Berechnungsverfahren Aerodynamik/Hydrodynamik

Hallo alle miteinander
Ziel dieses Threats ist es einmal zu dokumentieren, wie man bei der Auslegung/Berechnung eines Foils oder eines Flügelriggs vorgehen kann und auch zu zeigen wie man dafür die kostenlos verfügbaren Tools nutzen kann.

Zunächst jedoch möchte ich den Abholpunkt definieren: Dieser Threat dient nicht dazu die Aerodynamik von Beginn an zu erklären, sondern es wird ein gewisses Grundwissen vorausgesetzt. Zu diesem Grundwissen gehört, dass man versteht wie der Auftrieb entsteht (Bernoulli-Gleichung), was der ca-wert bzw. cw-wert ist und wie man sie berechnet und auch was es mit den Begriffen: Staudruck, Anstellwinkel, Nullwiderstand, induzierter Widerstand, Streckung, Wölbung, rel. Dicke, etc. auf sich hat.

Weil die Reynoldszahl für uns ganz besonders wichtig ist möchte ich ihr meinen ersten Post widmen:
Ich möchte für die Re-Zahl sensibilisieren und euch (noch-)einmal ein Gefühl dafür zu geben wie drastisch der Einfluss der Reynoldszahl ist. Dazu habe ich mal folgende Berechnung für euch vorbereitet:

Der Mainbeam eines 2m-Tris wurde als Tragfläche mit dem Profil Naca 6412 ausgelegt und mit einem festen Anstellwinkel von 6° eingebaut. Ich will diese Idee ebenfalls nutzen und baue für meine Mini40 eine entsprechende Verkleinerung des Beams. Wir wollen nun gerne wissen was die Tragflächen denn nun bei v_max (als scheinbarer Wind von vorne) für Auftrieb generieren.

Für die 2m-Version sei die Tragfläche entsprechend 2000x250x30 und v_max=7 m/s, also Re=125.000
Für eine Mini40 folgt für die Tragfläche 1200x150x18 und als Geschwindigkeit sei v_max=5 m/s angenommen, also Re=54.000

Mit diesen Werten lassen wir nun xfoil rechnen (wie das geht, dazu später mehr), et voila…. Hier sind die Ergebnisse:

Mini40:



2m:




Wärend bei der „großen“ 2m-Version die Strömung bis zum Schluss anliegt (wenngleich der Umschlag von laminar zu turbulent gut sichtbar ist) so ist die Auslegung bei der „kleinen“ Mini40 eine aerodynamische Katastrophe und die Strömung ist auf der Profiloberseite fast gänzlich abgelöst. Schaut man sich die Werte für ca (cl) bzw. cw (cd) und A/W (L/D) an wird die Fehlauslegung nochmal mehr als deutlich. Wenn man nun diese noch nicht ganz genauen Werte (Bodeneffekt und endliche Streckung wurden nicht berücksichtigt) für die Berechnung des Auftriebs/Widerstandes hernimmt, so ergibt sich:

2m: A = 19,6 N und W = 0,334 N
Mini40: A = 2 N und W = 0,231 N

Wenn nun solch ein drastischer Fehler schon bei der Übertragung des Profils von 2m auf Mini40 entsteht, dann kann sich sicherlich jeder vorstellen, wie groß die Fehler erst werden wenn man gut funktionierende Profile aus dem Flugzeugmodellbau (gleiche Dimensionen aber größere Geschwindigkeit), von größeren Trimaranen (höhere Geschwindigkeit und größere Dimensionen) oder gar der zivilen Luftfahrt (deutlich größere Dimensionen und Geschwindigkeiten) übernimmt. Ich möchte damit nur nochmal für das Thema Reynoldszahl sensibilisieren!

Sicherlich kann man mit optimierter Trimmung auch aus einer schlechten Profilauslegung noch einiges herausholen, aber für die Profilgebung sollte meiner Meinung nach die Reynoldszahl ein wichtiges, wenn nicht gar das entscheidende Auslegungskriterium sein!

Für solch niedrige Reynoldszahlen wie sie bei uns vorliegen eignen sich sog. Laminarprofile, diese sind vor Allem dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenrücklage sehr weit hinten liegt. Um sich ein solches Profil zu Basteln eignen sich in javafoil vor allem die Profile der Naca 6er-Serie und die TsAGI "B" Profile.

Doch mehr zur Benutzung von JavaFoil gibt es im nächsten Post….

Ist dies nicht allgemein bekannt???

Ist dies nicht allgemein bekannt???

Hier ein Reminder aus dem Archiv über die eigentliche Problematik,die leider nur in nicht allgemein zugänglichen Softwareprogrammen zu entnehmen sind
d.h. der Arbeitsbereich eines horizontalen Wings müsste die in der nachstehenden Kraftvektorberechnung auftretenden Kräfte abdecken können ????. Sonst reduziert es sich ausschließlich auf die Reduzierung des Beam-Strömungswiderstandes. Den halte ich persönlich im Mini40 Größenbereich für vernachlässibar im Beambereich.D.h. effektiv nicht allzuviel rauszuholen....Flugboote die im Bodeneffekt über der Wasseroberfläche fliegen existieren auch im Modellmaßstab. Nur die haben keine Wing/Rigg-Kraftvektoren zu kompensieren in einem Bereich bis ca. 20-30kp im ungünstigsten Fälle als plötzlich anschwellender Kraftvektor.
Im Foilerbereich setze ich Laminarprofile ein.
Hydro - FoilCalc V1.0
Nach langem Studium, vielen Überlegen und Umsetzung in ein Excel-Kalkulationssheet ist es soweit!

Hydro - FoilCalc V1.0

steht in der Rohfassung!

Mit dem Kalkulationssheet lassen sich alle wichtige Parameter und Konstruktionsvorgaben für einen Foilersegler vorgeben:
1. Wing- oder Segelfläche
2. Anstellwinkel zum scheinbaren Wind
3. Wahre Windgeschwindigkeit
4. Foilerflächen vorn und hinten
5. Cl- und Cd-Werte
6. Geometrie der wichtigsten Konstruktionsdaten und Bootselemte
7. Bootsgewicht uund Trimmgewicht (bei Bedarf)
8. Dampfdruck bei Wassertemperatur......ect.

Es errechnet aufgrund der Daten die:
1. Die scheinbare Windgeschwindigkeit
2. Auftriebs-, Quer- und Vortriebskräfte am Wing/Segel
3. Auftretende Reaktionskräfte an den Foils wie Auftrieb und Strömungswiderstand
4. effektive/aktive Foilerfläche
5. 3D-Momentenkkontrolle des gesamten dynamischen Systems
6. Überschuss an Vortriebskraft
7. erforderliche Auf- oder Abtriebskraft am Heckfoil sowie dessen Widerstand
8. Kontrolle ob Kavitation am vorderen Foil auftritt - ein highlight -!!
ect.....ect.
und das Beste.....das System segelt stabil in der horizontalen, trotz der Querkräfte...- wie die KIWIS es vormachen -

FoilCalc V1.0.pdf

Viel Spass beim Studium und analysieren.

P.S.: Ich habe sogar schon die Nesspresso der KIWIS damit gerechnet ......das geht und die Ergebnisse sind der Hammer. Nur ein Beispiel: bei 45 kn Boots speed treten neben der beginnenden Kavitation Auftriebskräfte am Leefoil von über 30 Tonnen auf!!! Da weiss man plötzlich warum die ORACLE die Ohren angelegt hat

Ohne ein wenig Theorie geht sowas halt nicht............ immer ne Handbreit Luft unterm Kiel
so long and have a good flight

Andreas

so 2. post... @andreas ich anworte später mal ^^

So nun geht es weiter mit JavaFoil…. Javafoil ist ein geniales Tool für den Entwurf, da bereit eine große Anzahl an Profilserien implementiert ist und man somit keine Probleme, das Passende Profil für sich auszuwählen/zu erstellen, vorausgesetzt man weiß schon grob was man haben will

Neben der Möglichkeit Profile auszuwählen kann ich mit dem Tool auch die Oberfläche modifizieren indem ich einfach die Oberflächenpunkte verschiebe, ich kann auch komplett eigene Entwürfe erstellen oder die unterschiedlichen Profile zu Mehrfachflügeln zusammenfügen. Was auch immer ich mir nun gebastelt habe, kann ich mir dazu nun auch noch diverse Dinge berechnen lassen, wie die Geschwindigkeitsverteilung/cp-Wert, das Strömungsfeld, die Umschlagpunkte der Grenzschicht und natürlich die Polaren und alle dazugehörigen Werte. Nicht zuletzt bietet mir JavaFoil auch noch die Möglichkeit meinen Flügel im Bodeneffekt (über ebenem Boden) bzw. im Fraude Effekt (über Wasser) zu betrachten. Scheinbar kann ich ALLES berechnen.

ABER dem ist leider nicht so… denn das große Manko von javaFoil ist die Berechnung von Ablösungserscheinungen, dazu ist javaFoil nämlich schlichtweg nicht im Stande. So schön also die Berechnungsmöglichkeiten sind, so wenig nützen sie uns. Während diese Einschränkung anderswo hinnehmbar ist, so sind die Reynoldszahlen bei uns so klein, dass Ablöseerscheinungen schon bei wenigen grad Anstellwinkel auftreten können, die Ergebnisse haben dann nichts mehr mit der Realität gemein. Um das zu demonstrieren habe ich mal eine Berechnung durchgeführt deren Ergebnisse wir später mit denen von Xfoil vergleichen werden. Doch nun langsam ganz von vorne.

Als erstes öffnen wir das Java Applet unter: http://www.mh-aerotools.de/airfoils/jf_applet.htm



In dem JavaApplet wähle ich nun unter Familie die Naca 6-er Reihe aus, stelle die rel. Dicke d/t auf 12% und die Dickenrücklage xd/t auf 70% ein. Links oben befinden sich die Koordinaten der Profilpunkte, die wir später noch brauchen werden. Mit dem Buton Speichern kann ich mir diese Koordinaten in einer Datei speichern, ich nenne sie einfach mal „Naca76-012.txt“. Kleiner Tipp an dieser Stelle: stellt die Koordinatenzahl nicht zu hoch ein, ihr müsst später jeden einzelnen Punkt nochmal manuell bearbeiten, lasst es am besten auf 61. Mit der Datei haben wir nun die notwendigen Daten um das Profil später in Xfoil berechnen zu können.
Theoretisch könnten wir jetzt direkt in Xfoil weitermachen, aber ich hab ja gesagt zu Demonstrationszwecken führen wir hier noch eine Berechnung durch, dazu gehen wir auf den Reiter Polaren.



Zunächst müssen wir in dem Fenster die Reynoldszahlen ändern, wir streichen einfach überall eine 0 und klicken unten auf analysieren. Nach kurzer Wartezeit erscheint dann das Ca-Cw Diagramm, bei dem wir uns schon wundern ob so wirklich die Polare aussehen soll. Mit einem Klick auf die 30000 bekommen wir die Beiwerte für die Berechnung bei Re = 30000.



Interessant sind davon eigentlich nur die ersten 3 Spalten, die wir uns einfach mal für den späteren Vergleich merken wollen… im nächsten Post zeige ich euch dann die importierung in xfoil und die dortige Berechnung der realistischeren werte unter berücksichtigung der Ablösephänomene….

fein rechne mal mit ca. 8m/s dort liegen die V Mini40 z.Zt. max,gemessen.
Nun bitte den Vorflügel(Fok) berechnen, der beinflusst sehr stark die Strömungsgeschwindigeit und das -verhalten am Hauptsegel(Hauptflügel)D.h. du musst ein physikalisches Strömungsmodell aufbauen.Sonst passt das Modell nicht.

Gruß

Rene

GER 530

na jetzt haben sich aber zwei gefunden....... :-)
Und am Schluss überrundet euch Karl mit seinem "konventionellen" Boot.

ne Chris, frag mich nur immer, warum fangen die immer wieder bei Adam und Eva an....?
anstatt sich in die Thematik einzuarbeiten,physikalische Zusammenhänge des Segelns in Lösungsmodelle umzuwandeln und mathematisch abzuleiten ins Formelwerk anstatt mit irgendwelchen Programmkenntnissen, die nur Teilaspekte erfassen können, zu arbeiten...
Hier in RC-Network sind schon abermals solche Betrachtungen durchgeführt worden. Wir haben logischerweise Vorflügel die zu völlig anderem Strömungsverhalten und -geschwindigkeiten führen. Und dies auch noch unterschiedlich bezogen auf die Beams luv- und leeseitig. Dto auf den Flügel wechselseitig.Sonst gäbs nun auch keinen Vortrieb und Kränkungsvektor der auf Floats und Foiler wirkt..
Andreas sollte vielleicht mal abhelfen.

Ansonsten nichts für Ungut...
Wann gehst Du nach Schweden?

Gruß

Rene

multihull40 schrieb:

Hier ein Reminder aus dem Archiv über die eigentliche Problematik,die leider nur in nicht allgemein zugänglichen Softwareprogrammen zu entnehmen sind
d.h. der Arbeitsbereich eines horizontalen Wings müsste die in der nachstehenden Kraftvektorberechnung auftretenden Kräfte abdecken können ????. Sonst reduziert es sich ausschließlich auf die Reduzierung des Beam-Strömungswiderstandes. Den halte ich persönlich im Mini40 Größenbereich für vernachlässibar im Beambereich.D.h. effektiv nicht allzuviel rauszuholen....Flugboote die im Bodeneffekt über der Wasseroberfläche fliegen existieren auch im Modellmaßstab. Nur die haben keine Wing/Rigg-Kraftvektoren zu kompensieren in einem Bereich bis ca. 20-30kp im ungünstigsten Fälle als plötzlich anschwellender Kraftvektor.
Im Foilerbereich setze ich Laminarprofile ein.
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Nach langem Studium, vielen Überlegen und Umsetzung in ein Excel-Kalkulationssheet ist es soweit!

Hydro - FoilCalc V1.0

steht in der Rohfassung!

Mit dem Kalkulationssheet lassen sich alle wichtige Parameter und Konstruktionsvorgaben für einen Foilersegler vorgeben:
1. Wing- oder Segelfläche
2. Anstellwinkel zum scheinbaren Wind
3. Wahre Windgeschwindigkeit
4. Foilerflächen vorn und hinten
5. Cl- und Cd-Werte
6. Geometrie der wichtigsten Konstruktionsdaten und Bootselemte
7. Bootsgewicht uund Trimmgewicht (bei Bedarf)
8. Dampfdruck bei Wassertemperatur......ect.

Es errechnet aufgrund der Daten die:
1. Die scheinbare Windgeschwindigkeit
2. Auftriebs-, Quer- und Vortriebskräfte am Wing/Segel
3. Auftretende Reaktionskräfte an den Foils wie Auftrieb und Strömungswiderstand
4. effektive/aktive Foilerfläche
5. 3D-Momentenkkontrolle des gesamten dynamischen Systems
6. Überschuss an Vortriebskraft
7. erforderliche Auf- oder Abtriebskraft am Heckfoil sowie dessen Widerstand
8. Kontrolle ob Kavitation am vorderen Foil auftritt - ein highlight -!!
ect.....ect.
und das Beste.....das System segelt stabil in der horizontalen, trotz der Querkräfte...- wie die KIWIS es vormachen -

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P.S.: Ich habe sogar schon die Nesspresso der KIWIS damit gerechnet ......das geht und die Ergebnisse sind der Hammer. Nur ein Beispiel: bei 45 kn Boots speed treten neben der beginnenden Kavitation Auftriebskräfte am Leefoil von über 30 Tonnen auf!!! Da weiss man plötzlich warum die ORACLE die Ohren angelegt hat

Ohne ein wenig Theorie geht sowas halt nicht............ immer ne Handbreit Luft unterm Kiel
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Andreas

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Rene,

abgesehen davon, dass du meine Beschreibung schlecht zitierst und besser auf meinen damaligen FoilCalc fred hättest verlinkt hinweisen können vermischt du wieder einmal alles wie ein turbulentes Gasmolekül.

Du solltes vielleicht einfach mal Heiko hier zuende herleiten lassen. Es geht hier ja um einen aerodynamisch gestalteten Beam, an welchem grundlegende Phänomene bzgl. der Re-Zahl erläutert werden. Dies am Beispiel eines Mini40 und 2m.

Du lenkst hier vom Thema ab.
Hydrofoils und Wingsegel kommen erst im 4. Semester!!!

@tubartuluk, mach weiter so!!!!

Hallo Andreas ich mische gar nichts, die Unterschiede in den Rezahlen und auch in der fraudchen Zahl sind schon öfters im Makro- und Microbereich hier betrachtet, gerechnet worden. In der Umsetzung auf dem Wasser konnten dies bisher nicht wesentliche Vorteile herausarbeiten.
Das Segel arbeitet nach dem Vorflügelprinzip,welches nachvollziehbar in diesen relativen niedrigen Geschwindigkeitsbereichen mit guten Vortriebs(Auftriebswerten) aufwartet. Allerdings wird das Strömungsverhalten auf der Flügeloberseite(Leeseite)sehr stark mit beeinflusst.
Deshalb kann man nach meiner Auffassung nur das Gesamtmodell(Gesamtzusammenhang) physikalisch betrachten.
Dto gilt für die Beams,die V ist zwangsweise ungleich auf Luv- und Leeseite. Allerdings ist die Spannweite bei Mini40 nach meiner Aufassung zu gering bei den erreichbaren Geschwindigkeiten um hier den Effekt positiv mitzunehmen. Zumindest war dies mein Eindruck bei meinem ersten Mini40 RC Tri Freighttrain der einen Flügelbeam hatte.
Ich sah da keinen Unterschied und erkärte dies mir mit dem Ansprechverhalten bei niedrigen Geschwindigkeiten unter böigen Windbedingungen.

Gruß

Rene

zum zu xfoil

zum zu xfoil

So nun geht es weiter mit Xfoil, das wir zunächst erst einmal herunterladen müssen…

Unter http://web.mit.edu/drela/Public/web/xfoil/ finden wir etliche Dokumente und im Bereich Software (gleich die 1. Datei) auch das von uns gewünschte Programm. Die xfoil_doc.txt unter Documents kann man sich auch herunterladen falls man mal was nachschlagen möchte.

Die .rar entpacken wir und gehen dort in den Ordner bin wo wir unsere Anwendung xfoil finden. In diesen Bin Ordner müssen wir auch noch unsere Naca67-012.txt kopieren/verschieben, da wir Dateien nur von dort importieren können.

Bevor wir die Datei jedoch importieren können müssen wir sie zunächst händisch verändern.



In der Datei ist die erste Zeile der Name den wir der Datei gegeben haben, diese Zeile löschen wir. Danach kommen die einzelnen Koordinaten in Form einer Zahl mit 8 Nachkommastellen, Tab, wieder Zahl mit 8 Nachkommastellen. Diese Koordinaten müssen wir in das Format 5 Leerzeichen, Zahl mit 6 Nachkommastellen, 4 Leerzeichen, Zahl mit 6 Nachkommastellen ändern und das Punkt für Punkt (jetzt wisst ihr warum ihr die 61 Koordinatenpunkte lassen solltet )

Nun können wir xfoil öffnen und mit dem Kommando „load Naca67-012.txt“ dann unser Profil importieren, wir müssen dem Profil jetzt nur noch einen Namen geben, am besten wieder naca67-012. Wir haben nun aber lediglich die Punkte, müssen diese also noch verbinden und die Oberfläche glätten was wir mit dem Kommando „pane“ vollziehen. Wenn wir wollen können wir uns das Ganze mit „gdes“ nun mal anschauen, so müsste es ungefähr aussehen. Anschließend im Menüfenster ein beherztes Enter und wir kehren wieder in das Obermenü Xfoil zurück. Falls wir übrigens mal nicht wissen was wir tun sollen, können wir mit „?“ die Liste der in dem entsprechenden Menü ausführbaren Befehle erhalten.



Sollte gdes schwarz bleiben einfach nochmal mit Enter ins Obermenü zurück nochmal pane und nochmal gdes eingeben (und danach ins Obermenü zurückkehren).

Geben wir nun „oper“ ein kommen wir in das eigentliche Arbeitsmenü: operi. Das i steht für inviscous, soll heißen auch reine Potentialtheorie ohne Ablösephänomene. Den Modus ändern wir mit „visc“ und anschließend der Reynoldszahl „30000“ oder direkt mit „visc 30000“. Dem aufmerksamen Beobachter ist aufgefallen, dass sich nun der Modus auf Operv geändert hat und: richtig, das v steht für viscous. Nun können wir mit „alfa x“ den Anstellwinkel auf x einstellen, wählen wir einfach mal alfa 5. Nach kurzer Rechenzeit wird außer dem Profil noch die Grenzschicht (gelbe Linie) dargestellt. Sollte dick und fett in rot *Not Converged* dastehen, dann ist die Lösung noch nicht konvergent, das heißt es wurde noch keine Lösung gefunden. Mit „!“ wiederholen wir den letzten Befehl, in dem falle alfa 5, er setzt also die Rechnung fort. Manchmal dauert das aber eine ganze Weile und es kann nerven jedes Mal „!“ einzugeben. Stattdessen können wir auch mit „iter“ die Anzahl der Iterationsschritte einstellen, voreingestellt sind 10, ich erhöhe immer auf 1000. Nachdem die Lösung konvergiert ist sieht das Ganze dann so aus:



Auf diese Art und Weise können wir einfach ein wenig rumspielen und uns anschauen wann und wo die Strömung am Profil ablöst. Nun wollen wir ja aber nicht spielen sondern systematisch Arbeiten.

Die einfachste Möglichkeit dies zu tun ist der im oper Menü ausführbare Befehlt PACC. Nun fragt er mich nach einer save file und einer dump file, für die savefile denken wir uns einen passenden Namen aus, z.B. ca_Naca67-012.txt, bei der dump file können wir beherzt auf Enter drücken. Nun dokumentiert er alle Ergebnisse in der entsprechenden Datei.

Ich kann nun nacheinander alfa 0 bis alfa 18 durchtippen bis die Lösungen konvergiert sind und xfoil schreibt die Erbegnisse in der Reihenfolge in der ich die Befehle ausgeführt habe. Mit dem Befehl „aseq“ kann ich allerdings auch eine Sequenz über den Anstellwinkel laufen lassen. Es müssen nur Anfangs- und Endwinkel sowie die Schrittgröße eingetragen werden und xfoil rechnet automatisch alle Winkel durch. Nachteil an dieser Variante ist, dass falls nach vorgegebener Iterationszahl noch kein Ergebnis vorliegt er den jeweiligen Anstellwinkel auslässt. Rechnet man ihn später nach, so wird er hinten angefügt und man muss das ganze neu sortieren. Um sich das Sortieren zu sparen erhöhen wir die Anzahl der Iterationsschritte auf 10.000 um auf Nummer sicher zu gehen. Wir führen die Sequenz aus, lassen den Computer kurz rechnen und öffnen anschließend die .txt um uns die Ergebnisse anzuschauen.



Auffällig ist der deutliche ca-Anstieg bei alfa=7, hier könnte man an der Richtigkeit der Ergebnisse zweifeln. Schaut mal sich das ganze jedoch nochmal für alfa=6 bzw. 7 an so wird klar woran das liegt. Bis 6° haben wir eine laminare Grenzschicht, welche ablöst und ein großes Ablösegebiet verursacht, gleichzeitig wandert mit steigendem Anstellwinkel der Ablösepunkt nach vorne. Bei 7° ist der Ablösepunkt noch vor der Dickenrücklage, sodass die nun turbulente Strömung erneut anlegen kann.

Doch nun zum Vergleich mit javafoil, bei den Werten dort steigt ca deutlich stetiger mit dem Anstellwinkel und es sind keine Anzeichen eines Umschlages der Grenzschicht erkennbar. Auch scheinen die Werte nicht in Gänze die Auftriebsreduzierung durch die Ablösung zu berücksichtigen. Gleiches gilt im Übrigen auch für cw, nach einem Umschlag der Grenzschicht von laminar zu turbulent steigt der Widerstand dabei deutlich an, dies ist bei den Ergebnissen von javafoil nicht zu erkennen, stattdessen steigt der Widerstand hier kontinuierlich mit dem Anstellwinkel.

soviel erstmal zu xfoil... morgen geht es weiter

@rene: ich glaube du missverstehst den sinn und zweck dieses Threats...
es geht einfach darum euch das WERKZEUG cfd etwas näher zu bringen, da man damit VOR dem Bau deutlich genauer liegen kann als mit seinem Bauchgefühl. Natürlich kann Erfahrung durch nichts kompensiert werden und natürlich bleibt auch das anschließende optimieren auf dem wasser immernoch ein muss! Natürlich lässt sich ein konventionelles Rigg mit Vorsegel nicht mit einem Programm berechnen, welches FLÜGELPROFILE mit unendlicher Spannweite betrachtet, sondern würde ein komplexeres Modell benötigen. Aber in der Schule in Mathe lernt man ja auch nicht erst die Integralrechnung und dann das kleine Einmaleins... soll heißen der Weg geht immer vom einfachen zum schweren!

Im Übrigen frage ich mich warum du aus meiner Präsentation des Einfachen gleich schlussfolgerst, dass ich das schwere nicht verstanden habe? Ich meine gut, ich bin grade erst hier im Forum aufgetaucht, aber hey: trust me i'm an engineer

Mit den Beams wollte ich übrigens rein gar nichts bezwecken, den hab ich nur genommen habe weil ich da die Abmaße fix parat hatte und bei nem Flügelrigg erst hätte schauen müssen. Genauso gut hätte man nen T-foiler nehmen können, wäre vom Prinzip ja genau das gleiche gewesen. Moment mal, da haben wir ja schon unser erstes Bauteil das wir jetzt bereits vollständig auslegen/berechnen können.

Also ich möchte nochmal darauf hinweisen, dass es mir hier nicht darum geht einzelne sinnvolle oder sinnlose konstruktionsvorschläge zu machen (das täte ich dann woanders), sondern ich möchte nur zeigen, wie man was berechnen kann und wo die grenzen liegen... anschließend kann ja immernoch jeder entscheiden ob er dieses werkzeug nutzen will oder eben nicht.... und wenn du meinst es taugt nichts, musst es ja auch nicht verwenden, aber hey... dein boot wird trotzdem schneller bleiben als meine nächsten 10 sein werden ^^

Du ich kritisiere nicht Deinen Versuch näher an die Realbedingungen heranzurechnen. Das versuche ich auch. Im Grundverständnis sehe ich in den physikalischen Gesetzen abhängig vom Geschwindigkeitsbereich 0-8m/s die wirksam werden erstmal grundsätzlich keinen Unterschied zwischen Rigg/Segel und Flügel mit Fok. D.h. mit einer Ausnahme, ein Rigg/Segelprofil stellt sich selbst ein bei konstanter Trimmung.In der Regel aber nicht als Laminarprofil...Warum? Vorflügel -Strömungsänderung. Die Unterschiede liegen im Arbeitsbereich Wind-Geschwindigkeit, Auftrieb (Polare) der Tragflächendimensionen und Widerstandsbeiwert, diese verändern sich leider nicht proportional im Mikrobereich, erst recht nicht in unterschiedlichen Medien Luft, Wasser/Luftgemisch und Wasser . Auch der Anstellungswinkel 6 ° ohne Definition +- 1-3° erscheint mir etwas fraglich.Nun mach mal weiter. Mal schauen wie du die unterschiedlichen physikalischen Rahmenbedingungen mit einander verknüpfst.

Gruß

Rene

Ar/Hy

Ar/Hy

ich bin grade erst hier im Forum aufgetaucht, aber hey: trust me i'm an engineer .

Hallo das ist schon ,aber 25j unt ni ein model schiff zo wie diese gebaut unt , dan diese einspruch, das von Hydroptere ,unt andere Tri/Cat segeler kunte ich mit einstimmen, aber in das bereich von dich mit diese ausprachen ,ist ein bisshen
Habe eine antword drauf , Wasser/Wind ist nicht Scale , AUF ein Model , Segelt kein bemannung , daher ist es nicht mit earodynamica unt fusieken su berechnen ,kla flugel sind da schon einewichkeid da , aber die nutzen das auftrieb wind/termiek , aber wasser klebt immer , aber ich bin ein komplettes ohr, + gesehen .


gr Herman

soo... kleiner Post in der Frühstückspause....
also gestern haben wir gesehen, dass nach dem Umschlag der Strömung von laminar zu turbulent die Strömung (bzw. Grenzschicht) länger im Stande ist an der Oberfläche anzuliegen, bevor sie ablöst, gleichzeitig steigt aber auch der widerstand (i.d.R. aber unterproportional zum Auftrieb)...

Es gibt nun die Möglichkeit mit sog. Turbulatoren diesen Umschlag zu erzwingen. Dazu kann man z.b. einen dünnen Draht bei 20% der Lauflänge auf die Oberfläche aufbringen. Ich benötige in xfoil allerdings eine stetige Oberfläche, weshalb ich eine Beule fabriziert habe.



ablauf der berechnung ist die gleiche, auch wenn die zahl der iterationsschritte deutlich höher ist (~10000]

hier die ergebnisse:



man sieht, der Auftriebsanstieg findet schon bei ein paar grad weniger statt, ich verbessere also das verhalten bei 4-6°, ansonsten verändert sich nicht viel....
das ist nur ein kleiner einschub gewesen um mal die turbulatoren zu nennen, wer mehr darüber wissen will kann sich ja da gerne belesen
so ich muss wieder arbeiten ^^

Rechne mal weiter, Turbolatoren gibts schon,Mastvertagungen und Wanten...
Meine Hypothese ist:
Multihulls rein rechnerisch auf 8m/s optimiert führt zu Konstruktiven Lösungen die Startrampen bzw Motoren benötigen um auf Arbeitsgeschwindigkeit des Flügelriggs und Foiler zu kommen.Wehe Du unterschreitest die 3-4m/s,dann liegst Du im Teich...
Herman, das mit Honig oder Sirup haben wir Ihm schon mehrfach gesagt.Andreas meinte ,daß kommt erst in Semester 4

Gruß


Rene

Ach Rene, ich weiß gar nicht warum du dich so arg auf dein Segel versteifst, jenem Element wofür diese Methode am denkbar ungeeignetsten ist....

Aus meiner Sicht ist die komplexität der Ramenbedingungen und somit der Aufwand der Berechnungen in folgender Reihenfolge aufsteigend: Beam (ohne sonst. Einflüsse), T-foil (ohne Einflüsse), V-foil, Flügelrigg, T-foil (Ruder), Flügelrigg mit Vorsegel, Segel und zuletzt das Segel+Fock..... Mit javafoil/xfoil kann man vielleicht die ersten 4 davon vernünftig berechnen, da es eben nur 2D-cfd Programme sind und wir spätestens ab dem 5. dann 3D-Phänomene Betrachten (denn auch eine variable Sehnenlänge über die Spannweite gehört dazu). Um diese vernünftig zu betrachten braucht man logischerweise entsprechende 3D-cfd Programme, welche aber vom Aufwand/Nutzen her für den Modellbau ungeeignet sind, da mit Kanonen auf Spatzen geschossen wird.

Herman, das mit Honig oder Sirup haben wir Ihm schon mehrfach gesagt.Andreas meinte ,daß kommt erst in Semester 4

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aber spätestens hiernach komme ich nicht umhin zu vermuten, dass du eher an Kontra interessiert bist denn an konstruktiven diskussionen.... von daher: wayne

So nun aber wieder zurück zum Thema!
Wie man sich die aerodynamischen Beiwerte eines Profils berechnet, wisst ihr spätestens jetzt, allerdings handelt es sich bei den so errechneten Flügeln um Flügel unendlicher Streckung, welche in der Realität ja schlecht realisierbar sind

Bei einem Flügel endlicher Streckung kann man sich das Ganze wie folgt darstellen: Durch die Profilgebung erzeuge ich oberhalb des Flügels Unterdruck und unterhalb Überdruck und somit Auftrieb. Beim unendlichen Flügel kann der Druckausgleich (also die Strömung vom Hoch- zum Tiefdruckgebiet) nur vor und hinter dem Flügel erfolgen weil der seitliche Druckausgleich durch die Flügel verwehrt wird. Die Strömung sorgt dafür, dass der Druckausgleich hinter dem Flügel geschieht, d.h. solange wir dort nicht noch einen anderen Flügel haben braucht uns das nicht weiter interessieren.

Beim endlichen Flügel dagegen gibt es an den Flügelenden noch eine seitliche Umströmung, die sog. Randwirbel oder Wirbelschleppen. Diese sorgen zum einen für teilweisen Druckausgleich (also weniger Auftrieb im Randbereich) zum anderen für Energieverluste, welche sich in Form eines erhöhten Widerstandes bemerkbar machen. Absolut steigen die Verluste je größer der Druckunterschied (hoher ca-Wert) zwischen Ober- und Unterseite ist. Auf den Flügel bezogen steigen die Verluste je geringer die Streckung ist.
Streckung = Flügelfläche/Spannweite² bzw. Sehnenlänge/Spannweite (Rechteckflügel).

Zuerst berechne ich den reduzierten Auftriebsbeiwert mit ca_endl=ca_unendl. * Streckung / (Streckung + 2)
Mit diesem Auftriebsbeiwert kann ich nun noch den induzierten Widerstand berechnen: cw_induz.=ca_endl²/(pi*Streckung*Oswaldfaktor)
der Oswaldfaktor gibt an wie nahe die Auftriebsverteilung dem Ideal (flach-elliptische Verteilung) kommt. Im Idealfall ist sie 1, für Rechteckprofile ohne veränderlichen querschnitt (also unsere) etwa 0,75

zum cw_induz kommt noch der Nullwiderstand cw_0 des Profils, also genau jener widerstand den das profil hat wenn es keinen Auftrieb erzeugt. Bei symmetrischen Profilen also der Widerstand bei einem Anstellwinkel von alfa=0.

Wir haben nun also die tatsächlich vorhandenen Profilwerte abgeschätzt und können nun mit ca und cw=ca_i+cw_0 in unserer ganz persönlichen Auslegung fortfahren.
Im nächsten Post rechne ich mal einen T-Foil und ein V-Foil durch...
bis dann also...

turbartuluk schrieb:

...
aber spätestens hiernach komme ich nicht umhin zu vermuten, dass du eher an Kontra interessiert bist denn an konstruktiven diskussionen.... von daher: wayne
...

Zum Vergrößern anklicken....

Die Erkenntnis kam jetzt aber schnell!

Aber vielen Dank für Deine interessanten Ausführungn. Bin gespannt wie es weiter geht. Ich kannte die Programme bisher nicht. Hilft bestimmt das eine oder andere mal.

Lass Dich bitte nicht beirren, wenn es nicht anders geht bitten wir Konrad die störenden Sabbeleien zu entfernen.
Grüße

Jens

Ja man darf ja nicht so vorschnell sein mit seinen Schlussfolgerungen, schon gar nicht wenn man der neue ist ^^
Aber nach dem Spruch war ich mir da ziemlich sicher

Hi Turbatuluc,
mach mal weiter und lass Dich nicht beirren.Und wenn die Segler nicht wollen dann kommst Du halt zu den Rennbooten .Für einen Ultimativ ausgelegtes Rekordboot gibt es immer bedarf.Speed etwas mehr mit 240 km/h aufwärts.Ich lese aufmerksam mit.
Danke .

@Rene: ja die theorie eines Segels und eines Profils ist prinzipiell auch die gleiche, allerdings gibt es da entscheidende Unterschiede! Die Form des Segels wird durch den Winddruck definiert, das heißt ich habe eine variable Wölbung, was nicht immer gut sein muss. Gleichzeitig habe ich auch eine ziemlich scharfe Vorderkante, da der "Nasenradius" recht klein ist. Deshalb kann ich mit einem Segel niemals die Auftriebsbeiwerte und auch nicht die aerodynamische Güte eines Tragflügels erreichen. Beim Kiss-Prinzip dagegen punktet das Segel dagegen ordentlich.

Was den Threat hier angeht kann ich dir aber schon versprechen, dass ich das Segel nicht aufgreifen werde.... Grund dafür ist zum einen die nicht rechteckige Form (also die variable sehnenlänge) zum anderen die Tatsache, dass mit dem Bodenabstand auch die Windgeschwindigkeit zunimmt. Demzufolge ändert sich auch die scheinbare windrichtung. Außerdem kann ich auch das Profil nicht definieren, da es sich mit den Windbedingungen ändert und ich somit bei einem anderen Kurs ein anderes Profil bekomme und das Profil auch über die Höhe des Segels variiert. Über die Spannweite habe ich somit Veränderungen der Sehnenlänge (und somit der Reynoldszahl), des Profils (soweit ich es denn bestimmen kann), der Windstärke und der Windrichtung (Anstellwinkel). Wer auch immer das berechnen möchte dem Wünsche ich viel Spaß, aber ich machs bestimmt nicht
Achso.... und wenn du dann die Fock noch betrachten willst wird das ganze natürlich noch viel einfacher!

@Lucas:
speedboote hab ich mir auch schon paar gedanken gemacht, aber da hängt viel mehr an der elektronik als an der Aerodynamik.... was Aerodynamik angeht brauchst du am Heck eigentlich nen fetten Spoiler der dich am Wasser kleben lässt und das ist auch schon die Halbe miete. Außerdem muss am besten aerodynamisch das aufbäumen effektiv verhindert werden, gleichzeitig will ich aber am bug auch keinen großen Abtrieb erzeugen, da ich ja das gleiten nicht behindern will... interessant wird hier mM nach vor allem die Längsstabilität des Profils und in dem Zusammenhang der Momentenbeiwert cm. kannst dich in die Richtung ja schon mal ein wenig belesen