Profil an Re-Zahlen anpassen?

Hallo,

hier wird immer wieder mal erwähnt (z.B. von Peter Wick, Uwe Heuer,...), dass die Profile bei einem Entwurf an die jeweilige Re-Zahl angepasst wurden.
Mich interessiert, wie man dabei grundsätzlich, ausgehend von einem Basisprofil, vorgeht.
Welche Parameter nimmt man sich dabei vor (Profildicke, Dickenrücklage, Nasenradius, Wölbung, Wölbungsrücklage, S-Schlag, ....?) und wie?.
Oder schaut Ihr euch zuerst die Geschwindigkeitsverteilung an und modifiziert diese direkt?
Würde mich sehr freuen, wenn hierzu jemand (vll. einer der oben Genannten ) etwas schreiben könnte.
Vielleicht könnt Ihr auch entspr. Links oder Literatur nennen.
Habe dazu leider noch nicht gefunden, was ich suche.
Wie gesagt, mir geht es primär um das grundsätzliche Verständnis.

Vielen Dank jedenfalls schon im Voraus!

Liebe Grüße
Franz

Moin Franz,

bin kein Experte und lese mich auch gerade erst in das Thema ein.
Was ich aber bereits aufgeschnappt habe, ist die Problematik der niedrigen Re-Zahlen / Strömungsablösung und der Wölbungsrücklage.

Die Wölbungsrücklage würde man grundsätzlich so weit wie möglich nach hinten versetzen, da das rückwärtsgewandten (bremsenden) Vektor des Gesamtflügels klein hält.
Jedoch ist der Nachteil, dass dann das Profil schnell zur Endleiste abfallen muss und sich dann leichter die Strömung ablöst.

Die Neigung zur Ablösung hängt natürlich von der Re-Zahl ab. Bei den kleinen Re-Zahlen im Modelflugbereich,
spielt der Widerstandsvektor des Profils eine kleinere Rolle im Verhältnis zur Problematik der Ablösung.
Daher sollte man da die Wölbungsrücklage weiter vorne ansetzen.

Als Beispiel wurde in meiner Lektüre ein Göttingen 5xx gegen das Eppler 399 angeführt. Bei Re-Zahlen > 200.000 ist das Eppler (hohe Rücklage) deutlich besser als das Göttingen.
Bei Re ca. 50.000 jedoch kaum. Dafür weniger Ablösungen.

Also die Rücklage zu verschieben, scheint mir ein relativ einfacher Weg das Profil anzupassen bzw. bei der Auswahl darauf zu schauen.

Just my 2 cents...

mipme_kampfkoloss schrieb:

Die Wölbungsrücklage würde man grundsätzlich so weit wie möglich nach hinten versetzen, da das rückwärtsgewandten (bremsenden) Vektor des Gesamtflügels klein hält.

Zum Vergrößern anklicken....

Gerade beim Nurflügel genau der falsche Weg. Je weiter hinten die Wölbung, desto grösser ihr Einfluss auf das (negative) Profilmoment.

Zur Anpassung eines Profils an kleine Re-Zahlen macht man normalerweise folgendes:
Dicke kleiner
Dickenrücklage vor
Wölbung kleiner

Will man cm0 positiv, gehe ich davon aus, dass auch der S-Schlag vergössert werden muss. (Da der S-Schlag in dickerer Grenzschicht arbeiten muss.)

Vor allem die Massnahmen an Dicke und Wölbung ändern stark auch andere Eigenschaften, und nicht zum Positiven.

Weniger Dicke heisst schmaleren nutzbaren CA-bereich.
Wölbung kleiner heisst weniger CAmax
Dickenrücklage vor heisst etwas höheren Widerstand

wurde ich gerufen :-)....

Ich gehe da in etwa so vor:

1. und wichtigst: Für welche Flugzustände will man optimieren? Die Re zahl ist ja nicht konstant, sondern bei einem gegebenen Flügel und anderen (fast) Konstanten v.a. von der Geschwindigkeit abhängig.
Will man nun ein etwas mehr thermiklastiges Teil optimieren, muss man halt diese Ca Bereiche bei den entsprechenden Re zahlen optimieren (die Supra von Drela ist da ein tolles Beispiel: http://www.charlesriverrc.org/articles/supra/supra.htm). Will man Schnellflug optimieren sieht das anderst aus.

2. Ich mache ein super tolles Hauptprofil :-) typischerweise innen bei hoher Re-zahl (beim Design hier braucht man die gleichen Überlegungen die auch den Strak bestimmen - siehe 1.)

3. Ich versuche, ausgehend vom Hauptprofil ein erstes Strakprofil zu generieren, typischerweise findet man relativ schnell etwas brauchbares, wenn man berücksichtigt, dass Profile, die bei kleineren Re gut funktionieren eher dünner sind und Dicke und Wölbung weiter vorne liegen. Nasenradius ist eher tricky - also später. Hier kann man sich auch andere, bekannte und Re zahl unempfindliche Profile mal anschauen, wie deren Dicke- und Wölbungsverteilung und Geschwindigkeitsverteilung aussieht.

4. Man vergleicht nun das Hauptprofil mit dem neuen (noch nicht optimierten) Strak Profil bei verschiedenen Re...so findet man eine Re, bei der das Strak Profil besser ist (in dem Bereich wo man die Verbesserungen haben will).

5. Man schaut beim Flügel, bei welcher Spannweitenstelle (Tiefe) dieses neue Strak Profil angewendet werden sollte. Hier kann man auch das Hauptprofil für einen gewissen Bereich konstant lassen, also z.B. die ersten 50cm Spannweite mit dem Hauptprofil und erst dann auf das Strakprofil straken, also z.B. von 0-50cm (Hauptprofil), von 50cm strak bis 70cm (Strak 1). Eher weiche Übergänge wählen.

6. Strakprofil optimieren, d.h. aber immer so, dass man nicht allzu weit vom Hauptprofil weg kommt, v.a. Nullauftriebswinkel (ansonsten hat man eine Schränkung eingebaut). Typischweise mache ich das über die Geschwindigkeitsverteilung.

7. Tja und dann .....Wiederholung der oben genannten Punkte, bis man am Flügelende ist :-)

Bem. Bei Brettprofilen ist die Unterseite fast immer gleich (v.a. wenn sie bei kleinen Anstellwinkeln noch funktionieren sollen - siehe mein Aufwind Beitrag) - also begrenzen sich die Anpassungen hauptsächlich auf die Oberseite.

Guter Punkt von Markus!

bei meiner "Anleitung" bin ich von einem gegebenen Flügel ausgegangen.....man har aber immer auch die Möglichkeit die Geometrie anzupassen, d.h. findet man kein passendes Profil zur kleinen Re zahl, so kann man ja uch die Tiefe da erhöhen - das kann unter dem Strich eine leistungsfähigere Variante sein (gerade bei höher gewölbten S-Schlagprofilen).

Und das, liebe Leute, ist der Unterschied zwischen einem, der grobe Faustregeln um sich wirft (ich) und einem der das schon mehrfach in klein-klein Arbeit optimiert hat. (Peter)

Will man optimale Resulate, gibt es wohl keine Abkürzung. Eine mehrafch Iteration, die sich schrittweise der Lösung annähert ist angesagt.

MarkusN schrieb:

Gerade beim Nurflügel genau der falsche Weg. Je weiter hinten die Wölbung, desto grösser ihr Einfluss auf das (negative) Profilmoment.

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Pfeil oder Brett oder irgendwas dazwischen?
Bei Pfeilen kommt es auf die Flugzeuggeometrie und die Einbauposition an ob man positive, negative oder nullmomentenneutrale Profilmomente haben will.

Bei Brettern passt die Aussage in etwa

Gruß,

Uwe.

Straken mit XoptFoil

Straken mit XoptFoil

MarkusN schrieb:

Und das, liebe Leute, ist der Unterschied zwischen einem, der grobe Faustregeln um sich wirft (ich) und einem der das schon mehrfach in klein-klein Arbeit optimiert hat. (Peter)

Will man optimale Resulate, gibt es wohl keine Abkürzung. Eine mehrafch Iteration, die sich schrittweise der Lösung annähert ist angesagt.

Zum Vergrößern anklicken....

Auch keine Abkürzung, aber noch ein paar maschinelle Iterationen obendrauf ergibt das Straken im Rahmen einer Optimierung mit XoptFoil .
Dazu werden an sinnvollen Stellen in Spannweitenrichtung die jeweiligen (Strak-)Profile optimiert. Passende (insbesondere bezüglich Cm) Seed-Profile und die sinnvoll gewählten zu optimierenden Flugzustände muss man XoptFoil allerdings spendieren und vorgeben.
Mit entsprechenden Vorgaben generiert XoptFoil sehr gute Profilvorschläge, die dann noch beurteilt/ausgewählt/nachbearbeitet werden müssen.

Fliegergrüsse
Tobias

Hallo Peter und alle, die hier schreiben,

vielen Dank für Euren ausführlichen Input - freu mich sehr über Eure informativen Beiträge!

LG
Franz

MarkusN schrieb:

Vor allem die Massnahmen an Dicke und Wölbung ändern stark auch andere Eigenschaften, und nicht zum Positiven.

Weniger Dicke heisst schmaleren nutzbaren CA-bereich.
Wölbung kleiner heisst weniger CAmax
Dickenrücklage vor heisst etwas höheren Widerstand

Zum Vergrößern anklicken....

Hallo Leute,

hier ergänzend zu den obigen Angaben von Markus noch ein paar Tendenzen der Profilmodifikation, nicht abschließend.
Das sind aber nur allgemeine Tendenzen, wenn man strakt muss man im Simulationsprogramm schauen und überprüfen ob die gemachte Modifikation bei dem ausgesuchten Superprofil tatsächlich den gewünschten Effekt hat und wie die Polare jedes einzelnen Strakprofils tatsächlich aussieht.
Jede Widerstandsersparnis kostet etwas in einem anderen Bereich, denn auch in der Aerodynamik gibt es nichts umsonst. Profilieren heißt suchen nach dem besten Kompromiss, straken heißt den besten Kompromiss in einem ausgewählten Punkt nochmal zu verbessern und in diesem Punkt genau auf das Flugzeug anzupassen, dann werden die Eigenschaften auch in den benachbarten Flugzuständen tendenziell besser als bei einem durchgehenden Profil.
Der ausgewählte Punkt (Auslegungspunkt) sollte der Flugzustand sein in dem das Flugzeug am häufigsten fliegt oder am wirtschaftlichsten fliegen soll oder in einer Spezialaufgabe die besten Leistungen bringen soll. Eine Auslegung kann neben dem optimieren auf den Auslegungspunkt auch noch Anpassungen an Nebenaufgaben erfordern, z.B. möglichst gutmütiges Abrißverhalten für einen Allrounder oder kalkuliert schärferes Abrißverhalten für ein Kunstflugmodell.

- mehr Profildicke tendiert zu mehr Widerstand, aber breiterem nutzbaren ca-Bereich; je höher RE umso mehr ca-Vorteil der dickeren Profile
- größere Dickenrücklage bei gleicher RE verschiebt den Bereich des geringsten Widerstands zu höherem ca
- Dickenrücklage vor heißt weniger Blasenneigung bei kleinen RE und damit geringeren Widerstand bei kleinen RE, aber zu Lasten des Minimalwiderstands bei hohen RE
- größere Dickenrücklage heißt dementsprechend größeren Widerstand bei kleinen RE (verstärkte Neigung zu Ablöseblasen)
- bei dünnen Profilen mindert Dickenrücklage vor den Verlust an Maxiamalauftrieb
- größere Profilwölbung heißt mehr Maximalauftrieb und mehr Widerstand, ....verschiebt aber vor allem den Bereich des geringsten Widerstands zu höherem ca (= Hauptfunktion von Wölbklappen)
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Für diejenigen die tiefer in die Materie einsteigen wollen empfehle ich die Profile light Artikelserie von Hartmut "Siggi" Siegmann im Aufwind-Magazin, zu dem Thema hier besonders die Artikel zu Profilmodifikationen in den Ausgaben 4/2005, 5/2005 und 1/2006

Gruß,

Uwe.

UweH schrieb:

die Artikel zu Profilmodifikationen in den Ausgaben 4/2005, 5/2005 und 1/2006

Zum Vergrößern anklicken....

Sorry, hab mich vertan , es sind die Artikel in den Ausgaben 5/2005, 6/2005 und 1/2006

Gruß,

Uwe.