Überelliptische Auftriebsverteilung

Was ist das eigentlich genau, welche Vor- und Nachteile hat sie gegnüber einer elliptischen? Ist es das?

Die untere Kurve ist ca*t elliptisch, die obere Kurve die eines definierten Flügels. Sie liegt außen über der der elliptischen Auftriebsverteilung.
CU
Ernie

[ 12. August 2004, 16:07: Beitrag editiert von: elektroernie ]

Hi Ernie!

Überelliptische Auftriebsverteilung bedeutet, dass der Flügel außen mehr Auftrieb erzeugt als bei einer elliptischen Auftriebsverteilung.

Der Vorteil ist, dass du nicht so weit laufen musst, um deinen Segler zurückzuholen, da der induzierte Widerstand größer ist als bei einer elliptischen Auftriebsverteilung.

Ansonsten kann man mal wieder keine pauschale Antwort geben, denn es hängt davon ab, wie die überelliptische Auftriebsverteilung zustande kommt. In der Regel durch eine überelliptische Flächenverteilung (Rechteckflügel oder wenig zugespitzes Trapez): Eine Überelliptische Flächenverteilung bedeutet eine unterelliptische Auftriebsbeiwertverteilung und damit gutmütigere Überzieheigenschaften (der Außenflügel fliegt bei kleinerem ca als der Innenflügel). Insbesondere im Bereich kleiner Re-Zahlen ein wirkungsvolles Mittel.

Andersrum kann es aber garstig werden: Ein stark zugespitzter Trapezflügel (mit unterelliptischer Flächenverteilung) wird am Außenflügel mit höheren Auftriebsbeiwerten fliegen als am Innenflügel und ein garstiges Überziehverhalten an den Tag legen.

Ich hoffe, mich verständlich ausgedrückt zu haben (aber wer schon Fachbegriffe in der Frage benutzt )

Gruß Yeti

Hallo.

Zum Thema überelliptische Auftriebsverteilung einfach mal auf aerodesign.de vorbeischauen. Da ist das ganz gut erklärt.

Gruß Christoph

Hi Ernie!

Vielleicht kann ich helfen einige weitere Unklarheiten in die Diskussion einzubringen
Here we go:

Zeichnet man sich einen endlichen Flügel auf und trägt man dann nach oben die Beträge der lokalen Zirkulation als Vektoren über die Spannweite auf und verbindet dann die Spitzen dieser Vektoren, dann entsteht eine Kurve, die elliptischen Verlauf hat.

Es ist also in Wirklichkeit die Zirkulationsverteilung die elliptisch ist. Die Beträge der lokalen Auftriebsbeiwerte (die ca(y)) sind bei genau elliptischer Verteilung der Zirkulation konstant über die Spannweite verteilt.

Message: Auftriebsverteilung gleich Verteilung der Beträge lokaler Zirkulation aber ungleich der Verteilung der lokalen Auftriebsbeiwerte.

Zur Zirkulation vielleicht noch kurz ein paar Worte - was ist das?? Es ist erstmal ein Modell um Dinge zu erklären. Wie? Ok: Man bildet kreisförmige Wirbel, deren Zentren genau auf der Profilsehene liegen. Mann bildet übrigens gleich unendlich viele solcher Wirbel, deren Zentren unendlich kleinen Abstand zueinader haben - kostet ja nix

Durch Superposition (manche würden Überlagerung sagen ) der Wirbel definiert sich nun eine Zirkulation um das Profil herum. Dieses Modell ist dann im Grunde hinreichend zur Erklärung des Auftriebs.

Um das Thema wirklich zu verstehen solltest du weiter vorne Anfangen bei der Betrachtung der Zirkulation/des Auftriebs am Profil, dann diese Erkenntnisse ausdehen auf den unendlichen Tragflügel und dann auf den Tragflügel endlicher Spannweite.

Ich frage mich gerade ob ich Dir jetzt wirklich geholfen habe

Grüße trotzdem Helmut

Naja
mit der Zirkulationstheorie wollte ich mich eigentlich nicht auch noch auseinandersetzen. Ich möchte nur die Flügelform eines HLG optimieren. Wenn es rein um die Leistung geht, müßte ich den induzierten Widerstand minimieren. Wenn es jedoch um die Flugeigenschaften und Steuerverhalten geht, sieht das etwas anders aus. Die RE Zahl im Langsamflug ist bei den Dingern erschreckend klein (G/F= 13 gr/dm2, ta= 90 mm), anderseits soll das Überziehverhalten absolut unkritisch sein, da jeder Strömngsabriss 3-5 m der wertvollen Höhe kostet. In der Praxis fliegt man die Dinger ja sehr langsam, dann spürt man links einene Heber und will natürlich nach links einkurven. Sobald man dann voll in die Ruder langt, schmiert die Kiste häufig ab und nix isses mit dem Thermikanschluss, da du erst etlich Meter tiefer die Kiste wieder zum Fliegen bekommst. Kurz und gut: ich suche einen Kompromiss zwischen Flugleistungen und Flugeigenschaften. Das ist der Hintergrund der Frage.
Übrigens Danke für eure Antworten.
CU
Ernie

Hi Ernie,

mit der Zirkulationstheorie wollte ich mich eigentlich nicht auch noch auseinandersetzen.

Zum Vergrößern anklicken....

Tja, ohne gibt es aber keine Antwort auf Deine Frage.

Das Bild, welches Du da hast, ist nämlich die Zirkulationsverteilung.

Ciao, Steffen

Hi Erni!

Ok. Bzgl. Flügelform ist dann das Zaubewort: Zuspitzung. Hier kommt dann auch der Unterschied zw. Zirkulation und Auftriebsbeiwert klar raus. Während die Zirkulation bei stark zugespitzten Flügeln an den Enden nahezu null ist, fliegen solche Flügel mit einem sehr hohen lokalen ca an den Flügelenden (damit hoher lokaler cw). Das resultiert aus dem hohen effektiven Anstellwinkel aussen. Diese lokalen ca sind oft höher als das Gesamt ca des Flügels! Wie es halt so ist, wenn der Anstellwinkel recht hoch ist, reisst die Strömung ab. Wenn jetzt noch Querruderausschläge dazukommen, dann ist eh Polen offen. Bei Rechteckflügel ist das anders. Hier sind die Maxima eher in der Mitte zu finden.

Leider ist das in der Praxis nicht alles. Es kommt noch der Profilstrak und die Schränkung des Flügels, V-Form etc. pp dazu (u.a .aus genannten Gründen schränkt man aussen in Richtung kleinerer Anstellwinkel, der effektive Anstellwinkel bei dem die Strömung abreißt wird dann "später" erreicht - der Maßnahmen gibt es viele)

Für Dein HLG Problem - nur bezogen auf die Flügelform - würde ich empfehlen zuerst einen Flügel zu bauen, der wenig Zuspitzung hat, ja sogar fast recheckig ist - evtl. aussen Ohren dran, leicht zugespitzt und denen eine schöne V-Form verpassen. Diese hat nämlich beim Kurven auch einen Einfluss auf den Anstellwinkel (Stichwort: Schiebe/Gier und Rollmomente bzw. deren kopplungseffekte).

Message: Mach bitte nicht den Ansatz singulär nur über die "elliptische Auftriebsverteilung" Dein Heil zu suchen. Das ist viel zu kurz gespungen. Viehlmehr gilt Regel: Abkupfern bzw. Trail&Error!

Grüße Helmut

P.S. In der Literatur findet man gelegentlich zum Stichwort Auftriebsverteilung ein Diagramm, dass den Quotienten ca/cA über die Spannweite aufträgt. Das Wort "Auftriebsverteiling" halte ich in diesem Zusammenhang für sehr unglücklich und recht unscharf formuliert (z.B. Dr. Helmut Quabeck; Design, Leistung und Dynamik von Segelflugmodellen; S. 62)

Wenn es um einen HLG (oder DLG?) geht, dann würde ich Dir raten, die Flügelgeometrie der Mark-Drela-Flieger Apogee und SuperGee II im Zusammenhang mit den zugehörigen Profilstraks eingehender zu studieren (beides zu finden hier ). Ich denke, dass das ziemlich nah am Optimum liegt. Der Apogee z.B. hat ja einen stark zugespitzten Flügel. Somit herrschen am Außenflügel sehr geringe Re-Zahlen, weswegen die Profie dort auch stark ausgedünnt sind. Weil durch das Ausdünnen leider auch der nutzbare Auftriebsbereich schmaler wird, sind die Profile außen etwas aufgewölbt, damit dort dennoch etwa der gleiche Maximalauftrieb wie innen erreicht werden kann und der Flügel somit nicht zuerst außen abreißt.
Ich denke mal, dass die extreme Zuspitzung wie beim Apogee nur funktioniert, wenn der Flügel so gering gestreckt ist und außerdem keine Querruder verwendet werden. Ansonsten sind etwas fülligere Außenflügel (siehe SuperGee) wohl günstiger.
Soweit meine 0,02 Euro.

Friedmar

Hallo,

in den kleinen Re-Zahlenbereichen der HLG kommt noch ein Phänomen hinzu. Bei Verwendung eines durchgängigen Profils nimmt der Ca-Wert und das Ca-Max aussen infolger kleinerer Re-Zahl ab. Dies wir aber von den mit bekannten Rechentools von Möller (kann man aber über die Eingabe hintricksen) und Ranis (der hinterlegte Eppler-Code hat hier eine Schwäche, XFoil ist hier präziser in der Vorhersage) hat nicht berücksichtigt. Als Effekt kann aus einer berechneten überelliptischen Verteilung eine real unterelliptische Verteilung werden.

Deshalb ist die Aussage "abkupfern bzw. try and Error" anzuwenden nicht so verkehrt.

Hans

hi alle,

hmmmm, wie wichtig ist die berüchtigte elliptische Auftriebsverteilung denn überhaupt? Wie ich's verstanden habe, dann beeinflusst sie den induzierten Widerstand, welcher wiederum bremst bzw die Geschwindigkeit herabsetzt.

So ein DLG, insbesondere wenn er ganz langsam in der Thermik kreist, fliegt fast nur Schrittgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit geht in der ???-ten Potenz in die erzeugte Widerstandskraft ein.

Ist es da nicht völlig sinnlos oder übertrieben, den Widerstand minimieren zu wollen? Da kann man doch gleich eine Rechteckfläche bauen, oder sehe ich das falsch?

Mich wundert auch, das Thermik-Leistungssegler in alten Zeiten (Freiflug) fast immer rechteckige Flügel hatten.

Wie ich's verstanden habe, dann beeinflusst sie [die elliptische Auftriebsverteilung] den induzierten Widerstand, welcher wiederum bremst bzw die Geschwindigkeit herabsetzt.

So ein DLG, insbesondere wenn er ganz langsam in der Thermik kreist, fliegt fast nur Schrittgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit geht in der ???-ten Potenz in die erzeugte Widerstandskraft ein.

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Nicht ganz korrekt.
Widerstände am Modell beeinflussen NICHT direkt die Horizontalgeschwindigkeit, sondern die Sinkgeschwindigkeit. Die Fluggeschwindigkeit stellt sich über das Verhältnis von Auftriebsbeiwert vs. Eigenmasse des Modells ein.
(Gleichung aus der Team Ariane Formelsammlung )

Bildlich erklärt fliegt ein bis auf einen dickeren Rumpf identisches (auch EWD, Schwerpunkt) Modell im Gleitflug genauso schnell wie sein Pendant, hat aber eine höhere Sinkgeschwindigkeit.

Der induzierte Widerstand ist seinerseits vom Auftriebsbeiwert abhängig und ist umso größer, je höher dieser ist, also je langsamer ein Modell fliegt. Beim Nurflügelprogramm, aus dem elektroernies Screenshot stammt, kann man sich das sogar zahlenmäßig vor Augen führen, wenn man den Punkt Werte (bei vorgegebenen cAs) anklickt.

Dass Freiflieger früher rechteckige Flächenquerschnitte hatten, liegt eher an der einfacheren Baubarkeit in Rippenbauweise. Außerdem haben Freiflieger fast immer Verwindung im Außenflügel, wodurch der dortige Auftriebsbeiwert herabgesetzt wird und die Zirkulationsverteilung sich so mehr der Ellipse annähert. Allerdings hatten frühere Freiflieger schon sehr hohe Streckungen, wodurch sich auch der induzierte Widerstand bekanntlich auch senken lässt (Streckung gegen unendlich = induzierter Widerstand gegen 0 )
Heutige Freiflieger haben inzwischen auch Mehrfachtrapezflächen und spätestens nach dem Ausklinken wird eine Flächenhälfte gegen die andere angestellt für optimierten Kreisflug, aber das wäre jetzt etwas offtopic...

hi Friedmar,

prima Formelsammlung, danke.
Das ist ja eigentlich alles ganz einfach. Wenn nur nicht die ganzen gegenseitigen Abhängigkeiten wären. Und ca ist auch noch so eine komische Kurve...

Eine Frage hätte ich da noch ... (frei nach Columbo )

[QB]Bildlich erklärt fliegt ein bis auf einen dickeren Rumpf identisches (auch EWD, Schwerpunkt) Modell im Gleitflug genauso schnell wie sein Pendant, hat aber eine höhere Sinkgeschwindigkeit.[QB]

Zum Vergrößern anklicken....

Das ist irgendwie einleuchtend, zumindest energetisch.

Was ist denn die Fluggeschwindigkeit, die Bahn- oder die Horizontal-geschwindigkeit? Die Bahngeschwindigkeit wäre nämlich die vektorielle Summe aus Sink- und Horizontalgeschwindigkeit.

Nach der Formel für den Widerstandsbeiwert ist der Widerstand (Kraft) ~ cw.S.v^2
Ist S nun die Fläche des Rumpfes oder die Stirnfläche? Bzw bei der Tragfläche die Fläche oder die Stirnfläche?

PS: nur um meine Konfusion ein wenig mit Euch zu teilen...

[ 18. August 2004, 17:15: Beitrag editiert von: madu ]

hier die ganzen formeln als webanwendung
http://leinauer.de/aero/rechner/
viel spass beim rechnen

gruss jwl