Vortex Lattice-Methoden hingebracht, das wär doch gelacht ... und bauen, mein Gott, mit einer CNC-Fräse liegen da Grössenordnungen zwischem dem Bauaufwand früher und heute.

Ich find so einen Baukasten und "Kohle" einfach langweilig, vielleicht, weil ich ein miserabler Pilot bin.


Gruss

Werner

Eisvogel
17.02.2020, 13:25
Sehr viel Geschreibsel für ein Modell das nach Werkunterricht Grundschule 4.Klasse ausschaut.

Wobei ich das geschriebene sehr interessant und informativ finde. Viel zu schade um hier unterzugehen.
Könntest du das ganze zusammen mit einem Modi an einem geeigneteren Platz zusammenhängend, ohne Kommentare und ohne das "nicht schöne Modell :o" platzieren? Wär schade wenn dein Wissen, Berechnungen und Test ungelesen bleiben.

Alpenkreuzer-Fiss
17.02.2020, 14:14
Hallo Eisvogel,

was das Geschreibsel angeht, die Sache ist halt im Detail nicht ohne ... wenn's auch nur 'nen "hässlichen Brett" ist, für mich auch etwas überraschend, ein nettes Übungsbeispiel halt und wir arbeiten uns möglichst systematisch vor, keine Ahnung, wo wir landen werden, no risk, no fun.

Kurt und ich haben darüber kürzlich geschwätzt, irgendsoetwas wie "Theorie meets Praxis", ein paar Dinge rechnen und bauen und testen und vergleichen. Da gibt's aber dermassen viel praktische und auch theoretische Erfahrung in der Szene, das mit Theorie ein wenig zusammenzuführen, ja, das könnte was ziemlich Sinnvolles werden, dann natürlich viele praktische Beiträge (und contra) erwünscht, wir haben die Weisheit definitiv nicht erfunden. Wohlfahrt/Nickel haben das mal in einem bekannten Buch gemacht, wobei sie nicht auf die modernen Rechnermöglichkeiten etc. abgehoben haben, ist halt schon etwas älter; mehr auch bezogen auf die alten Horten-Erfahrungen. Wenn man das mit den modernen Möglichkeiten kombiniert, gibt ihr Buch schon einen sehr tiefen Einblick in die Dinge.

Ich behalte Deine Anregung im Hinterkopf, zunächst müssen wir erstmal in Fiss "oben" bleiben und sind beruflich sonst noch beide eingespannt, der Tag hat halt nur 24 Stunden. Ich könnt mir vorstellen, dass ein workshop über ein Wochenende eine Menge bringen würde, Papier und online ist ziemlich geduldig, das könnte man dann zusammenfassen und vielleicht Aufgaben verteilen, die dann Antworten auf offene Fragen liefern (z.B. was bauen und testen). Früher gab's das mal in der Szene, ich weiss nicht, wie der Stand aktuell ist.

Diese Festigkeitsberechnungen sind überschlägig ausreichend einfach, genau rechnen macht mit den Materialien eh keinen Sinn, die Belastungen sind ja auch nicht genau bekannt, so what; Knickungen und Beulungen kann ich nicht rechnen, bin kein Flugzeugkonstrukteur, da kann z.B. vielleicht Klaus weiterhelfen, Maschinenbauer haben sowas mal irgendwann gelernt - soweit man das braucht.

Für "Schandtaten" sind Kurt und ich offen, da brauch ich ihn gar nicht zu fragen.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
17.02.2020, 16:08
Hallo,

da gibt's noch eine andere Sache, ein scheinbar völlig harmloses Papier der 60er:

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19630006412.pdf

Wenn Du Dich da durcharbeitest - Details muss man nicht verstehen - wirst Du sehen :

- planare Tragflächen sind das schlechteste was man überhaupt machen kann ... und was macht alle Welt ? (die winglets haben eine _völlig_ andere Begründung als so allgemein kolportiert)
- Clarence Cone zeigt - zum Gewinn - auch, wie die optimale Auftriebsverteilung aussehen muss, auch für die Auffiederung der Schwungfedern mancher Vögel, und wieviel Gewinn im induzierten Widerstand man haben wird

Clarence Cone hat das Problem für ein konkretes Problem per Äquipotentialtopf gelöst, heute macht man das in ein paar Zeilen per Relaxation einer 2D-Laplacegleichung entsprechender Randbedingungen; man kann auch 'nen Blech entsprechend biegen und in einen Bach halten, der Zollstock liefert dann die erforderliche Auftriebsverteilung und den Gewinn an induziertem Widerstand für eine solche Konfiguration.

Wie kommt man auf sowas ? Kurt kam vor ein paar Jahren mit aufgesägten Alublechen an und wollte die Auffächerung der Bussarde imitieren, wieviel bringt das usw., er kann schon ziemlich nervend sein. Ich bin dann - theoretisch - auf eine Menge Schwachsinn gestossen, Cone hatte das Problem längst allgemein gelöst... und die Modellflieger bauen _immer noch_ alles platt wie eine Flunder ! Nach 60 Jahren !

Ok, die Luftfahrtindustrie ist halt langsam und risikoscheu, die Modellflieger ??? Gucken einfach stumpf nicht über ihren Suppentopfrand !

Gruss

Werner

Eisvogel
17.02.2020, 17:01
.. und die Modellflieger bauen _immer noch_ alles platt wie eine Flunder ! Nach 60 Jahren !

Wenn du mit platt gerade meinst, dann kannst du mich nicht meinen ;)

http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/723543-Semiscale-ASW-17

Klaus Jakob
17.02.2020, 17:47
Hallo Werner,

ich geb ab jetzt auf.
Spätestens nach dieser Ansicht Deinerseits:

"Ok, die Luftfahrtindustrie ist halt langsam und risikoscheu, die Modellflieger ??? Gucken einfach stumpf nicht über ihren Suppentopfrand !"

Es ist mir einfach zu mühsam, auf Deine vielen Ansichten zu antworten. Du meinst andauernd, dass der Rest der Modellflieger im Mittelalter lebt. Du bist noch nicht nurflügelerfahren, was in Ordnung ist, wir helfen ja sehr gerne.

Es gibt noch Nachholbedarf Deinerseits, auch gut. Du hast Dich noch nicht über die vielen hier im Forum gezeigten Hortens, bis runter zu 1 Meter Spannweite eingelesen. Aber wir bekommen von Dir Tipps, wegen nicht machbar usw.
Die Glockenauftriebsverteilung ist den meisten Nurifreunden bekannt, und wurde schon sehr oft gerechnet und angewendet. Guck mal bei UweH rein, hier im Forum z.B.

Oder Hans-Jürgen Unverferth, Raimund Sonst, Alfons Gabsch, Peter Wick, Curt Weller, Hans-Jürgen Unverferth, Thomas Laqua =Laqui, Robert Schweißgut, Chrima, Michael Schönherr, und und und...

http://www.nurfluegel-modelltechnik.de/index.html
http://zanonia-flyers.de/
http://www.wing-tips.at/
http://www.das-nurfluegelteam.de/dutch_hortenteam/h9_erik_2.html

Oder scale-Nachbauten:
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/770395-Interesse-an-%E2%80%9CScale%E2%80%9D-Nurfluegel

Oder Grundsätzliches:
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/297417-Pfeil-lt-gt-Brett-wie-geht-es-mit-der-Entwicklung-weiter?highlight=nasenb%E4r

Eine Nasenabsenkklappe zur Erhöhung des Auftriebs und zur nochmaligen Verbesserung der Überzieheigenschaften habe ich am Brett "Nasenbär" gebaut. (hier im Forum zu finden).
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/294540-Nasenb%C3%A4r
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/302306-Brettnurfl%C3%BCgel-mit-ver%C3%A4nderlichem-Profil-und-ver%C3%A4nderlicher-Geometrie?highlight=nasenb%E4r
Funktioniert sehr gut.

Wir alle stehen untereinander im Kontakt, nicht nur hier im Forum, sondern auch privat, oder bei den diversen Treffen.

Wir bekommen von Dir Tipps zur Versteifung des Seitenleitwerks mit Alurohren (!). Oder Massenausgleich am Seitenruder (es geht natürlich auch ohne). Du siehst alles durch die Brille der Elastizität, ein Problem, das längst gelöst ist, auch in Holz, nicht nur in Kohle.

Die aufgefächerten Randbögen sind längst schon gebaut worden, und wurden spätestens seit Hans Gremmer auch noch systematisch untersucht. Ich selber habe dies beim "Bunten Huhn" auch gemacht, eine Flügelseite mit 5 unterschiedlich gebogenen Randfedern, die andere mit einem großen Randbogen.
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/707031-Das-Bunte-Huhn-nach-einem-Plan-von-Klaus-Jakob/page8?highlight=bunte+huhn

Oder das Druck-Sog-Ausgleichsrohr (DSA) von Hans-Jürgen U., an Stelle des platten Randbogens.

Es flogen schon Bretter ohne Schränkung, ohne Pfeilung, ohne Seitenleitwerk, ohne Winglets, mit einer künstlichen Steuerung um die Hochachse (Fred Ludwig).
In den Achtzigern gab es Versuche bei Brettern mit einem LABILEN Profil, mit künstlicher Stabilisierung um die Querachse. Mit einfachsten Mitteln, ohne Kreisel.

Respekt vor Deinem Enthusiasmus, mach ruhig weiter. Aber bedenke bitte, dass hier einige Modellbauer ebenfalls Erfahrung haben, sehr wohl über den Tellerrand schauen, auch in Sachen Theorie; und über so manchen Tipp von Dir herzhaft schmunzeln.

Sorry für meine Direktheit.:)

Viel Spaß auch weiterhin, und Grüße.

Klaus.

UweH
17.02.2020, 19:30
Hallo Klaus,

Du schreibst mir aus der Seele, aber bei all dem was Du im letzten Post aufgezählt hast fehlt nach meiner Ansicht noch eines: wenn das fertige Alpenkreuzer-Brett nicht wesentlich anders aussieht als auf den Screenshots im Eingangspost ist es potthäßlich.
Was nützt die ganze Theorie wenn das Auge nicht mit fliegen darf, da bekommt man das Gefühl dass das Herz auch nicht dabei ist :rolleyes:

Wie ein außergewöhnliches Brett mit einer ähnlichen Torsionskastenbauweise in hübsch aussehen kann hat Gerd Wegner schon vor 10 Jahren gezeigt, und das flog sogar mit dem uralten ClarkYS trotz der hohen Zuspitzung statt einem Schaltafelgrundriß erstaunlich gut und gutmütig: http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/224336-Flying-Cloud-Baubericht

Ich bin ja in den letzten Jahren mehr zum Segelflieger geworden, aber dieses Elektrosegelflugvideo von Jivaro begeistert mich immer wieder und zeigt was ich mir unter Leidenschaft beim Modellflug vorstelle:

https://www.youtube.com/watch?v=XPiyAt-idQU&feature=emb_logo


https://www.youtube.com/watch?v=XPiyAt-idQU&feature=emb_logo

Noch ist Zeit dem Alpenkreuzer neben der ganzen Masch-bauertheorie ein bisschen Herz und Humor mit in die Luft zu geben, meine Anmerkungen sollen eine Anregung dazu sein.

Gruß,

Uwe.

Eisvogel
17.02.2020, 20:02
das fertige Alpenkreuzer-Brett …... ist .. potthäßlich.
Nach derzeitigen Anmeldestand im Forum ist Platz 4 im Konstruktionswettbewerb sicher!



Was nützt die ganze Theorie wenn das Auge nicht mit fliegen darf
Mein(e) Auge(n) sind definitiv nur an der Theorie , den Tests und den links interessiert.
Auch wenn ich manche Interpretation und Herleitung nicht nachvollziehen kann, interessant ists allemal und man kann auch einiges als hinterfragungswürdig hinnehmen.

UweH
17.02.2020, 20:08
Bei den Horten's ist das nicht so ganz klar, weil die D-Boxen über die Jahrzehnte nicht steif genug geblieben sind und man keine Pläne zum Schränkungsverlauf hat. Was klar scheint, dass die aussen liegenden Klappen im Zusammenspiel mit einem weit vorn liegenden Schwerpunkt die Dinger fliegbar gemacht hatten, zudem hatten sie in den Klappenmechaniken schon diese geschickte Klappenmischung zur Vermeidung des negativen Wendemoments (im Prinzip Querruderdifferenzierung mit Innenklappensteuerung zur Kompensation des dadurch grösseren cm0's). Letztendlich führt das mit Klappen aussen oben (wegen Schwerpunkt weit vorne) auf eine nahezu glockenförmige Verteilung.

Vielleicht von mir noch ein kurzes Wort hierzu. Es sind sehr wohl Pläne und Angaben zum Schränkungsverlauf der Hortenflugzeuge vorhanden, ich habe selbst Unterlagen der letzten oder vorletzten Auslegung von Reimar Horten, der PUL 10, und ich habe einen Laserscan des dann tatsächlich gebauten Prototyps der über 60 Flugstunden geflogen ist. Die andere der letzten beiden Auslegungen von Reimar Horten wurde ebenfalls in Deutschland gebaut, die Unterlagen des Motoseglers "Aachen" dürften bei Uli Schäfer in Aachen sein, diesen Typ habe ich im Original noch fliegen sehen.
Auch Prof. Karl Nickel, der in zweifacher Hinsicht :D selbst im Hortenteam war hat einiges dokumentiert.
Die Horten II hatte zum Beispiel lineare (!) geometrische Schränkung und lineare aerodynamische Schränkung, an ihr kann man gut zeigen wie die Hortenbrüder in der Anfangszeit bei der Auslegung vorgegangen sind.....ein andermal vielleicht....bis da hin ein Video eines 1:4-Modells der Horten XIV mit Streckung 16,2 und absolut ausreichend torsionssteifer D-Box, viel wichtiger sind nämlich steife Holme und Knoten. Die meisten Horten-Nachbauten versuchen die Flatterempfindlichkeit durch eine möglichst massive D-Box über die Torsion zu bekämpfen, das ist aber nicht der Weg der zum Erfolg führt, den findet man über Mark Drela: https://vimeo.com/185722820

Gruß,

Uwe.

Alpenkreuzer-Fiss
18.02.2020, 04:40
Hallo Klaus und Uwe,

dank Euch für die viele Info !

In der Modellfliegerei geht's u.a. um den induzierten Widerstand und die Profilreibung. Zum induzierten Widerstand gibt's eine Unmenge an Untersuchungen, Klaus berichtet davon, viele andere haben dazu was praktisch und theoretisch untersucht, Ingo Rechenberg hat in der Bionik dazu Untersuchungen angestellt, winglets und Co. wurden gehyped. Und dann schlummert da seit bald 60 Jahren die allgemeine Lösung zum induzierten Widerstand in irgendeinem Bibliotheksregal ! Das meine ich mit Suppentopf, niemanden persönlich, da ist einfach offenbar was übersehen worden. Vielleicht kennt das Papier ja jemand ?

Wie dem auch sei, vor einer Weile habe ich ein kleines Programm zur Lösung der für dieses Papier erforderlichen 2D-Laplacegleichung geschrieben. Ich werd das noch so abändern, dass man die Frontansicht einer Fläche als .bmp eingeben kann und es die relative Reduktion an induzierten Widerstand ausgibt und insbesondere die optimale Auftriebsverteilung längs der Flächen/Schwungfedern oder was immer da an winglets, C-Profilen, X-wings o.ä. vorgesehen ist. Diese Auftriebsverteilung kann man dann in FLZ_Vortex o.ä. als Zielfunktion nutzen und die Flächenelemente, Schränkungen etc. auf bekannte Weise verändern, so dass die Auftriebsverteilung optimal bezgl. dem induzierten Widerstand wird. Ich hatte da schon früher dran rumgerätselt, wie man das optimal auslegt, irgendwie geht natürlich immer, aber wie ist der der optimale Auftriebsverlauf, das war die Frage. Für planare Flächen ist das seit bald einem Jahrhundert bekannt, die bekannte elliptische.

Das klärt insbesondere auch die Frage, ob und wie man winglets oder hochgezogene Randbögen anstellen muss, damit der induzierte Widerstand minimal wird und was bringt das (das letztere liefert FLZ_Vortex und Co. natürlich auch, kann man dann vergleichen)

Bei Interesse stelle ich das ins Netz, ich selber profitiere ja auch sehr von all Euren Beiträgen hier.

Übrigens halte ich hier niemanden für mittelalterlich, Klaus schon gar nicht. Ich komme halt eher von der Theorie her.

Gruss

Werner

UweH
18.02.2020, 08:51
Wie dem auch sei, vor einer Weile habe ich ein kleines Programm zur Lösung der für dieses Papier erforderlichen 2D-Laplacegleichung geschrieben. Ich werd das noch so abändern, dass man die Frontansicht einer Fläche als .bmp eingeben kann und es die relative Reduktion an induzierten Widerstand ausgibt und insbesondere die optimale Auftriebsverteilung längs der Flächen/Schwungfedern oder was immer da an winglets, C-Profilen, X-wings o.ä. vorgesehen ist. Diese Auftriebsverteilung kann man dann in FLZ_Vortex o.ä. als Zielfunktion nutzen und die Flächenelemente, Schränkungen etc. auf bekannte Weise verändern, so dass die Auftriebsverteilung optimal bezgl. dem induzierten Widerstand wird. Ich hatte da schon früher dran rumgerätselt, wie man das optimal auslegt, irgendwie geht natürlich immer, aber wie ist der der optimale Auftriebsverlauf, das war die Frage. Für planare Flächen ist das seit bald einem Jahrhundert bekannt, die bekannte elliptische.

Das klärt insbesondere auch die Frage, ob und wie man winglets oder hochgezogene Randbögen anstellen muss, damit der induzierte Widerstand minimal wird und was bringt das (das letztere liefert FLZ_Vortex und Co. natürlich auch, kann man dann vergleichen)

Hallo Werner,

man kann die 3D-Strömung am Winglet-Tragflächenübergang mit 2D-Programmen nicht hinreichend genau abbilden, ebensowenig wie den Rumpfeinfluß.
Die Verformungen der Zirkulation in diesem Bereich haben wesentlichen Einfluß auf den induzierten Widerstand und bei Nurflügeln auch auf das Handling.
Wer bei der Wingletpfeil-Auslegung schon mal in die Optimalitäts-Falle getappt ist und den ständig trudelnden Pfeil dann trotzdem zum anständig fliegen gebracht hat kann ein Lied davon singen, den Karlsruher Akafliegern ist das bei der Auslegung der personentragenden AK-X sogar mit AVL-Simulation passiert.

Beim FLZ_Vortex kann man durch Abgleich der Simulationsergebnisse mit geflogenen Flugzeugen für den Modellbaubereich eine praxisgerechte Kompensation des Rechenfehlers erreichen wenn man genug Vergleichsmodelle hat und nicht weit von den erfolreich getesteten Daten abweicht.
Ist Dein Simulationsprogramm mit der realen Strömung in der Flugpraxis oder im Windkanal abgeglichen?

Gruß,

Uwe.

Alpenkreuzer-Fiss
18.02.2020, 12:51
Hallo Uwe,

da hast Du recht. Die Cone'sche Analyse setzt wie die Vortex-Lattice-Programme anliegende Strömung voraus, sie sind also nur im dem Sinne wie die elliptische "Sollkurve" brauchbar, wenn man das gewährleisten kann, also eine Art guideline. Über den Einfluss des Rumpfes kann man z.B. beim Hoerner viele Informationen bekommen.

Das ist bei den üblichen Fliegern auch nicht unbedingt gegeben, z.B. in den 90 Grad Übergängen Rumpf-Tragfläche und Seitenleitwerk - Höhenleitwerk (wenn man sie nicht hintereinander setzt) ergeben sich Ablösungen durch den Druckanstieg von beiden Seiten im 90 Grad-Winkel auf die Luft im Zwickel oben, Abhilfe bringen da fairings. Nur merkt man das aber nur im Widerstand, weil die bremsenden Bereiche nahe der Längsachse des Fliegers liegen.

Das ist ja bei winglets anders, da sind Ablösungen worst case, da machen sie Drehmoment. Bei Gepfeilten mit winglets kommt zu den Strömungsproblemen durch den Winkel noch die Querströmung durch die Pfeilung hinzu, Gepfeilte sind ja schon von Haus ohne winglets wegen der Grenzschichtaufdickung dadurch aussen im Flügelaussenbereich abrissgefährdet (mit anschliessendem pitch-up). Wenn dann noch ein Leistungsprofil dazu kommt, das eh schon nahe an der Ablösung funktioniert ...

Massnahmen gegen beides kann man schön bei der Me163 studieren, fairings und insbesondere Schlitzflügel aussen, die der Grenzschicht "Energie" zuführen.. Gepfeilte Strahlflugzeuge haben aus dem Grund häufig Grenzschichtzäune, Hundezähne (dogtooth) o.ä.. Wir haben daher mal mit Erfolg einen Hundezahn in Tragflächenhälftenmitte eingesetzt, keinerlei Probleme mit den winglets (die auch als ebene Platte ausgeführt waren, um's der Strömung nicht zu schwer zu machen) bis in den deep stall. Das Bild, das ich da habe, ist, dass bei hohen ca's der Ablösewirbel, der vom Hundezahn ausgeht, mit der Querströmung zusammen dem Flügelaussenbereich schnellere Luft in die Grenzschicht "unterpflügt", so dass sie anliegen bleibt. Natürlich kostet das ein wenig Widerstand, das kann man sicherlich besser machen. Wenn ich mich recht entsinne, war bei der SB13 ein Grenzschichtzaun vorteilhaft. Vielleicht könnte man da auch mit Vortexgeneratoren im Zwickelbereich des winglets experimentieren. Jedenfalls scheint die Combo 90-Grad, Querströmung und Leistungsprofil alles andere als einfach in den Griff zu kriegen zu sein, das hat aber nichts mit den Wirbelschichtverfahren an sich zu tun.

Windkanaluntersuchungen gibt es meines Wissens bisher zur Cone'schen Analyse nicht. Mathematisch ist es aber die gleiche Analyse, die zur elliptischen Auftriebsverteilung geführt hat, nur ist die Wirbelschicht nicht planar sondern irgendwie beliebig im Raum. Mein Beitrag wäre übrigens nur, diese Äquipotentialtopfmesstechnik durch numerische Rechnung zu ersetzen, Handwerk. Du kannst das aber jederzeit mit FLZ_Vortex etc. selbst nachrechnen, ob die Reduktion im induzierten Widerstand gegeben ist, nimm einfach eines der vielen Beispiele beim Cone, für die er die Reduktion ermittelt hat.

Ein Hinweis aus der Praxis noch: die Eta hat eine Gleitzahl um 70 und ihre Flächen biegen sich bei starker Belastung gewaltig durch. Nach Cone müsste das eine deutliche Verringerung des induzierten Widerstands liefern. Das müsste man im Prinzip nachrechnen können, wenn man ausreichende Flugdaten hat.

Gruss

Werner

UweH
18.02.2020, 13:34
Du kannst das aber jederzeit mit FLZ_Vortex etc. selbst nachrechnen, ob die Reduktion im induzierten Widerstand gegeben ist, nimm einfach eines der vielen Beispiele beim Cone, für die er die Reduktion ermittelt hat

Ich habe reichlich eigene Daten für meine Zwecke.
Die SB13 ist ein weiteres Beispiel der Optimierungsfalle.
Mit dem Grenzschichtzaun war sie fliegbar, aber von gutem Handling weit entfernt, das hat sie erst dort wo sie jetzt ist :p
Ich habe auch eine Modell-Auslegung für den SB13-Grundriß gemacht die im sehr kleinen Maßstab 1:5 mit Original-Streckung ohne die Probleme wie alpha-Schwingung und ohne die Grenzschichtzäune des Originals fliegt: http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/770395-Interesse-an-%E2%80%9CScale%E2%80%9D-Nurfluegel?p=4955681&viewfull=1#post4955681

.....aber....es ist sinnlos etwas in ein Gefäß füllen zu wollen das bereits voll ist :rolleyes:

Gruß,

Uwe.

Alpenkreuzer-Fiss
18.02.2020, 15:28
Hallo Uwe,

danke für die Info. Das Gefäss ist übrigens nicht voll, ich lerne gerne dazu ... und ändere auch Ansichten, wenn's praktisch anders aussieht und versuch mir dann, einen Reim darauf zu machen.

Die Massnahmen, die Du bei der SB13 unternommen hast, zielen ebenfalls in Richtung Vermeidung der Ablösung im Bereich des winglet-Zwickels, soweit ich das sehe: ca-Entlastung von Aussenfläche und winglet, Zackenband aussen. Schon clever.

Das scheint zu funktionieren, Grenzschichtzaun, Hundezahn in der Hinsicht mehr oder weniger offenbar auch.

Die Frage bleibt dann, wie man einen möglichst geringen induzierten Widerstand mit gutem handling kombiniert. Das Problem ist, dass bei kleinem induzierten Widerstand der Aussenflügel mit winglet höher belastet ist als ohne. Vielleicht kann man die Flächentiefe aussen vergrössern, dann wird das lokale ca kleiner und winglet als Platte oder nahezu Platte, dann gäb's den Druckanstieg nicht so heftig von zwei Seiten im 90 Grad-Winkel im Zwickel, der offenbar die Ursache des (eines ?) Übels ist; das liefe indirekt auch auf ein fairing raus, das ja bekanntlich diese Zwickelablösungen bei doppeltem Druckanstieg am Rumpf verhindert. Das Problem ist ja ganz ähnlich zu der Situation eines Flügels, der im Druckanstiegsbereich des Rumpfs angebracht ist, halt nur am anderen Ende des Flügels. Sähe zwar vielleicht etwas gewöhnungsbedürftig aus...

Nur ein Gedanke, ist für den Blog hier allerdings unerheblich.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
21.02.2020, 19:09
Heute eingetroffen.
Entgraten und vorbereiten.
Diese Woche wird der Rohbau Mittelteil begonnen.

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Gruss Kurt

minniflieger
22.02.2020, 18:36
Guten Abend an das Team: Alpenkreuzer

Heute habe ich die Rippen und den Tragkasten von eurem Projekt gesehen.
Jetzt kann ich mir vorstellen, was ihr da geplant habt.

Ich bin eigentlich auch ein "Holzwurm" beim Bauen.
Mir fehlt leider der Zugang zum CAD und zu einer Fräse.
So entsteht bei mir immer jedes Bauteil mit der guten alten Handarbeit.

Viel Erfolg beim Aufbau. Wir sehen uns in Fiss, minniflieger.

Alpenkreuzer-Fiss
22.02.2020, 20:33
Die ersten Rippen sind auf den Holm aufgefädelt

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Gruss Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
23.02.2020, 10:13
Hallo Minniflieger,

Du hast einen schönen Segler in Arbeit !

Ohne CAD(freecad (freeware mit vielen tutorials)) und CNC(Eigenbau aus ein paar Fertigteilen, im wesentlichen Verkabelung, mit altem Staubsauger für "Vakuum"ansaugung) wären knapp 70 Rippen und 3.2m Klappen "klassisch" in Handarbeit bis Fiss wohl kaum zu schaffen. Die Combo macht aber viel Lärm, ohne Ohrenschützer würde man glatt taub werden...

Wenn man gerne in Holz arbeitet, können sich die paar Wochen, die man braucht, um sich da einzuarbeiten, das Ganze an's Laufen zu bringen und ein wenig zu üben schon lohnen, nach dem zehnten abgebrochenen Fräser hat man's dann so ungefähr drauf. Das letzte Projekt war eine Ritterburg für meine jüngsten Enkel.

Wir wünschen Dir Gutes Gelingen ! Wir werden uns in Fiss sehen, klappt das mit Deinem Urlaub ?

Gruss

Werner

minniflieger
25.02.2020, 18:38
Guten Abend Werner.
Danke für deine Rückmeldung.
Ich bin positiv eingestellt, dass die PW5 rechtzeitig für Fiss fertig wird.
Da das mein erstes Modell ist, das nach meinem Plan gebaut wird, wird das Einfliegen sicher auch noch ein Erlebnis.
Fiss ist die letzte Woche meiner Probezeit beim neuen Arbeitgeber. Ich denke, das wird schon klappen.
Viel Erfolg auch für Euch, minniflieger.

Alpenkreuzer-Fiss
26.02.2020, 08:22
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Die Tragfläche hat einen Randbogen bekommen. der Rumpf ist aerodynamisch verfeinert worden. Der Kühllufteinlass für den Motor erfolgt durch Spinner und Motorspant, für den Controller durch den Einlass unterhalb des Spinners im Staudruckbereich des Rumpfs, der Kühlluftauslass befindet sich auf der Tragfläche hinten oben im Saugbereich, die Strömung am Seitenleitwerksfuss ist eh verwirbelt. Der Übergang Rumpf-Tragfläche sollte so ok sein.

Eine "Anti-Montag-Dienstag-Mittwoch-Donnerstag-Landungs"-Hacke befindet sich unter dem Rumpfheck

Der Rumpfzugang geht über einen langen Deckel von Motor bis Tragflächenvorderkante, die Tragfläche wird von oben mit 4 M6-Nylonschrauben mit dem Rumpf verschraubt.

Über Geschmack lässt sich bekanntlich trefflich streiten, "form follows function".

Alpenkreuzer-Fiss
26.02.2020, 13:15
Der Antrieb wird auf "Klettern" mit 3 m/s voll aufballastiert ausgelegt, die Kapazität des 3S-Flugakkus sollte für 1000m Höhendifferenz steigen reichen.

Es werden HV Digitalservos mit Metallgetriebe eingesetzt, deren Drehmoment so ausgelegt ist, dass sie bei Manövergeschwindigkeit die speedbrakes (Innenklappen) auf 90 Grad fahren können, die Aussenklappen können bei Topspeed noch auf 15 Grad gefahren werden. Die Anlenkung erfolgt mit gefrästen Hörnern aus 2mm Epoxidharzplatten und CFK-Schubrohren.

Die Versorgung der Servos übernimmt ein 2S-Servoakku. Eine Trennung von Flug- und Servoakku erschien uns trotz des Mehrgewichts sinnvoll.

UweH
26.02.2020, 14:45
der Rumpf ist aerodynamisch verfeinert worden

Hallohalli, die Laus im Pelz meldet sich wieder: auf welche Kriterien hin wurde der Rumpf aerodynamisch verfeinert, nur auf die Kühlluftströmung des Motors?
Es sieht so aus als ob die Tragfläche keine geometrische Anstellung zur Rumpflängsachse hat, damit wird der Rumpf im Flug in den allermeisten Flugzuständen nicht von vorne, sondern von vorne unten angeströmt. Bei Brettern hat diese Vorgehensweise Nachteile bei den parasitären Widerständen im Segelflug und der Rumpf sieht dann immer so aus als ob man als Vorbild für die Form eine Banane mit Krümmung nach unten genommen hätte.
Die Aerodynamik und ich finden das hässlich und wenn man es anders rum macht kann man unter anderem den Sporn gegen Springen kleiner machen oder bei mehr thermiklastiger Auslegung sogar weg lassen :rolleyes:


Über Geschmack lässt sich bekanntlich trefflich streiten, "form follows function".

Mag sein dass man sich über Geschmack streiten kann, aber meine Devise ist: "form is function" :D

Gruß,

Uwe.

Klaus Jakob
26.02.2020, 15:21
Hallo Werner,

der Motor wird nicht nur Kühlluft, sondern auch Schmutz, Erdkrümel etc. abbekommen. Vorne/unten ist eine Öffnung die perfekte Schaufel...
Auf der Oberseite wäre er besser angebracht.

Grüße,
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
26.02.2020, 16:20
Das mit dem Einsammeln von Schmutz ist ein Argument, das mir bewusst ist. Wenn ich die Reihenfolge aber umdrehe, haben wir den Dreck ggf. im Spinner (hat ja Luftlöcher in der Spitze) und von da direkt in's Motorinnere, zudem braucht's dann etwas mehr Motorsturz, die Dinger reagieren ja ziemlich sensibel auf's Gasgeben. Zudem hängt so eher kein Faltpropellerblatt unter dem Rumpf und bekommt ein neues Profil bei der Landerutschaktion verpasst, die legen sich so ja eher horizontal an. Der Motor wird von unten innen etwas abgedeckt, Dreck auf dem Controller wird man eher akzeptieren können, ich diskutiere den Punkt aber noch mal mit Kurt, eine Lufteinlasstüte im Deckel wäre eine Möglichkeit (die ich aber nicht so prickelnd finde).

Den Anstellwinkel der Fläche sieht man kaum, da der Rumpf hinten oben auf Abströmwinkel der Fläche abgeschrägt ist, nicht nur ein "optischer Trick" (damit's nicht so nach Banane aussieht); der Anstellwinkel der Fläche ist ein Kompromiss zwischen Thermik und speed. Einen Tod muss man halt mindestens sterben, hier sind's gleich zwei: Rumpf vorne ein bischen hoch bei Thermik, einen Tick tief bei speed; ein 7tes Servo wollt' ich da nicht verbauen, um die Nase wie bei der Concorde (oder die Fläche) zu stellen (und dann nach jeder Landung das Getriebe zu wechseln). Ein kürzerer Rumpf würde Blei erfordern, kann man drauf verzichten.

Vorne ist der Rumpf etwas eingezogen, kann man dann im Original passend zum Spinner verschleifen, ich mach mir im CAD dafür nicht die Mühe. Ansonsten ist ein Kastenrumpf halt ein Kastenrumpf, wenn man ihn superaerodynamisch rund schleifen würde, ständen da nur noch 4 "Leisten" im Raum mit 'nem Motor dran, so eher ein Design frei nach Colani.

Der Sporn ist schon sehr auf der sicheren Seite, absägen geht immer ... und kürzer wird er wohl mit der Zeit von selbst, vermutlich in etwa proportional zum Landetraining.

Tja, ansonsten ist's halt 'nen Brett, eher sowas simples wie eine 2CV ("Ente"), ein hässliches Teil, aber hatte ihren job gemacht. Vielleicht wird das nächste Brett ein Pterosaur, das könnte dann gefälliger aussehen. Damit der mit seinem grossen Kopf und langen Hals nicht rückwärts fliegt, braucht es aber eine Flugregelung um die Hochachse, gesteuert über Spreizklappen (oder einen drehbaren Hals), wird etwas aufwändiger (mit den Füssen zu tricksen wäre ja gemogelt).

Gruss

Werner

mipme_kampfkoloss
26.02.2020, 19:37
Moin!

Warum macht ihr die Lüftungslöcher nicht seitlich?
Oder lasst sie einfach weg? Vor allem wenn der Spinner sowieso schon Löcher hat...

Wenn ich die Andeutungen in der 3D richtig interpretiere, ist der Rumpf hinter dem Motor höher als am Motor.
Daher würde ich mir keine Sorgen um die Luftschraube machen. Gummi drum und schon liegt sie schön dicht an - egal in welcher Stellung...

Viel Erfolg!

Alpenkreuzer-Fiss
26.02.2020, 20:04
Nun ja, mit Lüftungslöchern haben wir so unsere Erfahrungen. Kurt hat nämlich ein ungewöhnliches Hobby: er fliegt liebend gerne powered stall (und landet auch schon mal so) und das Ding sollte das vom (gerechneten) Abrissverhalten mitmachen, eigentlich müssten wir deshalb einen Extra-Lüfter für den Controller einbauen. Es ist halt lästig, auf dem Flugfeld einen Controller, der sich selber auseinandergelötet hat, in der richten Reihenfolge wieder zusammenzulöten, geht schon, aber ich hab keine Lust, auch noch einen Lötkolben nach Fiss raufzuschleifen (den Fall hatten wir jedenfalls schon mal).

Ich vermute, dass auch mit Gummi schon mal ein Blatt unterm Rumpf hängen wird und die Winkel sind so, dass das Ding sozusagen auf der "Kinnlade" rutschend per Hacke bremst, ist jedenfalls die sicherste Möglichkeit, ein Brett ohne Wochentagszählung und Ringelpietz zu grounden, vorne muss es leicht rutschen, hinten "haken", Tragfläche schlagartig negativ angestellt. Bei Gras kein Thema, bei steinigem Boden ist dann wahrscheinlich ein neuer Satz Blätter fällig, da zwischen Boden und "Kinnlade" kaum noch ein Blatt passen wird.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
26.02.2020, 20:28
Man muss wohl auch bedenken, dass so'n Ding ohne speedbrakes wegen des Bodeneffekts praktisch auf begrenztem Raum nicht zu landen ist, mit unseren speedbrakes fehlt etwa 40% des Auftriebs, die Landegeschwindigkeit ist also relativ deutlich höher als stall-Geschwindigkeit. Und in Fiss ist nicht viel Platz, da ist keine runway.

Eine sichere Landung auf knappem Raum ist uns daher wichtig und das sollte sicher funktionieren, geht halt auf's Material. Ob das mit den brakes so gehen wird, werden wir sehen, entscheidend ist sicherlich, dass sie ziemlich synchron ausfahren, damit der Nickmomentenhaushalt nicht durcheinanderkommt, da werden wir in Flugtests in den Mischern voraussichtlich noch einiges optimieren müssen. Die Servos sollten jedenfalls schnell genug sein, um die Strömung über dem Tragflächenmittelteil innerhalb 0.1-0.2 sec in den kompletten Abriss zu fahren.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
26.02.2020, 20:34
Werners - Stecksystem ist einfach klasse.
Lässt sich gut aufbauen.
Ich klebe alle Holz-Holz Verbindungen mit Weissleim.
Geht halt etwas Trockenzeit in Land.

Vor dem Verkleben

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Keile in die Endleiste geklebt. Die Stoßkanten der Endleiste werden durch die Keile stabilisiert.

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Diagonalrippen lose eingesteckt und Endleiste in die Schlitze eingeschoben,

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Danach mit einer Spritze , mit einer dünnen Raupe, die Rippen nachgeklebt und Diagonalrippen verklebt.

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Nach dem Aushärten die vorderen Halbrippen eingeklebt

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Fertiger Rohbau, noch ohne die vordere Nasenleiste.

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Sieht gut aus und ist richtig stabil.

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Gruß Kurt

Klaus Jakob
26.02.2020, 21:57
Hi,

ich fürchte, da wird sehr viel Blei vorne nötig sein.

Grüße, Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
26.02.2020, 22:11
Kann sein, dass ich mich mit dem Schwerpunkt verechnet habe, gibt's schon mal.

Aber bisher hat's immer gepasst.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
26.02.2020, 22:19
Hallo Werner,

ich meinte nicht die Lage des Schwerpunktes, sondern das viele Material im rückwärtigen Bereich des Flügels.
Ich glaube, dass hier unnötig fest gebaut wurde.
Wird aber dennoch fliegen. Fläche habt ihr ja ausreichend.

Gruß
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
27.02.2020, 09:29
Hallo Klaus,

da gibt's eine Spezifikation und einen Sicherheitsfaktor um 2, dann kommt ungefähr so etwas dabei heraus, den Hauptholm haben wir ja vermessen. Aber Dein "Gefühl" sträubt sich, ich versuch's mal, übertreib dabei vielleicht ein wenig, um den Punkt klarzumachen.

Vor einer Weile hat man mal die gleichen Testflächen in Niedrigturbulenzwindkanälen (Stuttgart, Delft, etc.) vermessen, sind rundum verschickt worden. Das Ergebnis war ungefähr, dass unter Reynold 150-200000 - die Grenze hängt auch vom Profil ab, ist eine "Hausnummer" - man auch gleich die Daten hätte würfeln können. Der Schluss war, dass auch geringste Restturbulenzen noch eine Rolle spielen, Windkanalmessungen sind da im Prinzip unbrauchbar, man solle sich auf die Profilberechnungsprogramme verlassen. Ob der Schluss nun so unbedingt richtig war, sei mal dahingestellt. Jedenfalls ist das eher die Domäne der erfahrenen Modellbau-Künstler, die aus einem Laminarblasenzoo ein gut fliegbares Teil per Bautechnik, Zackenband, Haarspray und sonstigen Tricks zaubern.

Bei unseren Flächenbelastungen entsprechen Re=200000 bei 10 m/s etwa 30cm Flächentiefe, also im Brettnurflügelbereich etwa 2.5-3m, in der Seglerklasse etwa 5m Spannweite. So ab da ungefähr stimmen Windkanalmessungen mit der Theorie überein, ab da kann man sich auf Profilberechnungen und Vortex-Lattice-Rechnungen verlassen (wenn man sich sonstwie keine Ablösungen fabriziert).

Nun sind 30cm Flächentiefe schon eine Hausnummer, was macht man, um dadrunter wenigstens Thermikleistung zu bekommen ? Man baut extrem leicht. Ab so 30cm ist das nicht mehr so das Thema, wenn Du die minimalen Sinkgeschwindigkeiten des Alpenkreuzers bei 3 und 6 kg Fluggewicht miteinander vergleichst, kommt beides mal etwa 0.4 m/s raus, das Gleiten wird mit Gewicht logischerweise besser, nichts hilft mehr als der gute alte Reynold.

Wenn ich aber 6 kg mal mit durchaus (mit Reserve) vorkommenden 15g multipliziere, bin ich bei 90 kg Belastung. Im Prinzip könnten die Modellflieger in der Klasse ihre Flieger als Sitzbänke beim Vespern benutzen, sieht man aber eher selten.

Nun sind wir aber alle irgendwie "sozialisiert" mit dem "Kleinen Uhu" o.ä., Thermikleichtgewichtler, und sind mit der Bauweise gefühlsmässig vertraut, "Holz" hat daher die Assoziation von "wabbelig". (Da zielt zum Beispiel gleich der erste Kommentar vom Mathias drauf). Dieses "Gefühl" ist leicht irreführend, wenn's in die "Reynold's" geht, bei 90 kg sollte man eher daran denken, wie man eine leidlich leichte Sitzbank (!) baut.

In der Thermikklasse spielt Torsionsteifigkeit nur eine geringe Rolle, das Thema wird aber überquadratisch wichtiger mit der Fluggeschwindigkeit, grob: die Biegefestigkeit entscheidet über die erlaubten g's, die Torsionssteifigkeit über die erlaubten Geschwindigkeiten (die man übrigens nicht per übliche Sandsacktechnik messen kann). Ein gutes Beispiel für das, was sonst dabei passieren kann, ist das Video der 100 kg Saab Gripen: die Tragfläche ist wegen aerodynamischer Divergenz geradewegs explodiert, sieht man in Einzelbildauflösung; das Seitenleitwerk war nicht das einzige Problem, ein ungesteuertes (?) Canard hilft auch nicht gerade gegen pitch-up.

Das Flächenmittelteil liegt übrigens so wie in Kurt's letztem Photo unter 900g, für eine sehr torsionssteife "Sitzbank" m.E. ganz ok. Man wird allerdings sicherlich noch was gewinnen können, wenn man eine aeroelastische Optimierung vornimmt, allerdings spielt Mehrgewicht in der Klasse m.E. nicht mehr die nachteilige Rolle wie bei den kleinen Reynoldszahlen, etwas mehr Landespeed, so what, Kurt ist aus dem Schaumwaffelalter raus.

Wegen der Gefahr, dass uns der "Kleine Uhu" bei Holz gefühlsmässig reichlich in die Irre führen kann, ziehe ich das Rechnen dem "Gefühl" vor. Der Erbauer der Saab Gripen war ein sehr erfahrener Modellbauer (war nicht der Pilot), er ist leider und unglücklicherweise wohl in die "Kleine Uhu"-Falle getappt, das Gefühl eines sehr erfahrenen Modellbauers hat ihn wohl getrogen.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
27.02.2020, 12:26
Falls Du Blei in der Flächennase wie bei Hubschrauberblättern meinst, scheint mir nicht notwendig zu sein. Bei der Länge der Hubschrauberblätter ist's halt schwierig, eine ausreichende Torsionssteifigkeit hinzubringen, zudem flattern die ja aus Prinzip auf und ab und man will das nicht mit Anstellwinkeländerungen koppeln und müssen daher massemässig längs der Flächentiefe gewuchtet werden.

Für eine rechteckige Fläche mit bekannter Biege- und Torsionssteifigkeit und bekannter Lage der elastischen Achse und des Flächenmasseschwerpunkts kann man die Flattergeschwindigkeit nach Theodorsen analytisch berechnen. Wenn ich die teils gemessenen, teils geschätzten Werte für das Flächenmittelteil nehme und auf unsere Spannweite hochrechne, komme ich auf eine erste Biegeresonanzfrequenz von 10 Hz und eine erste Torsionsresonanzfrequenz von 25 Hz. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt die tatsächliche Torsionsresonanzfrequenz ab, die Frequenzen treffen sich bei etwa 170 m/s (600 km/h) - dann tritt Flattern auf. Aerodynamische Divergenz tritt bei knapp 700 km/h auf.

Die eher konservative unsteady Rechnung liefert 540 km/h Flattergeschwindigkeit. Bei den schon genannten US-Zulassungsvroschriften seinerzeit spielt nur die Torsionssteifigkeit eine Rolle, wären so um 240 km/h sichere Geschwindigkeit, eine worst case Abschätzung auf der sicheren Seite.

Soweit die Theorie für einen Spezialfall und nur die Fläche. Wir haben kein exaktes Rechteck, wir haben Steckungen, aussen wird's absichtlich leichter und schlapper werden, wir haben Klappen, zudem gehen da Schätzungen ein. Es sieht für mich aber so aus, als hätten wir da ausreichend Reserve - auch mit den Diagonalrippen hinten, die ja nun auch gegen hohe Gierdrehbeschleunigungen und Bremsbeschleunigungen abstützen.

Man kann die Theorie natürlich hernehmen, um die elastischen Achsen und Masseschwerpunkte optimal zu legen, um eine Mindesttorsionssteifigkeit kommt man aber nicht herum. Die offensichtlichste Möglichkeit ist, die elastische Achse und den Masseschwerpunkt in ein Viertel Tragflächentiefe zu legen - wir sind davon nicht weit weg -, es gibt aber noch andere. Das könnte etwas leichter werden, habe das aber noch nicht durchgespielt. Minimales Gewicht war nicht das unbedingte Ziel, scheint laut Rechnungen in diesem Fall keine deutlichen aerodynamischen Leistungsvorteile zu bieten. Das kann in anderen Fällen völlig anders sein, dann wird es sich lohnen, da einige Tragflächenaufbaukonzepte diesbzgl. zu vergleichen. Allerdings zeigt die Praxis der Stratosphärenflieger (NASA Helios, aktuell Airbus/Qinetic), dass man es besser im Blick auf Leichtbau basierend auf Optimierung nicht übertreiben sollte... die fallen dann halt schon mal wegen Luftzerleger runter, "Luft" ist halt nix homogenes wie im Windkanal.


Gruss

Werner

minniflieger
27.02.2020, 13:41
Hallo Team Alpenkreuzer.

Die Bilder sind wieder sehr beeindruckend. Bitte weiter so!
Wie viele Flugzeuge habt Ihr denn schon zusammen verwirklicht?
Wenn ich sehe, wie geschickt Ihr die Fläche in handliche Einzelteile zerlegt habt, merke ich, wie viel ich noch lernen muss.

Ich bin weiter als Leser dabei, minniflieger.

Alpenkreuzer-Fiss
27.02.2020, 14:20
Hallo Minniflieger,

schön, dass es Dir gefällt, so soll's sein.

Klaus und Uwe sind übrigens prima "Sparrings"-partner, erfahren. Wenn man mal was anderes ausprobieren will, sind solche Fragen und Bemerkungen sehr hilfreich; wenn's was werden soll, muss das ja alle Fragen, die so kommen, irgendwie beantworten können.

Kurt ist übrigens der, der mich immer mit "Stecksystem" genervt hat, hat wohl keine Lust zu bauen (smiley). Im CAD ist's tatsächlich nicht viel mehr Arbeit, man muss sich halt überlegen, wie man die Teile dann gut zusammenbringt unter den Randbedingungen einer kleinen CNC, sollte ja schon baubar bleiben.

In der Form ist's unser erstes Projekt, wie bereits geschrieben üben wir noch und ein "Brett" erschien uns am einfachsten, die Überlegungen sind aber wohl für andere Konfigurationen nicht so grundsätzlich anders.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
27.02.2020, 16:25
Falls Du Blei in der Flächennase wie bei Hubschrauberblättern meinst, scheint mir nicht notwendig zu sein.
Werner

Hallo Werner,

ich meinte natürlich Blei in der Rumpfspitze, nicht in der Flügelnase.

Ein Brett lebt von seinen geringen Massenträgheiten. Und ja, die höhere Flächenbelastung könnte eurem Flieger nicht schaden.
Aber Masse hinter dem Holm, zusammen mit viel Blei in der Rumpfspitze, einer unsauberen Profilkontur im wichtigen vorderen Profilverlauf (wegen fehlender Beplankung, die einen Torsionskasten ergäbe, ich muss mich wiederholen) ergeben für mich noch Verbesserungspotential.

Du schreibst, Du kennst die Lage der elastischen Linie, kennst die Biege- und Torsionssteifigkeit. Somit kennst die Lage des Massenschwerpunktes des Flügels auch.
Was ich meine, ist, dass dieser Massenschwerpunkt weiter nach vorne rutschen würde, wenn die Flügelstruktur sinnvoller aufgebaut wäre.

Ja, die Lage des Massenschwerpunktes des Flügels in Richtung t/4-Linie schieben, so wie ihr das anscheinend schon überprüft habt.
Ich meine auch nicht eine Leichtbauweise a la kleiner Uhu, sondern Material an den richtigen Stellen. Eben damit es bei gleichem Gewicht fester wird, und nicht platzt wie die Saab.

Wenn dann die Flächenbelastung immer noch zu gering ist, nun, dann rein mit dem Ballast, aber in den Schwerpunkt. Nicht aufgeteilt: vor dem Schwerpunkt viel Blei, und hinter dem Schwerpunkt unnötiges Holz, so wie ich das momentan befürchte.

Klar, die Schwingungsberechnungen, Laplacetransformationen, amerikanische Vorschriften mögen stimmen. In sich selbst betrachtet. Aber hilft es diesem speziellen Brett?

Konkret hätte ich hinter dem Holm nicht mehr diagonal ausgesteift, sondern vor dem Holm einen Torsionskasten gebaut, der die Profiltreue ergibt.

Das wolltet ihr nicht, das akzeptiere ich. Aber den Holm habt ihr ja gründlich auf Torsion gerechnet, er scheint mir auch verwindungssteif genug zu sein. Also braucht es hinten keine schweren Diagonalrippen mehr. Die Verbindungsecken sind auch recht massiv.

Diagonalrippen vor dem Holm: wie das Profil diese eckige Kontur verkraftet, kann ich nicht sagen. Aber der Schlagkraft gegen Äste oder Maulwurfshügel beim Landen hatte es geholfen. Der Massenverteilung sowieso. Wie gesagt, eine Beplankung würde der Profiltreue und Aerodynamik am besten helfen, ihr braucht bei der Flächentiefe und Fluggeschwindigkeit bestimmt keine Turbulatoren. Die Nasenleiste scheint recht filigran zu werden, die Bespannung wird stark einfallen. Dies ergibt somit einen richtig guten Turbulator, gleich zu Beginn der Laufstrecke der Luft.

(Falls Beplankung, dann ohne Diagonalrippen.).

Ich bin kein Verfechter der Floater, obwohl ich auch diese mag.
Auch ich mag tiefe Flügel, eine hohe Re-Zahl und gutes Gleiten. Mit dünneren, an die Re-Zahl angepassten Profilen, etwas geringerer Flächenbelastung, kann man sich eine etwas höhere Streckung gönnen, und schlankere Außenflügel; was der Gleitleistung sehr gut tut, (und der Wendigkeit, speziell um die Hochachse). Aber dann muss die Statik um so mehr stimmen.

Der Holzbau mit seinen Verzapfungen gefällt mir übrigens sehr gut und wird bei einer Optimierungsschleife noch mehr Sinn machen.

Gruß
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
27.02.2020, 19:17
Hallo Klaus,

das mit dem Blei in der Nasenleiste wäre nicht so ganz abwegig, ist einer der Gründe, warum die Motoren in der Verkehrsfliegerei vor der t/4-Linie liegen. Die haben aber auch mit üblen Biegetorsionsschwingungen und hoher Geschwindigkeit zu kämpfen. Ja, die mittlere Fläche ist schon ein sehr torsionssteifes Ding, ich habe noch nicht viele Flächen in der Hand gehabt, aber bisher war keine dermassen torsionssteif, auch nicht die der F3Fler. Vielleicht bringen wir nach Fiss mal ein Probestück mit - zum Dranrumbiegen.

Nun, diese Diagonalrippen sehen auf den Photos balüsig aus, wiegen pro Stück aber nur 4g, davon 12, macht ca. 50g. Der Holm macht alleine 500g + Rippen/Endleiste (auf die man nicht verzichten kann), Du kannst leicht abschätzen, um wieviel sich der Masseschwerpunkt vorverlagern würde, wenn man sie weglässt. Du musst auch bedenken, dass die Aussenflächen sich dagegen um die Hochachse abstützen, diese Richtung halten Steckungen nicht; normalerweise übernimmt der Rumpf diese Aufgabe; die Aussenflächen haben daher auch nur soviele Diagonalrippen, dass diese Abstützung in die Aussenholme eingeleitet wird. Ich rechne damit, dass beim Ausfahren von insgesamt 1,2m Klappen innerhalb weniger Zehntel Sekunden der Vogel gewaltig abgebremst wird, die Bremskraft ist aus Manöverspeed etwa 80N, Bremsbeschleunigung daher um 2g. Ich möchte die Aussenflächen nicht nach vorne wegfliegend verlieren, wir sind da wohl eher auf StuKa-Niveau !

Die Dreiecke kann man kleiner machen, macht ein paar Gramm aus; sie helfen aber so, die Endleiste gegen Durchbiegung abzustützen, da hängen ja die Ruderscharniere dran und da geht's im Zweifelsfalle schon zur Sache, da sind nicht für nix "dicke" Servos drin.

Gewicht in den Klappen und die Servos machen sich deutlich mehr bemerkbar, wir sehen da zu, dass wir die Klappen leichtestmöglich hinbekommen und die Servos direkt hinter den Hauptholm einbauen (da sind sie auch am besten verankert), sind mit 56g keine Leichtgewichte.

Ballast genau in den Schwerpunkt ist vorgesehen, deshalb die Flächenpfeilung aussen nach hinten, dann passt's genau mit dem hohlen Hauptholm.

Die Sache mit der Profiltreue probieren wir mal mit einem Stück Bespannung aus. Wir haben schon einen wohl eher unüblich engen Rippenabstand vorne von 50mm bei 400mm Flächentiefe (ca. 70 Rippen bei Streckung knapp 9), es wäre aber auch kein Problem, weitere Zwischenrippen einzusetzen (insgesamt 140, vielleicht auch später, nachdem wir mit dem Ding Erfahrung gesammelt haben), geht wie's Brezelbacken (oder wie Wäscheklammern aufstecken) und wiegen nix, jedenfalls einfacher als das Gefummel mit einer D-Box. Die Nasenleiste ist übrigens 4mm CFK-Rohr. Die Bauweise sollte zudem recht reparaturfreundlich sein, so'n Ast ist ja schnell mal mitgenommen wie Du schon schreibst: Bespannung aufschneiden, gebrochene Rippen rausschneiden, Zwischenrippen einkleben, Nasenleiste schäften, Bespannungsflicken draufbügeln. Bevor _der_ Holm selber was mitkriegt, ist wohl eher der Ast ab.

Gruss

Werner

Alpenkreuzer-Fiss
29.02.2020, 16:03
Klappenaufbau Innenklappen

Einzelteile: Nasenleiste ist schon zusammgesetzt

Man muß darauf achten, Daß die Klappen keine Keile sind!
Die Unterseite ist leicht gewölbt die Oberseite leicht hohl.
Kaum merkbar, aber der S-Schlag verlangt es so!

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Aufbau Nasenleiste

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Einsetzen der geraden Rippen:

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Einsetzen der Diagonalrippen und der Endleiste

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Fertig bis auf das Schleifen der Endrippe

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Gruß Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
07.03.2020, 07:48
Werners Entwurf

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Torsionskasten

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Holmgurte 3mm abgestuft

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Grß Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
11.03.2020, 19:42
Die Anfangs und Endrippen auf den Torsionskasten geklebt

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die Zwischenrippen

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Die Endleiste mit Verstärkungsdreiecken vorbereitet

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Die Halbrippen

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Die Diagonalrippen und Endleiste eingesetzt

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Die Nasenleiste aus 4 mm Kohlerohr

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Verstärkungsdreiecke an der Endrippe

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Gruß vom Berg
Kurt

Alpenkreuzer-Fiss
18.03.2020, 20:45
Hallo
Trotz Corona machen wir weiter, und hoffen das Beste.
Auch wenn es nicht gut aussieht.

Ausrichten zum Kleben der Flächensteckung

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Fertige Flächensteckung

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Das erste mal alle Flächenteile zusammengesteckt

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Gruß vom Berg.
Und bleibt gesund!!

Kurt

Nobby_segelflieger
18.03.2020, 22:07
Als stiller Mitleser muss ich euch beiden ein Kompliment machen. Ein ordentliches Brett zimmert ihr da zusammen. Hoffen wir mal das bis Fiss das mit der Corona überstanden ist. Zuvor muss ja noch das Brett eingeflogen werden. Da bin ich mal gespannt.

minniflieger
21.03.2020, 03:06
Guten Abend an die Alpenkreuzer.

Ich lese mit großem Interesse und freue mich immer über die aussagestarken Bilder.
Wo bekommt Ihr die Flächensteckung her? (Kohlestab mit Hülse) Händler / Eigenbau?
Wie berechnet Ihr die Biegebelastung der Steckung?

Gruß aus Stuttgart, minniflieger.

Alpenkreuzer-Fiss
21.03.2020, 17:17
Hallo Miniflieger,

die Steckungsrohre sind Papphülsen 14*1 und die Steckungen selber aus hochfestem Aluminiumrohr 12*1 mit einer Bruchfestigkeit von 600 N/mm2. Wenn Du deren maximale Biegefestigkeit berechnen willst, ist zunächst das Widerstandsmoment des Rohres zu berechnen (siehe z.B. wikipedia unter Widerstandsmoment), mit der maximalen Zug/Druckfestigkeit von 600 N/mm^2^und dem Aussenradius des Rohres ergibt sich dann das maximal erlaubte Biegemoment. Die Biegebelastungen längs der Tragfläche sind ja weiter oben schon dargestellt worden, braucht man nur an der Stelle der Steckungen ablesen.

Steckungen dieser Art sind als Strongal im Modellbauhandel erhältlich.

Gruss

Werner

Modellflieger0
22.03.2020, 07:20
Hallo Klaus bzw. Team Alpenkreuzer,

erst mal Respekt! Nicht jeder traut sich zu so einem Projekt ran, zudem Ihr ja anscheinend noch nicht viel Erfahrung mit Nuris habt.
Ich übrigens auch nicht. Fliege zwar schon über 50 Jahre und hab auch reichlcih Bauerfahrung mit Holzmodellen, jedoch in Eigenregie
eine Nuri zu konstruieren und zu Bauen, das trau ich mir nicht zu.

So, nun zu Eurem Projekt. Mir gefällt folgendes, die Konzeption mit der dreiteiligen Fläche, das ist sehr transportfreundlich. Das das Modell von jedem
nachgebaut werden kann, da ja in Holz mit CNC gefrästen Teilen gearbeitet wird und dadurch sich auch die Kosten im vernünftigen finanziellen Rahmen
bewegen. Sicherlich kann man noch Details optimieren bzw. anders bauen, z. Bsp. das Thema mit dem Torosionskasten. Da denke ich wäre noch was zu
verbessern.

Mal ne Frage, wäre es möglich, natürlich gegen Kostenerstattung, so einen Frässatz auch zu bekommen?

Ich bin sehr gespannt wie Eure Flugerfahrungen sind, Schade das ich in Fiss nicht selber dabei sein kann, sonst hätte ich mich vor Ort von Eurem Alpenkreuzer
selber überzeugen können und Fliegensehen
.
Also, weiter so und viel Erfolg zum Gelingen und Maiden!:D

Mit Fliegergruß

Roland

Klaus Jakob
22.03.2020, 09:15
Hallo Roland,

da verwechselst Du mich.
Vermutlich meinst Du den Kurt und den Werner, nicht mich.

Ich sehe den Entwurf etwas skeptisch. Das soll Werner und Kurt den Spaß nicht verderben, ich bewundere ihren Enthusismus.

Es ist vorerst die Statik der Konstruktion (genau, der Torsionskasten, nicht Torosionskasten), und deren Masseverteilung, sowie der zu kleine Nasenradius des Profils. Und diesbezüglich habe ich mich geäußert.

Wenn Du den Nurflügelbereich durchliest, wirst Du sehen, dass ich gerade bei großen Brettern recht viel Erfahrung habe.

Nix für ungut, Werner und Kurt wünsche ich einen guten Erstflug und viele weitere schöne Flüge!

Gruß
Klaus.

Alpenkreuzer-Fiss
22.03.2020, 10:14
Hallo Roland, Klaus,

herzlichen Dank für die Guten Wünsche !

Das war die Idee bei dem Nurflügel, grössere Reynoldszahlen erfordern einfach Baugrösse und das Ganze sollte dennoch finanziell im Rahmen bleiben, eine simple Bauweise ist vielleicht auch nicht schlecht.

Bzgl. Frässatz lass uns erstmal schauen, wie sich das Teil in der Luft verhält, Theorie und Praxis halt. In jedem Falle wird eine Überarbeitung der Konstruktion mit den gemachten Bauerfahrungen erforderlich sein. Ob das event in Fiss stattfinden wird, kann man aus heutiger Sicht vielleicht skeptisch sehen. Wir werden auf jeden Fall ein Flugvideo drehen und in's Netz stellen; dass das Ding überhaupt irgendwie fliegen wird, würd ich schon mal annehmen.

Gruss

Werner

Klaus Jakob
22.03.2020, 10:28
Hallo Roland, Klaus,
...
Wir werden auf jeden Fall ein Flugvideo drehen und in's Netz stellen; dass das Ding überhaupt irgendwie fliegen wird, würd ich schon mal annehmen.

Gruss

Werner

Hallo zusammen,

ja, Fiss könnte problematisch werden.
Aber ich freu mich auf`s Video, und bin sicher, dass der Vogel fliegen wird.

Gruß
Klaus.

Modellflieger0
25.03.2020, 07:30
Hallo Werner,

ja, freu mich auch von Dir ein Video sowie von Deinen Flugerfahrungen zu Erfahren.

Hoffentlich klappt das mit Fiss trotz dem Corona Spektakel, wenn nicht dann kann man auch nichts machen.

Also viel Erfolg und lass was hören sobald Du was Neues zu berichten hast.;)

Gruß

Roland

Wiedereinstieg
25.03.2020, 21:07
Ich wage zu bezweifeln, dass das die Mitarbeiter in Krankenhäusern auch als "Spektakel" sehen...

Lt. Duden: " [aufsehenerregendes, die Schaulust befriedigendes] Theaterstück"