Langsam fliegen mittels Vorflügel: Wie kann ich das realisieren?

Hi,

fast alle Modellflugzeuge fliegen viel zu schnell. Das ist manchmal bis zur Lächerlichkeit übersteigert, wenn etwa vorbildähnliche Doppeldecker der WWI-Ära durch die Luft heizen, als ob sie Geschwindigkeitsrekorde aufstellen wollten.
Mal auf Deutsch: Die echten Dinger flogen einfach katastrophal, hingen wie ein Schluck Wasser in der Luft und waren l...a...n...g...s...a...m.

Nun habe ich Lust - mich mal theoretisch auf die Bausaison vorzubereiten. Mein Ziel ist es, einer Piper, die ich nach einer ebay-Auktion im Keller habe - (meiner Erinnerung nach ca. 3,5 Meter Spannweite - das Fliegen beizubringen. Eingebaut wird wohl ein Einzylinder-Vertakter (Valach 60ccm) werden.

Und ich möchte die Piper sehr langsam fliegen können. Mit ggf. auch stark erhöhtem Anstellwinkel.
Ziel: Landung wie ein Busch-Flugzeug.

Der Weg soll über die Nachrüstung stationärer (nicht einfahrbarer) Vorflügel gehen.

Wie ich darauf komme?
Nun ja, Mike Patey mit seiner Draco könnte einen Einfluss darauf gehabt haben.
Seinen sensationellen Baubericht auf Youtube werden die Meisten kennen.

Zum Thema Vorflügel ("Leading Edge Slat") bei der Draco:

Zum Thema noch mehr.
Den Artikel bei Hartmut "Siggi" Siegmann kenne ich.
Den hier von Tobias Pfaff auch.
Der hier auf Wikipedia ist auch lesenswert.

Meine Frage: Wer hat so etwas schon mal bei einem Modellflugzeug gemacht?
Mich interessiert, wie Ihr die richtigen Einstellungen/Anstellungen ermittelt habt und wie man das "erflogen" hat. Denn berechnen geht wohl nur in Grenzen - dafür sind unsere Flieger doch einfach zu klein. Sagt zumindest Siggi, und der weiß so was.

Vorflügel

Vorflügel

Hallo Jan,
meines Wissens gibt es die Do27 von Vogt mit festen Vorflügeln aus GfK (siehe: http://www.freifaller.de/dornier/modelle/info-modell.htm ) und wir haben mit Nurflügeln ebenfalls experimentiert: schau mal
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/698289-3D-gedruckte-Vorflügel-für-Horten-Stiletto. Bei unseren Überlegungen hat John Yost gerechnet und die Vorflügel hat Michael 3D- gedruckt. Und meine Flugerfahrungen zeigen, dass du den Anstellwinkel deutlich erhöhen, damit langsamer fliegen kannst, ohne dabei einen Strömungsabriss zu riskieren.
Das müsste dann bei deiner Piper doch auch möglich sein, wenn du nicht allein mit den Wölbklappen den Auftrieb be-einflussen willst
Schöne Grüße und viel Erfolg
Uli

Jan schrieb:

Hi,

fast alle Modellflugzeuge fliegen viel zu schnell. Das ist manchmal bis zur Lächerlichkeit übersteigert, wenn etwa vorbildähnliche Doppeldecker der WWI-Ära durch die Luft heizen, als ob sie Geschwindigkeitsrekorde aufstellen wollten.
Mal auf Deutsch: Die echten Dinger flogen einfach katastrophal, hingen wie ein Schluck Wasser in der Luft und waren l...a...n...g...s...a...m.

Nun habe ich Lust - mich mal theoretisch auf die Bausaison vorzubereiten. Mein Ziel ist es, einer Piper, die ich nach einer ebay-Auktion im Keller habe - (meiner Erinnerung nach ca. 3,5 Meter Spannweite - das Fliegen beizubringen. Eingebaut wird wohl ein Einzylinder-Vertakter (Valach 60ccm) werden.

Und ich möchte die Piper sehr langsam fliegen können. Mit ggf. auch stark erhöhtem Anstellwinkel.
Ziel: Landung wie ein Busch-Flugzeug.

Der Weg soll über die Nachrüstung stationärer (nicht einfahrbarer) Vorflügel gehen.

Wie ich darauf komme?
Nun ja, Mike Patey mit seiner Draco könnte einen Einfluss darauf gehabt haben.
Seinen sensationellen Baubericht auf Youtube werden die Meisten kennen.

Zum Thema Vorflügel ("Leading Edge Slat") bei der Draco:

https://www.youtube.com/embed/7hXOzES7fZE?wmode=opaque&start=0

Zum Thema noch mehr.
Den Artikel bei Hartmut "Siggi" Siegmann kenne ich.
Den hier von Tobias Pfaff auch.
Der hier auf Wikipedia ist auch lesenswert.

Meine Frage: Wer hat so etwas schon mal bei einem Modellflugzeug gemacht?
Mich interessiert, wie Ihr die richtigen Einstellungen/Anstellungen ermittelt habt und wie man das "erflogen" hat. Denn berechnen geht wohl nur in Grenzen - dafür sind unsere Flieger doch einfach zu klein. Sagt zumindest Siggi, und der weiß so was.

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Hallo Jan,

hier mal ein kleiner Appetizer zum Thema Vorflügel.

Leider, und das laste ich keinem hier an, Dir schon gar nicht, sind ALLE genannten Quellen voll mit "unsäglichem Krampf" zum Thema "Vorflügel", obwohl sonst z.B. bei aerodesign sehr sehr gute aerodynamische Beiträge stehen.

Auch Prof. Prandtl hat den Energieerhaltungssatz (Bernoulli) bei Vorflügeln und Spaltklappen wohl nie komplett verstanden und selbst seine Nachfahren erzählen Unsinn im "Führer durch die Strömungslehre" bis heute in der aktuellen Ausgabe dieses Lehrbuchs 100 Jahre nach Gustav Lachmanns korrekter Erklärung von 1919-1921 (Messungen, konforme Abbildung, Flugtests, Patente, Promotion dazu bei Prof. Theodore von Karmann in Aachen). Man muss nur mal die Originalquellen lesen. Und wer lesen kann, ist klar im Vorteil.

Physikalisch korrekt geht z.B. so:

https://charles-oneill.com/aem614/ReferenceMaterial/A+M+O+Smith+HIGH+LIFT+AERODYNAMICS.pdf

Oder auch das kürzlich erschienene Lebenswerk (High-Lift Aerodynamics) vom DLR-Aerodynamiker Dr. Jochen Wild aus Braunschweig, der sehr gute Vorträge zum Thema gemacht hat:

https://elib.dlr.de/124547/1/High-Lift Aerodynamics_Wild_Aerospatial2018.pdf


Und im Modell geht das hervorragend bis zu kleinsten Reynoldszahlen. Rechnen kann man (also jeder hier) das seit einigen Jahren dank Dr. Martin Hepperle und seinem JAVAFOIL-Programm (größten anzunehmenden Dank an ihn, seine unendliche Arbeit für uns Modellflieger ist einfach genial!!!). Darin lassen sich Multielementprofile erzeugen und berechnen, mit Grenzschicht. Sicher können dort keine Ablöseblasen gezeigt werden, die vorhanden sind und die man nur im sehr laminaren Windkanal sieht (z.B. IAG Modellwindkanal Stuttgart), aber funktionieren tut das Ganze trotzdem, und zwar richtig gut.

Damit kann auch der ganze Mist vom "Düsenspalt" und falsch angewandtem Bernoulli ganz logisch zerlegt werden. Für die Experten hier: einfach mal drei hintereinander liegende Flügel mit Zirkulation betrachten und das Superpositionsprinzip aus dem 1. Semester auf die Geschwindigkeitsfelder anwenden. Ergebnis: Geschwindigkeitsreduktion! zwischen Vorflügel und Hauptflügel sowie zwischen Hauptflügel und Spaltklappe. Nix Düsenspalt....Und genau das wird seit 100 Jahren genau so gemessen, überall. Nur nicht bei den Schwurblern, denn die wollen ja nichts gemessen haben, sonst könnten sie nicht weiter schwurbeln. Und darum hat wohl auch das Kaiser-Wilhelm-Institut in Göttingen unter Prandtls Leitung nie Hochauftriebsprofile in den 30er/40er Jahren entwickelt. Auch und gerade nicht das "Storch"-Profil. Sie hätten schon können, aber wollen haben sie sich nicht getraut.

Hier mal auf die Schnelle zwei Bilder aus Javafoil, für Werner.....


Hier sieht man schön, wie langsam die Nasenströmung des Hauptprofils durch den Vorflügelspalt schleicht. Würde die Strömung dort beschleunigt, würde die Saugspitze viel größer ausfallen und die Ablösegefahr wäre dramatisch größer am Hauptprofil. Das GEGENTEIL ist aber der Fall. Gleiches gilt für die Spaltklappe. Auch der Energieerhaltungssatz wird so eingehalten (Enthalpie von Luft ist überall gleich, denn sie steht im Raum, das Flugzeug bewegt sich...).


Hier einmal exemplarisch die gerechneten Polaren für KLEINE Reynoldszahlen (Turbulatoren bei 10% der jeweiligen Flügeltiefen nur oben). Das passt mit im Windkanal gemessenen echten Profilen sowohl des Modellflugs als auch mit Windkanal- und Wasserkanalmessungen von Originalprofilen sehr gut zusammen.

Und bei mir funktioniert es am Modell seit Jahrzehnten auch, ich bezahle ja auch anständig meine jährliche Physiksteuer getarnt als Beitrag für das Deutsche Museum und überprüfe die Torricelliformel (zu Ehren dieses Strömungsphysikers) jährlich einmal ganz in der Nähe auf der großen Wiese neben dem Verkehrszentrum in München....so Ende September/Anfang Oktober.....

Gute Verdauung, ich weiss, das liegt jetzt ziemlich schwer im Magen. Und besserwisserisch und oberlehrerhaft noch dazu......so ein Saubär....

Servus mitnand
Pattex

Nachtrag:

Eine sehr gute Übersetzung, Beschreibung und Zusammenfassung von A.M.O. Smith's Artikel dazu hat Dipl.-Physiker Dieter Althaus (ehem. Leiter der Laminarwindkanäle am Institut für Aerodynamik und Gasdynamik der Universität Stuttgart) vor vielen Jahren in einem internen Forschungsbericht geliefert, der hier aus einer Sekundärquelle zitiert sei:


Das ist der kleine Nachtisch für das schwere Essen von gerade eben.....eine crème brûlée....

Viel Erfolg beim Langsamfliegen !
Beste Grüße
Pattex

Nachtrag 2:

Wer jetzt eine Gänsefeder sucht, um ein kontrolliertes Erbrechen herbeizuführen wie die alten Römer, dem sei hier eine solche an die Hand gegeben:




Es ist das von P.P. Krassilshikoff am TSAGI bei Moskau 1930-32 entwickelte Hochauftriebsprofil P-II-c des Fieseler Fi 156 "Storch".......gemessen an einem kleinen Windkanalmodell bei Reynoldszahl ca. 300.000.

...und wer's nicht glaubt, kann es ja ganz simpel an einem der vielen "Originale" einmal nachmessen. Nur mal machen, ganz einfach machen.....

Beste Grüße
Pattex

" Wie ein Schluck Wasser "

Sehr gut hier zu beobachten:

Nachdem der " Schluck Wasser " angemessen relativiert wurde - welche Flächenbelastung wird für die 3,5 m Piper denn angestrebt - in diesem Fall ist das m.E. Der Schlüssel zum scale Flug - mit 60 ccm Valach bist du nicht übermotorisiert bei der Größe - wirklich schnell kann das Gesamtpaket gar nicht werden ( z.b. 26 x 10 Fiala mit knapp 5000 Rpm- wobei der Valach ein guter Motor für eine Piper ist ) - Vorflügel sind bei angemessener Flächenbelastung um 50gr/qdm dann ein nettes Experiment - gleichwohl sicher interessant jedoch nicht erforderlich - viel Erfolg und beste Wünsche C.O.

Hi, Das wäre sicher eine eine der wenigen Piper (cub ?) mit Vorflügel weltweit...

Es gibt hier div. Threads :



Gruß hans

Hallo,
Meiner Meinung nach ist der erste Ansatzpunkt, um langsam zu fliegen, das Gewicht, also die Flächenbelastung. Mit FLZ-Vortex kannst du leicht ausrechnenden, welches Gewicht Du max. haben darfst, um im "Normalflug" eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen. Bei einer 3,50 Piper zum Original mit 11-12 Meter sind dass so 50 Km/h, ein Viertel von 200 Km/h. Dann wird auch der Antrieb leichter, weil du nicht mit viel Kraft gegen den durch hohen Anstellwinkel und Vorflügel erhöhten Stirnwiderstand ankämpfen must und die Kiste nicht wie eine bleiernde Ente in der Luft hängt.
Gruß Werner

Hallo,
Theorie ist weniger mein Ding. Ich kann aus der Praxis bestätigen, dass der kleine "Buschtrottel" mit geringer Flächenbelastung, Vorflügeln und Klappen aberwitzige Langsamflugeigenschaften hat. Startstrecke ist 20-30 cm, wenn mans drauf anlegt. Ein Bekannter hat berichtet, dass er nach einseitigem Vorflügelverlust auch den anderen abgemacht hat. Danach waren die Langsamflugeigenschaften weniger ausgeprägt. Also die Vorflügel sind für die beim Buschtrottel gewünschten STOL Eigenschaften sehr hilfreich. Warum nicht auch bei der Cub....
Ich würde aber im Zweifel immer zuerst versuchen, das Fluggewicht zu drücken.

Buschtrottel

Gruß
Stephan

Jan schrieb:

Mein Ziel ist es, einer Piper, die ich nach einer ebay-Auktion im Keller habe - (meiner Erinnerung nach ca. 3,5 Meter Spannweite - das Fliegen beizubringen.

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Nachdem dieses Ziel schon im August 2018 ins Auge gefasst wurde, frage ich mal leise nach dem Baufortschritt.

3,2m Piper - 3,5 kg Fluggewicht - Danke für den beeindruckenden Bericht - hier wird gezeigt wie man Leichtbau ohne große Worte souverän (als Schüler!!!) umsetzt - keine weiteren Fragen - großer Respekt und Danke . Beste Wünsche C.O.

Auftrieb schrieb:

Nachdem dieses Ziel schon im August 2018 ins Auge gefasst wurde, frage ich mal leise nach dem Baufortschritt.

Zum Vergrößern anklicken....

Völlig korrekt - Fragestellung ist aus dem letzten Jahrzehnt - sorry - ganz übersehen

Wie man aber oben sieht, wird es leicht mal wieder aufgenommen, und statt auf das Grundproblem ( Flächenbelastung / Abfluggewicht ) einzugehen, wird es zugepflastert...

Gruß hans

Servus
Ist aber ein ganz anderes Fliegen.
Hab die Fokker mal ganz leicht gebaut.
2 Meter Spannweite und genau 2 kg Startgewicht.
Elektro Getriebeantrieb wegen der großen Luftschraube.
Das Ding war unglaublich langsam, fast schon grotesk.
Hab den Vogel dann verkauft, der Käufer rief dann an, das Ding fliegt nur knapp über dem Boden.
Bin dann zu ihm hingefahren und hab die Fokker vorgeflogen.
Dem viel die Kinnlade runter.
Er hat sich bei der geringen Fluggeschwindigkeit einfach nicht zu ziehen getraut.
Hatte aber mehr Standschub wie Gewicht, also Steigen ging in jedem Winkel,
aber eben so langsam, da muss man schon umdenken.
Soweit ich noch weiß waren es 25km/h Strahlgeschwindigkeit.
Der Vogel wurde also nicht schneller, auch nach unten bliebs dabei.
Riesenprop bremst da schön.
Sah irgendwie nach Zeitlupe aus.

Gruss Franz

Seit Jahrzehnten betreiben mein Bruder Tom Maier einen semi-scale Fieseler Storch im Maßstab 1:6, Spannweite also 2,38 m. Das Modell wiegt je nach Antriebsakku zwischen 1,1 und 1,5 kg. Als Profil wählten wir ein vom US - Freiflugmodell Senior Playboy stammendes, ein konkav/ konvex - Profil, schlichtweg, weil der 'Playboy damals unser am langsamsten zu fliegendes Modell war. Die Storch - Fläche hat Querruder und innen Wölbklappen, die wirksam sind und normalerweise auch ausgefahren geflogen werden. Nach langen Jahren wurde der Storch renoviert und aus Gründen der Vorbildtreue bekam er starre Vorflügel wie das Original. Natürlich machten wir uns kundig, wie die das Profil des Vorflügels beschaffen sein sollte und was die Position am Flügel betrifft. Ergebnis: Das Modell sieht seitdem besser aus, aber weder die (ohnehin hervorragenden) Langsamflugeigenschaften wurden spürbar besser, noch hat das Flugverhalten bei Höchstgeschwindigkeit (messbar) gelitten. Vielleicht taugte das Profil nicht für einen Vorflügel, vielleicht lagen wir mir unserer Anpassung doch daneben oder bringt beim RE-Zahl Bereich unseres Storchs der Vorflügel halt nichts. Aber wie gesagt: Er sieht gut aus.
Gruß, Klaus

Hallo Klaus,

typische Modelle 1:6 des Fi 156 wiegen zwischen 5 und 7 kg (z.B. Svenson Storch , Plan in outerzone), da ist Euer Gerät extrem leicht und ein ca von 2,6 bis 2,8 macht da nichts mehr aus. Die kritische Reynoldszahl geht bei richtiger Anwendung von Vorflügel und Spaltklappe von circa 100.000 (Profil ohne alles) auf 50.000 zurück, d.h. das Originalprofil des Storch funktioniert bei kleinen Rezahlen wesentlich besser als ein Feld-Wald- und Wiesenprofil OHNE Vorflügel und Spaltklappen. Mehrere Ablöseblasen sind aber vorhanden.

Allerdings ist die Position von Vorflügel und Spaltklappe (Überdeckung, Spaltmaß) entscheidend für die gute Wirkung. Es geht nicht, z.B. ein Clark Y einfach mit einem Vorflügel frei Schnauze auszustatten und zu glauben, dass so etwas funktionieren würde. Krassilshikoff hatte als experimenteller Aerodynamiker natürlich professionellen Beistand durch theoretische Aerodynamiker (Golubev und Chaplygin), die auch Geschwindigkeitsverteilungen dieser Kombinationsprofile bestimmen konnten und so wertvolle Hinweise für die Versuche geben konnten.

Die hervorragende Qualität der Arbeiten des TSAGI zeigte sich Anfang der 40er Jahre bei Fieseler in Kassel, als dort im neu gebauten Wasserkanal das russische "Storch"-Profil P-II-c vermessen wurde und auch viele Versuche zur Verbesserung unternommen wurden. Alle scheiterten, wie der zuständige Aerodynamiker Dr. Petrikat (später Professor für Wasserbau in Stuttgart) in einem veröffentlichten Forschungsbericht bestätigte. Daher blieb es beim originalen russischen P-II-c für den "Storch".

Interessant wären Eure Quellen, WO ihr euch bzgl. Vorflügeln und Spaltklappen kundig gemacht habt. Die Sekundärquellen, Lehrbücher und nahezu alle Darstellungen sind bis heute grob falsch. Nur die Originalquellen, Meßdaten und Forschungsberichte von Lachmann, Handley-Page, Krassilshikoff und Dr. Hoerner bzw. Dr. Petrikat sowie des Berliner Aerodynamikers Dr. Pleines zeigen reale Daten. Zwar haben auch NACA-Messungen und RAE Vorflügelprofile getestet, jedoch waren diese wie auch die von Messerschmitt in Augsburg entwickelten Profile erheblich schlechter in den Leistungen als das P-II-c. Erst in den 50er Jahren konnte ein neues Langsamflugprofil das des Fi 156 toppen: das Tragflügelprofil der Do 27. Entwickler bzgl. Aerodynamik bei Dornier war der Hochauftriebsspezialist Dr. Pleines......

Rat an Modellbauer: Beim Fi 156 immer das Originalprofil verwenden, denn es wurde seinerzeit im Windkanal in Moskau bei Re-Zahlen des Modellflugs vermessen. Es funktioniert. Daher können auch deutlich schwerere Modelle als Euer UL-Storch extrem langsam fliegen, wenn dies beachtet wird und z.B ein Modell 1:6 nicht 7 kg auf die Waage bringt oder ein Modell mit 1:4 bei 15 kg liegt. Das ist eben Physik. Die kann niemand austricksen, nur die Schwurbler glauben, dass sie das können.....

Der Fieseler Storch basiert fast vollständig auf der polnischen RWD-9, dem Gewinnerflugzeug des Europa-Rundflug-Wettbewerbs von 1934. Die RWD-9 wurde noch vor Erscheinen des ersten Storchs zur RWD-13 weiterentwickelt. Sie war wesentlich effizienter als die Fi156, die nur eines sehr gut konnte, nämlich sehr schlecht gleiten, also steil sinken, z.B. zum Absetzen von Sabotagetrupps. Das war auch ihr Zweck beim Überfall auf Frankreich am 10. Mai 1940.

So, schon wieder was gelernt, gell?

Euer Oberlehrer
Pattex

Hallo Pattex,

vielen Dank, ja, aus Deinem Text habe ich eine Menge über den Storch und die RWD-9 gelernt, über die ich mich weiter informieren werde. Aus der Erinnerung kann ich nicht mehr nachvollziehen, wo ich die Anleitung für den Vorflügel gefunden hatte - liegt, wie gesagt lange Zeit zurück und dürfte aus einer Fachzeitschrift stammen. Deine Vermutung, dass das Ausgangsprofil wenig für den Vorflügel geeignet ist, dürfte zutreffen. Mein RE - Zahl Verdacht war also eher unbegründet. Vielleicht kann ich meinen Bruder für einen Neubau-Storch motivieren, dann aber mit dem Original-Profil. Aber wie gesagt, der gute alte Storch fliegt sich hervorragend. Gerade ensteht bei uns eine Etrich / Rumpler Taube Maßstab 1:4,6, Spannweite 3,1m Flügelfläche ca. 1,5qm, die so um die 1500 gr. wiegen soll. (Off-topic, da ohne Vorflügel). Die vorbildgetreue Reisegeschwindigkeit beträgt 17 km/h ... mal sehen.
Gruß
Klaus

Vorflügel können auch große Probleme bereiten und die Flugtauglichkeit erheblich einschränken ( Bf 109) - beste Wünsche C.O.

Hier noch was zu Clark Y und der Effekt von fixen Vorflügeln:


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