Hilfe bei der Tragflächenberechnung

Hallo zusammen,

ich bin neu in dem Forum, weil ich Unterstützung brauche bei dem ersten Versuch, ein Flugzeugmodell selbst zu berechnen. Also, im speziellen die Tragflächen zu berechnen. Ich habe mich jetzt einige Zeit mit FLZ Vortex beschäftigt, bin aber nicht sicher, ob das was ich da ausrechne, auch funktionieren kann.

Ich möche einen Doppelrumpf-Flugzeug bauen, mit 2 Zugpropeller vorn und 2 Druckpropeller hinten. Später soll das ganze dann mal als Quadcopter senkrecht starten (durch 90 Grad drehbare Propeller), aber das nur am Rande. Zuerst brauche ich ein vernünfiges Flugzeugkonzept, vor allem die Tragflächen bereiten mir Kopfzerbrechen.

Ausgangspunkt ist das 2seas projekt (http://blog.soton.ac.uk/robotics/2seas-project/)
Spannweite: 3.74 meter
Leergewicht unbetankt: 20kg
Max Zuladung: 5kg
2 * Zweitakt-Beninmotor 28ccm, 8000rpm, 3.35PS
Control Software: open source Papparzzi
Durch insgesamt 4 Propeller und die entsprechende Motoriesierung möchte ich ein max. Startgewicht von 40kg erreichen. Das Flugzeug soll im Gewichtsbereich von 15kg bis 40kg zu fliegen sein. Und hier fangen vermtutlich die Probleme an: alle mir bekannten Referenzen haben eine schmale Gewichtsbandbreite, auf die sie optimiert sind.

Auf der Suche nach einem passenden Flügelprofil hab ich einmal das NACA 2415 und zum Anderen ein spezielles "High lift low Raynolds number Airfoil" Profil FX 63-137 (beschrieben in http://m-selig.ae.illinois.edu/uiuc_lsat.html) in FLZ Vortex ausprobiert. Neben dem 2seas Projekt möchte ich mich beim Bau an der OV-10 Bronco (http://de.wikipedia.org/wiki/Rockwell_OV-10) orientieren, da der Aufbau der Bronco meinen Anforderungen näher kommt. Die Bronco hat ein NACA 64A315 (Tragfläche und Höhenruder), was ich aber nicht in FLZ Vortex gefunden habe. Das Profil der 2seas ist unbekannt.

Wenn man die Flügel der Bronco mit der 2seas vergleicht, sieht der 2seas Flügel schlanker aus (mehr Segelflugzeug? vermutlich um Sprit zu sparen). Niedriger Spritverbrauch ist bei meinem Modell auch wichtig, aber Alltagsflugtauglichkeit / Manövrierfähigkeit ist noch wichtiger als niedriger Spritverbrauch. Also die Streckung der Flügel nicht so extrem wie bei der 2seas.

Mein aktueller Entwurf sieht überschlagsmässig so aus:
4 Motoren/Propeller mit je 11kg Schub = 44kg Schub total
Profil: "High lift low Raynolds number Airfoil" Profil FX 63-137
Spannweite 3m60
Flügeltiefe: 65cm
Streckung 5.5

Höhenleitwerk: NACA 0009, 1m26 * 40cm (viel tiefer als die Bronco, aber Scale Modelle haben häufig größere Höhen/Seitenleitwerke?)

FLZ Vortex gibt mir für 40kg aus:
Anstellwinkel 0.4 Grad
Auslegungs Ca 0.69532
Stabilitätsmaß 17.86129%
Fluggeschwindigkeit 18.87826m/s

Für 15kg
Anstellwinkel 0.41728 Grad
Auslegungs Ca 0.69532
Stabilitätsmaß 17.86129%
Fluggeschwindigkeit 11.79315m/s

Ich möchte die Spannweite nicht größer als max. 4 Meter, deshalb ist der Flügel rel. breit. Wenn mir hier jemand von den Profis Ratschläge geben könnte, was in meinem Fall ein "günstiges" Verhältnis Spannweite zu Tiefe der Tragfläche wäre, bzw. welche Konsequenzen das gewählte Verhältnis hat, wäre ich sehr dankbar.

Besonders beim Höhenruder musste ich massiv von der Bronco abweichen, weil ansonsten im FLZ Vortex die Geschwindigkeit so hoch ist (Geschwindigkeit im FLZ Vortex meint die Startgeschwindigkeit??). Ich kann aber auch völlig daneben liegen mit meinem Design, ich hab noch nie ein Flugzeug von Grund auf berechnet. Ich bin für jede Hilfe und jeden Ratschlag dankbar!

Ich habe noch folgende Formeln (aufgestöbert im Forum) angewendet
max. Startgewicht (MTOW): 40kg
Reisegeschwindigket: 125km/h = 35m/s
Startgeschwindigkeit: 40km/h = 12m/s

Flügelfläche:
(40kg*9,81m/s²) / 1,5 * 0,5 * (1,225kg/m³ * 1,225) * 144m²/s² = 2,42m²

Der Staudruck: q = 0.5 * v^2 * Rho = 0.5 * (35 m/s)^2 * 1.225 = 750 N/m^2.

Bitte alle möglichen Hinweise / Kritiken und Verbesserungshinweise zu meinem Design.

Vielen Dank
Anhang anzeigen Bronco40kg.flz

Hallo Erich,

erstmal Hut ab vor Deinem Projekt.

Selber konstruiert habe ich noch keine Modelle, da kann ich Dir außer mit ein paar Links nicht behilflich sein.

Was mir Gedanken macht, ist Deine Vorstellung die Motoren um 90Grad zu drehen.
Eigentlich ganz logisch, aber da es sich um Zug- bzw. Druckpropeller handelt, wird sich das Modell um seine Querachse drehen sobald die Motoren sich an der Gondel/Aufnahme drehen.
Oder liege ich gedanklich falsch?

Hier mal ein paar Links die ich raus gefunden habe:

http://www.hq-modellflug.de/fmfm-software.htm

http://www.modellflug-freakshow.at/downloads.html

http://wiki.rc-network.de/index.php/Kategorie:Modellflug-Software

http://www.ch-forrer.ch/Modellflug/Konstruieren/01-Einstieg_Konstruieren.htm

http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/64591-Software-für-den-Modellflug

Hoffe, dass ich Dir etwas weiter helfen konnte.

Viel Erfolg und lass es wissen wenn Du am Bau bist.

Gruß,

Michael

Ich arbeite nicht mit Vortex, deswegen ist mir der Arbeitsgang damit nicht genau klar, aber was auffällt:

Das Auslegungs-Ca von nur ca. 0.6. Damit ist das FX 63-137 noch lange nicht ausgereizt. Die Geschwindigkeit, die Dir angezeigt wird, hängt direkt von diesem Ca ab. Das FX kann auch als Modell mindestens 1, vermutlich auch mehr. Was dann den Auftrieb wieder etwas reduziert, ist die kleine Streckung (über den induzierten Anstellwinkel). Die Auslegung auf dieses Ca ist nicht verkehrt, beschreibt dann aber den Cruise-Fall. Die Landegeschwindigkeit ist deutlich niedriger, bedingt dann aber eine andere Anstellung des HLWs oder eine ausgeschlagene Klappe daran.

Legst Du in Vortex die Einstellwinkel der einzelnen Flächen oder eine EWD fest? Falls ja, dann spiel mal ein wenig damit herum.
Ein mehr negativ angestelltes HLW (mehr EWD) sollte das Ca hoch bringen und entspricht dann eher der Landekonfiguration.

Variierende Gewichte sind eigentlich kein Problem. Sie bewirken einfach andere Geschwindigkeiten bei sonst gleicher Konfiguration. Das kann bei einem kleinen Modell über die ändernde Reynolds-Zahl und damit stark ändernde Profileigenschaften dann Probleme machen. In der Grössenordnung die Du beschreibst, sollte das aber nicht so ins Gewicht fallen.

@Erich: Du bist dir aber schon bewusst, dass Du für die Gewichtsklasse eine Sonderabnahme für den Flieger brauchst?

Ich würde erst einmal etwas kleiner starten und ein Modell unter 25KG konstruieren.


VG,

Juergen

Tragfläche V2

Tragfläche V2

Vielen Dank für die Antworten.
@Michael: Danke für die vielen Links. Einige hatte ich vorher gekannt, aber es waren auch Neue dabei. Wegen der Drehung um die Querachse: Die 4 Motoren/Propeller verhalten sich bei Start und Landung wie ein Quadcopter (deshalb auch 4). Die Motoren drehen jeweils entgegengesetzt, womit sich das Drehmoment der Motoren aufhebt. Nach dem Start fliegt das Flugzeug mit Quadcopter Steuerung vorwärts, um Auftrieb durch den Flügel zu erzeugen. Um so schneller der Quadcopter fliegt, um so mehr Auftrieb macht der Flügel, wodurch die Propeller weiter in die Horizontale gedreht werden können. Bis er schließlich komplett in der Horizontalen ist. Es gibt schon einige solcher Flugzeuge, hier ein paar Links:
http://www.wingcopter.com/DE/Prototypen.html (deutsch)
http://forum.flitetest.com/showthread.php?6616-New-VTOL-concept-Hybrid-Airplane-tricopter/page2 (auch die NASA baut Modellflugzeuge....)
http://flitetest.com/articles/Quadshot

Diese Modelle haben alle mehr oder weniger ein normales Modellbau-Flugzeug, an das unten 2 Rohre angebaut sind, und an den Enden jeweils 2 BLCD Motore, drehbar (außer der Quad-Shot, der feste Motoren hat, und dann in der Luft dreht). Das 2-Rohre-am-Flugzeug Prinzip ist auch als Bixler bekannt.

@Markus: wie ich oben geschrieben habe, soll Start und Landung im Quadcopter Modus erfolgen, es soll ja ein Senkrechtstarter werden. Es soll zwar auch langsam und schnell fliegen können im Flugzeugmodus, was ich über die Klappen am Hauptleitwerk unterstützen möchte. Ja, in Vortex kann man die Anstellwinkel sowohl einzelner Flächen als auch der Tragfläche einstellen, und zusätzlich die Stellung der Klappen. Auf welche Auslegungs-Ca sollte ich optimieren? Könntest Du mir die wichtigesten Parameter und Werte nennen, die ich im Reiseflug erreichen sollte?

Ich habe nach dem Lesen der Links von Michael die Tragfläche etwas vergrößert, damit ich auf eine Flächenbelastung von 150g/dm2 komme. Dazu habe ich die Orginal-Bronco im Masstab 1:3 herunterskaliert. Die Tragfläche ist jetzt 4 Meter Spannweite * 0.65 Meter tief, Streckung 6.15 wie im Orginal. Beim Profil bin ich wieder auf das NACA 2415 zurückgegangen, weil es damit wohl viele gute Erfahrungen gibt, und ich mir bessere Alround-Flugeigenschaften erwarte, verglichen mit dem FX.

Vortex gibt mir jetzt die folgenden Daten aus (alle Klappen in 0-Stellung). Wenn mir die Profis sagen könnten, welche Probleme damit zu erwarten sind, bzw. in welche Richtung ich optimieren sollte, wäre mir sehr geholfen.
Anstellwinkel des Flugzeugs = -0.12868°
Schiebewinkel des Flugzeugs = 0.00000°
Gesamtmasse des Flugzeugs = 41.00000kg

Gesamt-Oberfläche (F_ges) des Flugzeugs = 2.69120m^2
Auftriebserzeugende Fläche (Fa) des Flugzeugs = 2.66000m^2
Seitenkraft erzeugende Fläche (FY) des Flugzeugs = 0.03120m^2
Momentenbezugslänge l_my, mittlere Bezugsflügeltiefe aller Tragflächen = 0.64149m

Flächenbelastung (Bezug Auftriebserzeugende Fläche Fa ) = 15.41353kg/m^2 = 154.13534g/dm^2
Luftdichte = 1.22500kg/m^3

Auftriebsbeiwert (CA_ges) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist Fa des Flugzeugs) = 0.14851
Seitenkraftbeiwert (CY_ges) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist FY des Flugzeugs) = -0.00000
Gesamter induzierter Widerstandsbeiwert (CWI_ges) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist F_ges des Flugzeugs) = 0.00157
Widerstand durch Profil-Reibung (CW_visc) (Bezugsfläche ist F_ges des Flugzeugs) = 0.00558
Interferenzwiderstand (Cw_int) (Bezugsfläche ist F_ges des Flugzeugs) = 0.00000
Rumpfwiderstand (Cw_rumpf) (Bezugsfläche ist die Rumpfquerschnittsfläche F_rumpf) = 0.00000
Gesamtwiderstand (CW_ges) = Cwi + Cw_visc + Cw_int + Cw_rumpf (Bezugsfläche ist F_ges des Flugzeugs) = 0.00715
Gleitzahl (E) des Flugzeugs = 20.53711
Steigzahl (epsilon) des Flugzeugs = 7.86824
Gleitwinkel des Flugzeugs = 2.7877 Grad
Sinkgeschwindigkeit (vs) des Flugzeugs = 1.98493 m/s
Fluggeschwindigkeit (v) des Flugzeugs = 40.76472m/s = 146.75299km/h

Momentbeiwerte um den Flugzeug-Nullpunkt (ZP), Bezugslänge ist l_my
Nickmomentbeiwert (CM_ZP) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist Fa des Flugzeugs) = -0.04511
Giermomentbeiwert (CN_ZP) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist F_ges des Flugzeugs) = -0.00000
Rollmomentbeiwert (CL_ZP) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist F_ges des Flugzeugs) = 0.00000

Momentbeiwerte um den Flugzeugschwerpunkt (XS) , Bezugslänge ist l_my
Nickmomentbeiwert (CM_XS) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist Fa des Flugzeugs) = 0.00005
Giermomentbeiwert (CN_XS) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist F_ges des Flugzeugs) = -0.00000
Rollmomentbeiwert (CL_XS) des Flugzeugs (Bezugsfläche ist F_ges des Flugzeugs) = 0.00000

Auftriebsanstieg im Bereich des Anstellwinkels = 3.99481
Druckpunktrücklage DPX ab dem Flugzeug-Nullpunkt in X-Richtung = 0.19506m
Druckpunkthochlage DPZ ab dem Flugzeug-Nullpunkt in Z-Richtung = 0.00495m
Schwerpunktlage (XS) ab dem Flugzeug-Nullpunkt in X-Richtung = 0.19506m
Neutralpunktlage (XN) ab dem Flugzeug-Nullpunkt in X-Richtung = 0.30964m
Stabilitätsmaß in % der Bezugsflügeltiefe l_my = 17.86129% = 0.11458m (Abstand XD -> XN) , negatives Vorzeichen bedeutet Instabilen Flug

Auftriebskraft (A) = 402.06650N
Widerstandskraft (W) = 19.57756N
Seitenkraft (Y) = -0.00000N

Nickmoment um den Flugzeug-Nullpunkt (M_ZP) = -78.32932Nm
Giermoment um den Flugzeug-Nullpunkt (N_ZP) = 0.00000Nm
Rollmoment um den Flugzeug-Nullpunkt (L_ZP) = 0.00000Nm

Nickmoment um den Schwerpunkt (M_XS) = 0.00000Nm
Giermoment um den Schwerpunkt (N_XS) = 0.00000Nm
Rollmoment um den Schwerpunkt (L_XS) = 0.00000Nm

@Juergen. Danke für den Hinweis. Ich werde die Zuladung erstmal begrenzen, damit ich in der 25kg Klasse bleibe. Parallel werde ich mich schlau machen, was so eine Sonderabnahme für ein Aufwand ist. Hättest Du vielleicht einen Link, der die Prozedure der Sonderabnahme beschreibt, und mir eine Ahnung über die Kosten vermitteln kann? Das wäre super.

ErichHartmann schrieb:

Hättest Du vielleicht einen Link, der die Prozedure der Sonderabnahme beschreibt, und mir eine Ahnung über die Kosten vermitteln kann? Das wäre super.

Zum Vergrößern anklicken....

http://www.daec.de/luftsportgeraete-buero/flugmodelle/musterpruefungen/

http://www.modellflugimdaec.de/ddl/service/gm/gm_Lastannahmen.pdf

Danke Yeti! das sind ja richtig kompetente Infos. Und ist ja gar nicht sooo teuer. Aber erst mal max. Gewicht auf 24kg festgelegt. Damit reduziert sich dann auch meine Flügellast auf nur mehr 96g/dm2.....

Tragfläche V3: Phoenix Doppelrumpf

Tragfläche V3: Phoenix Doppelrumpf

Hallo Zusammen,

erst mal vielen Dank an alle, die mir bisher Ratschläge gegeben haben. Um meine mangelde Erfahrung auszugleichen bei der ersten Eigenkonstruktion, bin ich auf der Suche nach vergleichbaren Vorbildern auf den Thread des Phoenix Schleppers gestoßen (http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/400655-Tragflächenprofil-für-Phoenix-Schlepper). Da haben Hans-Jürgen Fischer und Detlef Kunkel ganz ohne Software Unterstützung, nur mit Ihrere Erfahrung, einen 24kg Schlepper für bis zu 20 PS Motoren entwickelt und gebaut. Das Ergebnis soll die Erwartungen voll erfüllt haben. Deshalb möchte ich von diesem Projekt so viel wie möglich kopieren, um die Erfolgsaussichten meines Projekts zu erhöhen.

Da meine Konstruktion jedoch einen Doppelrumpf besitzen wird, muss ich einige Kleinigkeiten anpassen. Ich habe die Daten, wie sie Detlef Kunkel auf Seite 5 des Threads beschreibt, so in FLZ Vortex eingegeben, also 3.30 Meter Spannweite, 57cm Tiefe der Tragfläche, NACA 2414 innen, NACA 4412 außen, Schränkung 2°. Abweichend vom Phoenix Schlepper habe ich zwischen den Landeklappen und den Querruder jeweils 20cm für den Rumpf freigelassen, beim Orginal reichen die Landeklappen direkt an die Querruder. Ebenfalls abweichend vom Orginal habe ich die Tragfläche rechteckig, anstatt die Außenbereiche Trapezförmig zu gestalten. Weiterhin habe ich an Höhen- und Seitenruder jeweils einen Rechteckigen Querschnitt gewält, um die Bauweise zu vereinfachen.

Nun die Frage an die Experten: Welche Auswirkungen werden meine Vereinfachungen/Anpassungen auf das Flugverhalten haben? Könnte sich einer der Vortex Profis mal die Simulation anschauen, ob ich das alles richtig gemacht habe?

Wenn einer der Erbauer der Orginal-Phoenix mit seiner Erfahrung noch einen Ratschlag geben könnte, das wäre super. Gibt es etwas aus Eurer Praxiserfahrung mit der Phoenix, was Ihr jetzt anderst machen würdet?

In der Diskussion im Orginalthread wurde das Fehlen einer Vortex Simulation bemängelt. Ich möchte hierzu meine Simu beisteuern, vielleicht liest ja Eberhard Mauk mit, der im Orginal Thread viel Input geliefert hat und offensichtlich ein Profi in Vortex ist. Bitte nicht schlagen, wenn ich in der Simu nicht alles richtig gemacht habe, ich nutzte FLZ Vortex erst seit 3 Tagen....

Vielen Dank.
Anhang:
Die Phoenix Doppelrumpf als FLZ Vortex Simulation:
Anhang anzeigen Phoenix_Doppelrumpf_V01.flz