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Thema: Flügelprofil für ein langsam fliegendes Modell

  1. #16
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    Zitat Zitat von Bernhard_2nd Beitrag anzeigen
    Kannst du mir versuchen zu erklären, warum Profiltropfen eher kontraproduktiv sind?
    Das ist eben die Problematik der kleinen Re-Zahlen. Ein Profiltropfen sorgt für zusätzliche Unterdruck-"Täler" bei der Profilumströmung. Dieser Unterdruck muss bis zum Profilende wieder überwunden werden; die Strömung muss aus dem Tal heraus. Bei kleinen Re-Zahlen bleibt die Grenzschicht lange laminar, dann kann sie das schlecht; es kommt zu Ablösungen (im oben verwendenten Bild: Die Strömung kippt um und bleibt im Tal). Folge: ein grosses Unterdruckgebiet hinter dem Profil, das zu hohem Widerstand führt. Ausserdem wird nur wenig Auftrieb erreicht.

    Ein Profiltropfen verhindert ausserdem, dass die Grenzschicht schon früh auf turbulent umschlägt. Bei hohen Re-Zahlen ist das erwünscht, da dieser (im hinteren Bereich nötige) Umschlag durch andere Phänomene erreicht wird und laminare Grenzschicht niedrigeren Reibungswiderstand hat. An sehr dünnen Profilen schlägt die Grenzschicht durch eine scharfe Unterdruckspitze am kleinen Nasenradius zuverlässig schon nahe der Nase auf turbulent um. Sie hat dann zwar höheren Reibungswiderstand, ist aber der bessere Berggänger und kommt aus den (auftriebsbedingt immer vorhandenen) Unterdrucktälern wieder heraus.


    Wenn man ein Profil auf die Skelettlinie reduzieren würde, übertragen sich dann auch die besonderen Flugeigenschaften mehr oder weniger auf dieses neue Profil?
    Nicht alle. Der nutzbare Auftriebsbereich ist bei einem dünnen Profil schmäler. Die Mitte deses nutzbaren Bereichs (Der Auslegungs-Anstellwinkel oder -Auftriebsbeiwert) bleibt aber gleich. Guckstu auch hier: http://wiki.rc-network.de/Profil:_Ch...%C3%B6%C3%9Fen
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  2. #17
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    Guten Tag,

    Zitat:

    "Das Profil "gewölbte Platte" mit der Bezeichnung "Gö 417a" ist ein eigenständiges Profil und hat mit Skelettlinie nichts zu tun. Das Profil Gö 417a ist für kleine Segler gut geeignet."

    Die Skelettlinie verläuft in der Mitte zwischen der Ober- und Unterseite von allen Traflügelprofilen, auch die gewölbte Platte hat eine, sie wurde aus dem Profil "Ebene Platte" durch Hinzufügen einer Wölbung abgeleitet. Ausführlich wird das z.B. in dem Buch:

    "Aerodynamik des Flugmodells" von F.W. Schmitz, Luftfahrt-Verlag, Walter Zuerl beschrieben.

    Mit der gewölbten Platte kann man auch sehr große Flugmodelle bis zum manntragendem Hängegleiter bauen. Die Leistungen sind bei so großen Fluggeräten mit diesem Profil aber schlecht.

    Gruß

    Motorski
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  3. #18
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    Standard Profiltropfen, Festigkeits-Gesichtspunkte

    Hallo,

    Markus hat den Sachverhalt mit dem Profiltropfen erläutert, warum man diesen verwendet. Dieser hat auch den Effekt, daß man Bauhöhe für den Einbau tragender Elemente (Holm, Rippen,etc...) gewinnt. Je schneller man fliegen will, desto höher werden die Biege- und Torsionslasten. Bei Hängegleitern setzt man mittlerweile auch Profiltropfen ein und erhöht die Streckung. Man darf aber die schlechteren Leistungen nicht alleine dem Profil zuschieben, sondern auch der Auslegung, sprich Seitenverhältnis. Bei Hängegleitern kommt die Auslegung als Nurflügel hinzu mit dem kleinen, nutzbaren Gesamt-Auftriebsbeiwert.

    Peter
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  4. #19
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    Hallo Bernd-2end,

    an Ihrer Stelle würde ich es mit Papierfliegern beginnen, im Internet und in einigen Büchern gibt es genug Anleitungen und Beispiele, wie man Hochleistungs-Papierflieger baut. Dann würde ich es mit einfachen Flugmodellen aus Balsaholz oder Depron versuchen. In dem leider schon nicht mehr im Buchhandel erhältlichen
    Buch von Werner Thies/Willi Rolf, "Flugmodelle bauen und fliegen", Falken Bücherei, 1975 sind einige Flugmodelle beschrieben, die Ihren Ansprüchen gerecht werden sollten. Sie können das Buch mit etwas Glück noch im Antiqariat, (z.B. ZVAB, Internet) erwerben. Darüber hinaus gibt es in Internetversteigerungen die hervorraghenden
    Bücher von Frank Zaic unter der Bezeichnung "Model Aeronautic Year Boook".

    Einfache Flugmodelle lassen sich auch aus Depronplatten herstellen. Diese Platten kann man auch einzeln in der Stärke von 3 oder 6 mm in jedem guten Baumarkt bekommen. Angebote in den "Modellbaugeschäften" sind vielfach überteuert.
    Depron läßt sich gut mit Weisleim kleben, aus meiner Erfahrung eignet sich dafür am besten der Propeller- oder Parkettleim von BINDAN-P. Depron kann man mit waserlöslichen Ackrillack impregnieren, nach der Trocknung ist diese Beschichtung gegen
    viele Einflüsse resistent.

    Die in diesem Forum empfohlene Profile, wie die gewölbte Platte Gö 417a würde ich nicht verwenden. Dieses Profil wurde für Windkanalversuche entwickelt um es mit herkömmlichen Profilen zu vergleichen. Viele Modellflieger haben die Versuchsergebnisse von F.W. Schmitz, "Aerodynamik des Flugmodells" misverstanden und haben dieses Profil
    in ihren Flugmodellen verwendet, vorwiegend in "tragenden" Leitwerken. Das tragende Leitwerk gehört in die Mottenkiste!

    Man kann an der Nasenkante des Tragdflügels eine mittelharte Balsa- oder eine weiche Kiefernleiste ankleben, die Oberseite mit einem großen Schleifklotz anschleifen, um eine dünne Austrittskante zu bekommen. Um eine kleine Wülbung in das Profil zu bekommen, legt man die Tragfläche auf dem Rücken und rollt darüber eine Papprolle parallel zu Nasenleiste. Das Höhen und Seitenleitwerk macht man am besten aus einem
    0,6-1,0 mm Quarter-Grain-Balsabrettchen. Mit den Profil-Computerprogrammen wie x-Foil oder JavaFoil würde ich erst gar nicht experimentieren, weil solche Programme
    nicht für kleine Re-Zahlen geeignet sind. Man sollte lieber nach dem Motto vorgehen: "Probieren geht über studieren".
    Auf die RC-Flieger würde ich mich überhaupt nicht verlassen, die meisten davon haben von der Aerodynamik der kleine Re-Zahlen keine Ahnung.

    Gruß

    Motorski
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  5. #20
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    Harte Worte...

    mfg jochen
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  6. #21
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    Standard Gewölbte Profile

    Hallo Motorski,
    Die Anrede im Forum ist übrigens das Du. Schieß mal nicht so schnell los! Deine Tipps bez. Literatur und den Bautipps finde ich gut, aber die RC-Flieger generell der Unkenntnis über Re-Zahl-Einfluß zu bezichtigen, ist nicht fair; siehe:"Harte Worte..."
    Im übrigen sind tragende Höhenleitwerke entgegen deiner Meinung immer noch das Mittel der Wahl im Freiflug. Hier kommt sogar noch das Goe 417a bzw. noch stärker gewölbte Spezialprofile ("Wöbbeking-") zur Anwendung. Hintergrund ist z.B., daß bei Auslösen der Thermikbremse der Druckpunkt des Flügels bei 50%t zu liegen kommt. Die Schwerpunktlage ist dementsprechend um die 50%. Die Trimmung erfolgt dann so, daß das Höhenleitwerksprofil in der Mitte seines Anstellwinkelbereichs arbeitet. Bei kleinen Re-Zahlen haben gewölbte Profile einen größeren Anstellwinkelbereich als symmetrische Profile und einen größeren Auftriebsanstieg sowie einen kleineren Widerstand im Arbeitspunkt. Damit ist die Wirksamkeit erhöht. Eine kleine Einbuße (<2%) an Flügelauftrieb ist allerdings hinzunehmen und die Gierstabilität im Hochstart ist wegen der erforderlichen Schwerpunktrücklage verschlechtert.

    Peter
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  7. #22
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    Hallo F1H-NFlyer,

    hatte leider keine Zeit gehabt, um gleich auf die Ausführungen zu antworten.
    Die Aussagen: Druckpunkt des Flügels bei 50% zu liegen kommt", etc. kann ich nicht nachvollziehen, hat das jemand gesehen, hat es jemand vermessen oder gar analytisch abgeleitet? Bei den Modellfliegern werden schnell Aussagen getroffen, die in den meisten Fällen physikalisch nicht untermauert werden können. Ich bleibe dabei, die meisten Modellflieger haben leider unzureichende Kenntnisse bezüglich kleiner Re-Zahlen. Das liegt auch daran, daß leider (auch viele Freiflieger) fertige Flugmodelle kaufen (ARF), so dass keine Zeit übrig bleibt, sich mit dem theoretischen Schrifttum auseinander zu setzen.

    Motorski
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  8. #23
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    Hallo Motorski,
    Die Geschichte mit dem Druckpunkt bei 50% tm ist ganz einfach herzuleiten. Bei 90° Anstellwinkel (Sackflug) befindet sich der Druckpunkt des Flügels im Mittelpunkt, weil die Umströmung dann symmetrisch um diesen ist. Probiers mal mit einem Stück Papier. Ich denke mal, daß die nicht ausreichende Beschäftigung mit der Theorie auch an der, meist unzureichenden Didaktik und, wie mir´s passiert ist, auch an falscher Darstellung der Zusammenhänge liegt. Das Fliegen macht ja auch mehr Spaß und der kommt ja auch dank der ARF- und EPP-Welle nicht zu kurz.

    Peter
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  9. #24
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    Hallo F1H-NFlyer,

    so ganz kann ich immer noch nicht Deinen Ausführungen folgen, weil gleichzeitig der Sackflug mit Thermikbremse
    und dann der Gleitflug beschrieben wird. Das mit dem 50% Druckpunkt des Tragflügels
    im Sackflug (mit Thermikbremse) ist so weit in Ordnung, was den Schwerpunkt betrifft, so bleibt er im Gleit-
    und im Sackflug an der gleichen Stelle. Jetzt stellt sich die Frage, wie das Höhenleitwerk
    (nach dem Auslösen der Thermikbremse) arbeitet. Das ist zunächst abhängig von dem Ausschlagwinkel
    des Höhenleitwerks (meistens bei ca. 45° zur Rumpfachse); wird er deutlich größer kann durchaus Auftrieb durch
    die Anströmung am Höhenleitwerk entstehen und einen kleinen Vortrieb am Modell erzeugen; wird er deutlich kleiner wird das
    Modell meistens "pumpen". Viele Modelle rotieren nach dem Auslösen der Thermikbremse um die Hochachse (Autorotation),
    so daß zum Teil Auftriebszonen am Tragflügel entstehen können. Ich habe bereits zu Beginn der 80er Jahre mit verschiedenen
    Höhenleitwerken bei Wakefield-Modellen experimentiert: Profile gewölbt, halb- und symmetrisch, verschiedene Streckungen
    und Höhenleitwerksflächen. Dabei habe ich die Leitwerke bis auf 1,6 dm² verkleinert (Profil: ähnlich "ebene Platte"), Schwerpunkt bei etwa
    40-45%. Der Steig- und Gleitflug waren gut, aber bei stärkerer Thermik flogen die Modelle meistens (mit Thermikbremse) davon...
    Mit 2,4 dm² Höhenleitwerksfläche (fast symmetrisches Profil) habe ich dann einen guten Kompromiss für alle Flugzustände herausgefunden.
    Betrachtet man die Entwicklung der Freiflugmodelle der letzten Jahre, so geht eindeutig die Tendenz zu kleineren, "symmetrischeren" Höhenleitwerken.
    Das wurde bereits in den 70er Jahren ausführlich in dem DDR-Buch "Modellflug in Theorie und Praxis" von Schulze/Löffler/Zenker
    diskutiert. Bereits vor 60 (!) Jahren hat es auch F.W. Schmitz in seiner Veröffentlichung beschrieben.
    Egal welche Höhenleitwerke die Modellflieger verwenden; Hauptsache, es wird noch viel experimentiert.
    "Der Windkanal des Freifliegers ist die freie Luft"

    Gruß

    Motorski
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  10. #25
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    Diesen thread sollte man schließen - Wenn ich selber baue, brauche ich 400 Stunden für ein F1A-Modell, wenn ich es fertig kaufe, habe ich natürlich keine Zeit, mich mit der Theorie zu beschäftigen, außer den 400 Stunden, die ich einsparen würde!!!!!
    Die Tendenz zu kleiner symmetrischeren Höhenleitwerken konnte ich bisher nicht feststellen. Es fliegt auch niemand mehr mit symmetrischem Leitwerksprofil oder mit der gewölben Platte- jedenfalls nicht im Freiflug.
    Wo die Leute das alles her haben .........

    flieger-ralf
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  11. #26
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    Hallo zusammen,

    ich bedanke mich noch mal bei eurer Diskussion. Insbesondere das Buch "Aerodynamik des Flugmodells" versuche ich einmal aufzutreiben.

    Leider fing das Jahr für mich mit vielen Überstunden an, so dass ich kaum Zeit hatte mich meinem neuen Hobby zu widmen .
    Ich möchte die Bauphase noch etwas herausschieben, da ich nicht auf gut Glück bauen will, sondern die Physik dahinter verstehen will (die interessiert mich mittlerweile umso mehr).

    Hier im Wiki habe ich schon einiges gelesen und gelernt. Zwei Fragen konnte ich mir aber dennoch nicht beanworten, da brauche ich vermutlich eure Hilfe:
    1. Frage:
    Zur Berechnung von Kräften am Flügel benötigt man den Auftriebs- bzw. Widerstandsbeiwert. Diese hängen nach dem Wiki-Artikel von der Flügelgeometrie bzw. dem Profil und der Flügelanstellung ab und werden in einem Diagramm ("Polare") aufgetragen. Wie kann man beispielsweise für das Goe417 Profil (oder ein anderes) diese Beiwerte für konkrete Berechnungen ablesen?

    2. Frage:
    Um den induzierten Widerstand zu reduzieren, soll man Flügel mit hohen Streckungen verwenden. Gleichzeitig verschlechtern sich mit steigenden Streckungen die Re-Zahlen. Gibt es bei dieser gegenläufigen Bewegung eine Art "Break-Even-Punkt"? Welche Streckung hat sich in der Praxis (für meinen Anwendungsfall - kleine, leichte Flieger) besonders bewährt?

    Ich würde mich freuen, wenn Ihr mir meine Fragen beantworten könnten.

    Vielen Dank & Grüße,
    euer Bernhard.
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  12. #27
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    Zitat Zitat von Bernhard_2nd Beitrag anzeigen
    Wie kann man beispielsweise für das Goe417 Profil (oder ein anderes) diese Beiwerte für konkrete Berechnungen ablesen?
    Die Frage verstehe ich nicht ganz. Wie man die Werte aus dem Diagramm liest, ist klar, nehme ich an. Die Polaren zu bekommen ist nicht immer einfach, aber für das Goe417a gibt es sie z.B. als gemessene Polaren im von Dir erwähnten Buch. Ob allerdings für Zimmerflug-Re-Zahlen... Dann berechnet man aus der Profilpolaren und den Zusatzwiderständen eine Flugzeugploare. Dazu nimmst Du einen Punkt auf der Profilpolare, und rechnest die verschiedenen Korrekturen dazu (Induzierter Anstellwinkel, Induzierter Widerstand, Rumpfwiderstand, etc. pp.) Das für ein paar Punkte der Profilpolare ergibt dann die Flugzeugpolare. Da Konstruktionsentscheidungen Einfluss darauf haben, ist das ganze IDR ein iterativer Prozess: Design festlegen, Leistung abschätzen, korrigieren.

    Aber ehrlich: Bei Zimmerflug ist Hands On wahrscheinlich die bessere Methode: Theoretisch abschätzen, welche Design Features gut sein könnten, und dann einfach mal probieren.

    Um den induzierten Widerstand zu reduzieren, soll man Flügel mit hohen Streckungen verwenden. Gleichzeitig verschlechtern sich mit steigenden Streckungen die Re-Zahlen. Gibt es bei dieser gegenläufigen Bewegung eine Art "Break-Even-Punkt"? Welche Streckung hat sich in der Praxis (für meinen Anwendungsfall - kleine, leichte Flieger) besonders bewährt?
    Dazu orientierst Du Dich am besten an erfolgreichen Designs (z.B. Saalflugmodelle) für solche Kleinstflugzeuge landest Du wahrscheinlich irgendwo bei 6..8.


    Noch ein Tip: http://www.whitewings.com/
    Das Buch geht auch auf Aerodynamik etwas ein und enthält wirklich gute Konstruktionen.
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  13. #28
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    Hallo flieger-ralf,

    Zitat:
    "Wo die Leute das alles her haben ........."

    Antwort: Aus dem Vergleich von Freiflugmodellen der letzten 40-50 Jahre.......
    Man braucht dazu etwas Zeit und die Baupläne aus den Freiflug-Zeitschriften, z.B. Thermiksense, Vol Libre, Aero Modellerer Annual, F.Zaic Year Books etc.
    F1A Klasse:
    Die Höhenletwerke sind kleiner geworden, die Profile der Höhenleitwerke sind zwar nicht ganz symmetrisch, aber die Wölbung ist kleiner geworden.
    Man schaut sich nur beispielsweise die Entwicklung der Modelle von S. Makarov an;
    Das letzte Modell (Weltmeister 2009, Thermiksense 4/2009) hat ein sehr kleines Höhenleitwerk von nur 3,42 dm². Das wäre schon etwa die Größe von älteren F1B Modellen. Das Profil zu diesem Leitwerk wurde leider nicht abgebildet.

    F1B-Klasse:
    Auch hier sind die Höhenleitwerke kleiner geworden, für die Profile gilt das gleiche wie bereits oben beschrieben.

    F1C-Klasse:
    Dito.
    Dazu die Streckungen und die Größe der Tragflügel steigend, weil keine Flächenbegrenzung wie bei F1A und F1B.
    Übrigns: B. Gieskieng jr. (USA) baute ca. 1978 einen F1C-Flapper (!) mit einem symmetrischen Höhenleitwerk. Den Plan dazu gibt es im Aeromodeller Annual 1978-79, Seite 27. Ein wirklich modernes, innovatives F1C-Flugmodell auch für unsere Zeit!

    Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, daß die Herstellung symmetrischer Höhenleitwerke schwieriger ist, weil eine ebene Unterseite fehlt. Wahrscheinlich ist das einer der Gründe, weshalb die Freiflieger diese Bauweise nicht einsetzen. Ich habe das bei meinen F1B Flugmodellen so umgangen, saß ich etwa 2/3 der Unterseite bis zur Austrittskante eben gestaltete, die Nase des Profils ca. 2% nach oben angehoben hatte. und die Oberseite des Profils leicht gekrümmt oder eben gestaltete. Ca. 1/4-1/3 des Profils von der Eintrittskante aus gemessen war profiliert. Beispiel F1B:
    Leitwerksgröße: 2,4 dm², Gewicht: 2 g, Profil symmetrisch (oder fast symmetrisch),
    Schwerpunkt 40-50%, abhängig von der Auslegung.
    Luftschraube: D=700, H= 920-960, Schmallblatt, zwei Propellerblätter.

    Wer die Möglichkeit hat, ältere Freiflugzeitschriften zu lesen, der sollte es tun, es lohnt sich.

    Gruß

    Motorski
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  14. #29
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    Hallo Markus,

    Die Frage verstehe ich nicht ganz. Wie man die Werte aus dem Diagramm liest, ist klar, nehme ich an. Die Polaren zu bekommen ist nicht immer einfach, aber für das Goe417a gibt es sie z.B. als gemessene Polaren im von Dir erwähnten Buch. Ob allerdings für Zimmerflug-Re-Zahlen... Dann berechnet man aus der Profilpolaren und den Zusatzwiderständen eine Flugzeugploare. Dazu nimmst Du einen Punkt auf der Profilpolare, und rechnest die verschiedenen Korrekturen dazu (Induzierter Anstellwinkel, Induzierter Widerstand, Rumpfwiderstand, etc. pp.) Das für ein paar Punkte der Profilpolare ergibt dann die Flugzeugpolare. Da Konstruktionsentscheidungen Einfluss darauf haben, ist das ganze IDR ein iterativer Prozess: Design festlegen, Leistung abschätzen, korrigieren.
    Der Aufbau des Diagramms ist eigentlich klar, das stimmt. Das erste Problem ist tatsächlich die Polaren erst einmal zu bekommen. Leider gibt es das Buch in allen Bibliotheken im Umeld nicht mehr, vielleicht ist es einfach zu alt. Ich werde da wahrscheinlich noch etwas googlen müssen, um ein Polar-Diagramm zu finden.
    Aber mal angenommen, ich habe die Polare vor mir liegen. Wenn ich beipsielsweise die Auftriebs- und Widerstandskraft berechnen wollte, hilft das Polaren-Diagramm, in dem ja cw über ca aufgetragen ist, noch nicht all zu viel. Ich brauche ja ein konkretes Wertepaar für die Beiwerte ca und cw, um die Kräfte zu berechnen. Das Diagramm liefert aber nur einen Beiwert, wenn ich den anderen vorgebe.
    Daher bin ich noch etwas unschlüssig, wie ich da nun weitermachen kann.

    (Mir ist klar, dass Ausprobieren wahrscheinlich schneller zum Erfolg führt. Aber ich derzeit auch an der Physik interessiert.)

    Viele Grüße,
    Bernhard.
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  15. #30
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    Zitat Zitat von Bernhard_2nd Beitrag anzeigen
    Das Diagramm liefert aber nur einen Beiwert, wenn ich den anderen vorgebe.
    Genau. Vorgeben tut man normalerweise ca. Denn das bestimmt die Fluggeschwindigkeit. Die Fragestellung ist also z.B.: "Wie sind die Leistungen bei 6.5 m/s?"

    Hast Du dann die Flugzeugpolare, kann man weitere Fragen stellen: "Bei welcher Geschwindigkeit habe ich die maximale Gleitzahl?" "Wie hoch ist diese?" Dito für die niedrigste Sinkgeschwindigkeit, die Mindestgeschwindigkeit u.ä.

    Polarendaten bekommst Du z.B. bei der University of Illinois, M. Selig:

    http://www.ae.illinois.edu/m-selig/u.../products.html

    Die Polare für das Goe417a könnte ich Dir scannen.


    In einer Volksbibliothek wirst Du das Buch kaum finden, da zu speziell. Über die Universitätsbibliotheken müsste es aber zu beschaffen sein. Käuflich ist es auch wieder.
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