Profilstraknutzung
Profilstraknutzung
Hallo Zusammen,
keinesfalls habe ich die Absicht, in die allgemeine "Profildiskussion" einzusteigen. Allerdings fällt mir in diesem Forum öfter auf, dass die Profile aus den hier:
http://www.rc-network.de/forum/show...lügelgrundriss?p=590919&viewfull=1#post590919
und hier
http://www.rc-network.de/forum/show...l-für-ASW-15?p=1237528&viewfull=1#post1237528
vorgeschlagenen Profilstraks nicht wie ursprünglich entworfen eingesetzt werden. Das mag trotzdem oftmals zu befriedigenden oder guten Ergebnissen führen, sehr gut wird es dann in aller Regel aber nicht. Die Frage lautet demnach: Wie kann ich die vorgeschlagenen Profile als Laie auf bestmögliche Weise für mein Projekt einsetzen?
Dafür genügen die Grundrechenarten und ein paar einfache Formeln, die man nicht mal zwingend im Detail verstehen muss.
Entworfen wurden die oben angesprochenen Profilstraks jeweils für Scalegroßsegler einer bestimmten Geometrie und Flächenbelastung. Diese beiden Größen sollte man von seinem eigenen Projekt kennen, bzw. in der Lage sein, eine realistische Abschätzung der Flugmasse zu treffen. Für den Profilentwurf lassen sich diese Parameter in eine einzige, dimensionslose Kenngröße zusammenfassen: die Reynoldszahl multipliziert mit der Wurzel aus dem Auftriebsbeiwert. Dieser Kennwert bleibt über den gesamten Geschwindigkeitsbereich eines Flugzeuges in einem Profilschnitt konstant, wenn man horizontalen Geradeausflug bei einfacher Erdbeschleunigung annimmt. Für kleine Gleitwinkel gilt diese Annahme in guter Näherung auch für Segelflugzeuge. In Xfoil heißt das Ganze Type 2 Polare und kann in der Anleitung nachgelesen werden:
http://web.mit.edu/drela/Public/web/xfoil/xfoil_doc.txt
Jetzt aber zur einfachen Rechenvorschrift:
Gegeben sind die entworfenen Profilschnitte für bestimmte Re*Wurzel(ca) Werte. Gesucht werden die Re*Wurzel(ca) Werte für die Flügelgeometrie des eigenen Projekts mit dem Ziel, damit die bereits entworfenen Profile optimal auf der gegebenen Geometrie zu verteilen.
Um die Berechnung besonders einfach zu machen, kann man ausnutzen, dass die Wurzel von eins ebenfalls eins ergibt. Für einen Auftriebsbeiwert von ca = 1 gilt also, dass die Reynoldszahl Re = Re*Wurzel(ca) ist. Für einen Flügel mit fast elliptischer Zirkulationsverteilung kann man ruhigen Gewissens annehmen, dass der lokale Auftriebsbeiwert ca in guter Näherung konstant entlang der Spannweite ist und ~ gleich dem Gesamtauftriebsbeiwert cA. Die Gleichung dafür lautet:
cA = (m*g)/(roh*0.5*V^2*F) mit
m = Abflugmasse
g = Erdbeschleunigung (9.81m/s^2)
roh = Luftdichte (1.1673kg/m^3 in 500m Höhe)
V = Fluggeschwindigkeit
umgestellt nach V um die Fluggeschwindigkeit für cA = 1 auszurechnen ergibt sich:
V = Wurzel ((m*g)/(roh*0.5*cA*F)) (1)
Mit dieser Gleichung (1) muss man jetzt das erste Mal tatsächlich rechnen. Mit einer realistisch geschätzten Abflugmasse und cA=1 bestimmt man die Fluggeschwindigkeit, für die im Folgenden die Reynoldszahl bestimmt wird:
Re = V*t/nü (2) mit
V = Fluggeschwindigkeit
t = lokale Flügeltiefe
nü = kinematische Viskosität der Luft (0.000015195m^2/s in 500m Höhe)
Diese Gleichung (2) wertet man jetzt für alle Flügelschnitte aus. Die berechneten Re = Re*Wurzel(ca) Werte benutzt man, um z.B. die oben genannten Profile auf dem eigenen Flügelgrundriss zu verteilen. Abweichungen von ~ +/-10% in der Reynoldszahl sind völlig unkritisch. Beim Außenprofil dürfen es auch bis zu ~20% sein. Der Hintergrund ist, dass die Außenprofile sehr gutmütig entworfen sind (so weit das die geforderte Mindestprofildicke erlaubt) und daher etwas mehr Toleranz vorhanden ist, was den Reynoldszahlbereich anbelangt.
Die Rechnungen sind sehr einfach, trotzdem sollte man auf passende Einheiten achten - ich würde immer SI-Einheiten verwenden.
Als Beispiel an der DG mit den Tiefen ti=0.26m, tm=0203m und ta=0.09m ergibt sich für m=5kg -> V=9.473m/s und für m=8kg -> V=11.983m/s jeweils bei cA=1. Damit sind die Re*Wurzel(ca) Werte für m=5kg:
Re*Wurzel(ca) innen: ~162000
Re*Wurzel(ca) mitte: ~126500
Re*Wurzel(ca) außen: ~56000
und für m=8kg:
Re*Wurzel(ca) innen: ~205000
Re*Wurzel(ca) mitte: ~160000
Re*Wurzel(ca) außen: ~71000
Wie man sieht, hat die Masse einen gewissen Einfluss. Die Wahl des passenden Ausgangsprofilstraks hängt jetzt davon ab, welche Abflugmasse bevorzugt eingesetzt wird bzw. realisiert werden kann. Hat man die Möglichkeit öfter schwer zu fliegen, würde ich die Profile des ASH26 Straks empfehlen. Wenn tatsächlich 5kg Abflugmasse eingehalten werden können, sind die Profile des Straks der kleineren ASW15 zu empfehlen. Mit "Feinanpassungen" der Profile nur über Dicke und Wölbung wäre ich sehr vorsichtig, da dann die Schnellflugleistungen leiden könnten.
In diesem Sinne viel Erfolg beim basteln und fliegen:
Benjamin
) !
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