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Thema: Torsionsmomentänderung durch Pfeilung

  1. #1
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    Moin!

    Vielleicht weiss ja einer von Euch, nach welcher Gesetzmäßigkeit sich das Torsionsmoment eines Flügels mit zunehmender Pfeilung ändert? Für das vorliegende Problem würde mir aber auch schon ein Korrekturfaktor für eine Pfeilung von 25° reichen. Bislang habe ich mit einem Faktor von 2 gerechnet.

    [ 05. Dezember 2002, 18:33: Beitrag editiert von: Christian Dombrowski ]
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  2. #2
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    Hallo Christian,

    was meinst du mit "Korrekturfaktor"?

    Ich sach' dazu mal folgendes: Das ist alles eine Frage des Koordinatensystems. Betrachtest du das Torsionsmoment um eine Achse senkrecht zu den Profilschnitten, erhältst du das Torsionsmoment als Summe aus Nullmoment (wie beim "normalen" ungepfeilten Flügel auch) und dem örtlichen Biegemoment multipliziert mit dem Sinus des Pfeilwinkels.
    Oder du betrachtest das Torsionsmoment um den Holm. Momente lassen sich als Vektoren darstellen und auch vektoriell addieren (jede Komponente einzeln). Der Momenten-Vektor zeigt in die Richtung der Achse, um die gebogen bzw. tordiert wird. In diesem Fall wirkt das Torsionsmoment nicht senkrecht zum Biegemoment. Bei der Vektoraddition kommt dann wieder der Sinus des Pfeilwinkels ins Spiel (Skizze geht gerade nicht, vielleicht nächste Woche).

    Gruß Yeti
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  3. #3
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    Beitrag

    Original erstellt von Yeti:

    Hallo Yeti!


    was meinst du mit "Korrekturfaktor"?

    Mit "Korrekturfaktor" meinte ich eine Aussage in der Richtung, dass der Holm z.B. eine zweifach höhere Torsionssteifgkeit bei 25° Pfeilung aufweisen muss, als ein Holm, der in eine Fläche vergleichberer Dimensionierung aber ohne Pfeilung verbaut wird.

    Ich sach' dazu mal folgendes: Das ist alles eine Frage des Koordinatensystems. [...] (Skizze geht gerade nicht, vielleicht nächste Woche).


    Bis hierhin erstmal vielen Dank. Mit der ersten Erklärung werde ich mal versuchen zu einem Wert zu gelangen. Wenn Du das mit der Skizze auch noch hinbekämst, würdest Du den Weg in mein Nachtgebet finden!

    [ 08. Dezember 2002, 11:17: Beitrag editiert von: Christian Dombrowski ]
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  4. #4
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    Beitrag

    Hi Christian,

    immer noch keine Skizze Ich bin mir auch gar nicht mehr so sicher, ob ich dir mit meinem "theoretischen Gefasel" wirklich helfen kann. Falls doch, erstmal soviel: Kräfte und Momente lassen sich mathematisch durch Vektoren beschreiben. Vektoren haben eine Richtung und einen Betrag (Länge). Vektoren werden addiert, indem man sie einfach aneinander hängt. Das kennt man bei Kräften z.B. unter dem Begriff "Kräfteparallelogramm". Man kann Vektoren, und damit auch Kräfte und Momente in einzelne Komponenten zerlegen. Zum Beispiel die Luftkraft, die auf ein Flugzeug wirkt, in eine Komponente senkrecht zur Anströmrichtung (genannt Auftrieb) und in eine Komponente entgegen der Flugrichtung (Widerstand). Das gleiche geht auch mit Momenten. Der Vektor zeigt dabei in Richtung der Achse, um die gebogen / tordiert wird. Die Richtung des Momentes kannst du an der rechten Hand ablesen: . Zeigst du mit dem Daumen in Richtung der Achse, dann zeigen die geschlossenen Finger die Richtung des Momentes an (das Daumen-hoch-gif zeigt leider eine linke Hand).

    Man kann das wirkende Gesamtmoment aufteilen in eine Komponente, die um die Flugzeuglängsachse wirkt (Biegemoment) und in eine Komponente, die den Flügel tordiert. Die Achsen, um die diese Komponenten wirken, sind dabei eigentlich frei wählbar, gebräuchlich ist halt die Aufteilung in Biegung und Torsion. Beim gepfeilten Flügel hat man schon das Problem, welche Achse man wählt, um die das Torsionsmoment wirkt. Entweder eine Achse senkrecht zu den Profilschnitten oder eine Achse senkrecht zum Holm? Der Physik ist das egal, das Gesamtmoment, das den Flügel verformt, ist das gleiche und unabhängig von der Wahl einer Bezugsachse.

    Auf meiner Skizze sollte jetzt ein gepfeilter Flügel zu sehen sein, auf den ein Biegemoment um die Längsachse und ein Torsionsmoment um die "Holmachse" wirkt. Beide Momente lassen sich zu einem Gesamtmoment addieren (Momentenparallelogramm). Dieses Gesamtmoment kannst du wieder zerlegen in eine Biegung senkrecht zur Holmachse und eine Torsions-Komponente um die Holmachse. Oder genausogut in eine Komponente um die Flugzeuglängsachse und eine Komponente senkrecht dazu. Was dabei zu erkennen sein sollte, ist, dass es zu einer Kopplung zwischen Torsion und Biegung kommt (je nach gewählter Aufteilung des Gesamtmomentes). Wählst du als Torsionsachse eine Achse senkrecht zu den Profilschnitten, ergibt das Biegemoment um den Holm eine Torsionskomponente, die man durch Multiplikation des Biegemomentes mit dem Sinus des Pfeilwinkels erhält. Also: kein Pfeilwinkel, dann ist der Sinus von 0° = 0 -> keine Kopplung. Je größer die Pfeilung, desto größer der Sinus des Pfeilwinkels, desto größer die Torsionskomponente.

    Und falls das jetzt alles zu viel und / oder zu theoretisch war: Vielleicht findet sich ja doch noch jemand, der dir aus Erfahrung den gewünschten Anhaltswert für die zusätzliche Torsionsbelegung geben kann.

    Ach übrigens: der Holm sollte nicht für das Torsionsmoment zuständig sein, sondern die Flügelschale. Die Torsionssteifigkeit nimmt nämlich mit dem Quadrat der umschlossenen Querschnittsfläche zu. Da sollte man nicht nur den Holm, sondern die gesamte Profilfläche nutzen. Wichtig ist dabei auch, dass die umschlossene Fläche geschlossen ist -> Hinterkante gut verkleben und da, wo Klappen und Ruder sitzen, einen Hinterkantensteg (Verkastung) einbauen!

    Gruß Yeti
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  5. #5
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    Beitrag

    Hallo Yeti!


    [...1A Erklärung ...]
    Und falls das jetzt alles zu viel und / oder zu theoretisch war.


    Nee, das war genu richtig. Ich war mir nicht im klaren darüber, was überhaupt mit den Verhältnissen passiert, wenn man einen Flügel pfeilt. Deine Ausführungen haben das beseitigt! Die Sache mit dem Korrekturfaktor resultierte aus einer vagen Idee, dass es eine noch einfachere Lösung geben würde.


    Ach übrigens: der Holm sollte nicht für das Torsionsmoment zuständig sein, sondern die Flügelschale.


    Der Flieger hat einen Rohrholm. Der kann und soll sowohl Biege-, als auch Torsionskräfte aufnehmen! In dem Rippenflügelbuch von Stefan Dolch ist ganz gut beschrieben, bis zu welchem Punkt ein Rohrholm Sinn hat und ab wann man besser an eine D-Box oder einen Schalenflügel denken sollte. Falls Du es nicht schon längst gelesen hast, kann ich das Buch wärmstens empfehlen. Leider behandelt er darin nur ungepfeilte Flügel, weshalb mir die oben gestellte Frage in den Sinn kam.

    [ 13. Dezember 2002, 12:25: Beitrag editiert von: Christian Dombrowski ]
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  6. #6
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    Idee

    nun gut
    habe dieses jahr einen nf-pfeil gebaut
    einen sehr weichen hinzu
    die belastungen sind gewaltig
    und es fällt schwer die richtungen der kräfte zu lokalisieren

    am einfachsten man nimmt ein stück ps15 10mm dick
    schneidet die die flügelform aus
    spannt das enden vermittels einen buches (duden)
    zur tischkante ein

    nun wird die t/4 line mit gewichten belastet
    da unser flügel sehr labbrig ist können es ja kleine gewichte sein (teelichter vob IKEA)

    nun schaut man sich die sache an wie sich das teil verbiegt und es wird dann jedem klar wo es gut waere zu verstärken

    gruss jwl
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