Flügelanstellwinkel- Berechnung

Kleinatze

Vereinsmitglied
Hallo Aerodynamiker!!

Bitte nicht lachen, ich versuche gerade den notwendigen Anstellwinkel für ein Modell zu berechnen.

Das Modell hat folgende Parameter:
Masse m = 2kg
F(lügelfläche)=0,325m^2
rho (Luftdichte) = 1,225 kg/m^3
v = 220kmh^-1 = 61 m/s
Profil: MH16

Ich erhalte mit:
c_a= 2*m*g / (F * v^2 * rho)
einen Auftriebsbeiwert von c_a=0,027

Ich gehe davon aus, dass das Leitwerk einen Anstellwinkel von 0° hat, und nur der Flügel Auftrieb erzeugt.

Nun habe ich mir mittels Java-Foil von Dr. Hepperle das c_a vs. Anstellwinkel Diagramm ausspucken lassen:
1104784768.jpg


Schaut man in das Diagramm, bräuchte man eine recht stark negativen Anstellwinkel des Flügels. Ich schätze so etwa -1° bis -1,5°.

Kommt das hin?

Das Leitwerk muss ja das Moment, welches der Flügel ausübt, irgendwie ausgleichen. Das Leitwerk müsste also einen Anstellwinkel ungleich 0 haben. Sollte man das in irgendeiner Form beachten?

Gruß + Dank
Andreas
 
Andreas,
kommt darauf an, was Du vorhast. Einige typische empirische Werte:

  • Speedmodell -0,7° bis -1,5°
  • Pylonmodell -0,3° bis -0,7°
  • F3F-Modell +0,5 bis +1,0°
  • F3B-Modell +1,5°
  • F3J-Modell +2,0°
Deine Rechnung hat noch einen kleinen grundsätzlichen Denkfehler: Du nimmst ein Profil samt Auftriebsanstieg an, also einen unendlichen Tragflügel. In Wirklichkeit hast Du aber einen endlichen Flügel. Das mindert den Auftriebsanstieg ab, insbesondere bei der niedrigen Flügelstreckungen. Als Abminderungsfaktor kann man auf folgende Faustformel zurückgreifen:

dca/dalpha*= dca/dalpha * L/(L+2)

L - Lambda, Flügelstreckung: Spannweite^2/Fläche

Eine Berechnung des Auftriebsanstiegs des Flügels und Auswertung des Nullauftriebswinkels mit Hilfe vom Programm "Nurflügel" von Frank Ranis liefert ganz gute Werte. Eine exaktere Berechnung ist nur mit einem Panelverfahren möglich, allerdings mit extrem vielen Netzpunkten. Nicht für Dein Problem geeignet, viel zu viel Aufwand.

Also nimm den Ranis, wenn Du eine etwas bessere Näherung haben willst, oder o.g. Faustformel zur Korrektur. Du wirst sehen, da Du nahe Null rechnest, dass die Faustformel nur wenig Einfluss hat. Denn die Steigung einer Geraden ändert deren Nullstelle nicht. Einen etwas realistischeren Nullauftriebswinkel kann Dir nur das Tool von Ranis liefern. Beachte bitte, dass die empirischen Werte gegenüber den reibungsfreien Flügelrechnungen einen Vertrauensvorschuss genießen: So macht man das, wenn man auf der sicheren Seite liegen will. ;)

HLW lass mal außen vor, wegen Abwindwinkel usw. Speedmodell EWD typisch -0,6°, Pylon -0,5°, F3X +1,0 bis +2,0°. An Leistungsmodellen findet man nie mehr als 2,0° EWD, denn dazu würde das Stabilitätsmaß zu hoch sein müssen. Kostet zu viel Leistung.

So viel in aller Kürze, das Thema lässt sich beliebig vertiefen. :D
Siggi

[ 03. Januar 2005, 22:14: Beitrag editiert von: Hartmut Siegmann ]
 

Kleinatze

Vereinsmitglied
Hi Siggi!

Danke für die schnelle Antwort!

oooh, stimmt, c_a geht ja an den Randbögen böse in den Keller. Das habe ich komplett vergessen..

Der Flügel ist ein einfaches Rechteck mit geringer Streckung. Ich denke, dass da dieser Effekt besonder deutlich ist, weil man weit entfernt von einer elliptischen Auftriebsverteilung ist, oder?

Von dem Ranis - Programm habe ich schon gehört. Ich muss mir das bei Gelegenheit mal angucken.

Danke für den Hinweis!

Andreas
 
Hi Folks!

Soweit ich ich Dich verstehe Andreas, möchtest Du gerne den Anstellwinkel einer Fläche für ein geschwänztes Flugzeug wissen, weil Du z.B. einen Eigenbau durchführst/planst.

Der Ranis alleine hilft Dir da herzlich wenig. Im Grunde interessiert Dich das Flugzeug und nicht der Flügel. Der Flügel ist nur ein Teilschritt.

Allerdings brauchst Du schon ein paar Infos auf dem Weg zum Flugzeug. Streckungsfaktor, Abwind, aufrollen der Wirbelfläche, Nasenleistenabstand, Nullauftrieb, Nullmoment, k-Faktor, Neutralpunktrücklage (Flügel und Flugzeug) und all solche Sachen (mehr fällt mir ad-hoch nicht ein) sind schon recht entscheidend und machen eine Menge aus.

@siggi: Unter diesem Gesichtspunkt kann ich das hier

HLW lass mal außen vor, wegen Abwindwinkel
überhaupt nicht unterstützen. Ich bin allerdings sicher, dass Du das nie und nimmer so verstanden haben willst. Wie gesagt, der Andreas möchte ein Flugzeug bauen und keinen Flügel (was für Dich wahrscheinlich das gleiche ist :D )

Andeas, Dein Flügel hat keine Schränkung, keinen Profilstrak etc. soweit ich Dich verstehe. Das ist gut, macht es die Sache doch einfacher. Wenn der dann aus aerodynamischer Sicht noch so ist wie Du willst - umso besser.

Ich habe eine Excel Sheet auf Basis der Formeln im Quabeck erstellt. Sieht unter obiger Bedingung gut aus ;) Wenn Du willst kann ich es Dir mailen.

Das schöne ist: Die empirischen Werte, die Siggi genannt hat ergeben sich tatsächlich auch mit den Quabeck Abschätzungen. Zumindest kann ich das für Segelflugzeuge bisher bestätigen.
Ach ja, noch was:

findet man nie mehr als 2,0° EWD, denn dazu würde das Stabilitätsmaß zu hoch sein müssen
Was Siggi da schreibt ist natürlich völlig richtig. Allerdings hat es Potential falsch verstanden zu werden (da wr doch mal was :rolleyes: ): Also: EWD hat mit Stabilitätsmaß nix zu tun, nur mit Gleichgewicht. Für das Stabmaß ist lediglich der Abstand SP/NP (Flugzeug) entscheidend. Aber: Bei gegebener Auslegung (Leistungsflugzeug) verändere ich auch die EWD, wenn mir das Stabmaß meines Fliegers nicht passt - bleib dabei aber bei der gleichen Auslegung (gleichem Auslegungs ca).

Grüße Helmut
 

Kleinatze

Vereinsmitglied
Hallo Helmut!

Original erstellt von TurboSchroegi:

Allerdings brauchst Du schon ein paar Infos auf dem Weg zum Flugzeug. Streckungsfaktor, Abwind, aufrollen der Wirbelfläche, Nasenleistenabstand, Nullauftrieb, Nullmoment, k-Faktor, Neutralpunktrücklage (Flügel und Flugzeug) und all solche Sachen (mehr fällt mir ad-hoch nicht ein) sind schon recht entscheidend und machen eine Menge aus.

Grüße Helmut
Ich sehe schon, es gibt noch viel zu lernen. :eek:

Ich würde mich sehr freuen, wenn du mir das sheet zuschicken könntest (email steht im Profil).

Nochwas zum Modell:
Es handelt sich um ein Q500 Pylonmodell (zwar nicht von mir selbst, aber ich stehe im Prinzip demnächst vor dem gleichen Problem für ein anderes Modell), angetrieben von einem 6,6ccm Motor - ich habe nur diese Rubrik gewählt, weil sich hier eher die Aero-freaks rumlümmeln.

Vielleicht sollte ich mir mal Fachliteratur besorgen.

Danke für deine Hilfe!

Andreas
 
Hallo,

mmh, sehr interessant. Der Ausgangspunkt der Frage war ziemlich einfach: (ich muss mich präzisieren) bei welchem Anstellwinkel produziert mein Flügel soviel Auftrieb,dass sich bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit ein horizontalflug einstellt. Die Antworten darauf sind alles andere als einfach. Aber immerhin, wir kommen irgendwo in den Bereich 0 bis -1 Grad. Das ist ja schon mal was. Da drängt sich mir eine Zusatzfrage auf (dafür setze ich hier den Publikumsjoker ein :D ) Wie kann ich eine Ahnung über den engsten Vernünftigen fliegbaren Kurvenradius bekommen? Als vernünftig bezeichne ich in diesem Fall einen c_a von 0,7 - da hält sich der c_w noch in Grenzen. Ihr ahnt es bestimmt schon, ich will möglichst Verlustarm eine möglichst enge Kurve fliegen. Damit es einfacher wird, fliege ich die Kurve im Messerflug.

Hallo Andreas, ich sehe schon, Du willst auch um die Kurven fliegen. Rumlümmeln...das ist gut.

Gruss

mm

[ 04. Januar 2005, 21:54: Beitrag editiert von: midgetmustang ]
 

Kleinatze

Vereinsmitglied
Hallo Schwob!

Da ist ja Urgroßvater dieses Freds..!

Ich würde das intuitiv so machen:

Wenn du über c_a irgendwie an den maximalen Aufrieb rankommst (ääähm, wie auch immer das genau geht. Probier doch mal die Abschätzung von Siggi aus), setzt du diesen einfach mit der Zentripetalkraft ( F_z=mv^2 /R) gleich. Aufgelöst nach R sollte sich der minimale Radius ergeben, denke ich.

go fast..
Andreas
 
Hallo Andreas,

oha, schwitz, Pedalkraft kennt bis jetzt nur mein Oberschenkel beim mountainbiken. Für Kopfrechnen wird das langsam zuviel. Vielleicht sollte man mal anfangen ein wenig herumzuprogrammieren. Man sagt zwar immer, probieren geht über studieren, aber ohne studieren ist das Ganze probieren nix.

Gruss
mm
 
Hi Folks !

@mm: Die Welt ist halt nicht so einfach wie sich Lieschen Müller das wünscht.

@Andreas: Du hast Post. Beachte aber bitte, dass sich das Excel-Sheet auf die Auslegung von Segelflugzeugen beschränkt. Da wir hier im Segelflugzeugforum sind, habe ich das implizit angenommen. Das hat zur Konsequenz, dass es gut funktioniert für typische Segelflugzeugstreckungen und mit annähender eliptischer Auftriebsverteilung. Interessant ist es allemal. Wenn Du das Thema vertiefen willst, dann kann ich zwei Bücher empfehlen: Den Helmut Quabeck und den Prof. Fred Thomas.

Grüße Helmut

[ 04. Januar 2005, 10:43: Beitrag editiert von: TurboSchroegi ]
 

Yeti

User
Original erstellt von midgetmustang:
Der Ausgangspunkt der Frage war ziemlich einfach: Wieviel Auftrieb muss mein Flügel erzeugen, dass sich bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit ein horizontalflug einstellt. Die Antworten darauf sind alles andere als einfach.
Doch, auf diese Frage gibt es eine sehr einfache Antwort: Im stationären Horizontalflug ist der Auftrieb genauso groß wie die Gewichtskraft.

Gruß Yeti
 
Hi
wo steht, dass das Segelflugzeug waagrecht fliegen soll? :confused: Woher nimmt es hierfür die Energie? Aus einem vorhergegangenen Sturzflug?
Also ich tippe mal, hier wird ein Sturzflug beschrieben und dann ist Widerstand = Masse, brauchst du nix Auftrieb :D
Jaja ich weiß, F3B Modelle fliegen bei dieser Geschwindigkeit noch mit Gleitzahl 1:5 oder so, aber nicht ein 08/15 Modell.
CU
Ernst
 

Yeti

User
Original erstellt von elektroernie:
Hi
wo steht, dass das Segelflugzeug waagrecht fliegen soll?
Segelflugzeuge können nicht stationär horizontal fliegen. Richtig, Ernst ;)

Korrektur:
Im stationären Gleitflug eines Segelflugzeuges ist das Gewicht so groß wie die resultierende Luftkraft aus Auftrieb und Widerstand. Solange der Auftrieb groß ist im Vergleich zum Widerstand, kann der Widerstand vernachlässigt werden.

Gruß Yeti
 
Ok, auch auf die Gefahr hin dass ich jetzt gesteinigt werde, muss ich jetzt etwas zur Aufhellung des freds hier beitragen. Ich weiss, es ist hier ein Segelflugforum, aber da sich hier die Aerodynamiker rumlümmeln schien hier der richtige Platz. Also, es geht ganz schlicht darum ein Q500 Pylonrennmodell zu entwerfen und zu bauen. (aua) Dabei geht es darum, möglichst schnell, das heißt, widerstandsarm horizontal bis zum Wendepunkt und dann möglichst widerstandsarm diesen zu umrunden und dann wieder zurück. Da die Segelflieger ja nur die Schwerkraft als Motor haben, sind deren Auslegungen ja vermutlich schon recht optimal. Die eingangsfrage ist schon mal zur Zufriedenheit beantwortet, EWD umd die -1 Grad. Praktisch, durch die endlichen Tragflügel usw irgendwo zwischen -1 und 0 Grad.

@Yeti, schon klar,der Pnkt war, bei welchem Anstellwinkel das der Fall sein wird. Natürlich ist sich Lieschen Müller klar, dass nicht alles so theorethisch funzt. Meine Auslegung von meinem Flieger bis jetzt war aus dem Bauch heraus, nach dem Motto "was gut aussieht, fliegt auch gut". Damit liege ich doch gar nicht soweit daneben. Was mich nur wundert, die meisten Flieger bei den Rennen, hetzen im Messerflug um den Kurs. Das heisst, der Rumpf generiert den Auftrieb. Ob der das so gut kann wie ein Flügel? Ist mir schleierhaft. Je mehr ich darüber nachdenke, desto mehr schwirrt mir der Kopf. Vielleicht ist ja mein Ansatz ganz falsch. Vielleicht sollte der Rumpf ja so profiliert sein wie ein Flügel um im Messerflug den Auftrieb zu liefern und der Flügel nur dazu dienen um die Wenden zu kommen?
Oder ist das zu revolutionär?

Gruss

mm
 
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