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Thema: Entwicklung eines F3F-Profils

  1. #46
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    Da wir hier ja die Flugaufgabe F3F betrachten, möchte ich noch hinzufügen, dass RE 600'000 ungefähr einer 30er Zeit entspricht (bei mittlerer Profiltiefe).
    Bei diesen Zeiten ist man im Kurs ständig am knüppeln.
    Strecke ist ja nur 100m lang.
    Es wird zu praktisch 90% mit einem Klappenausschlag sei es SnapFlap oder Querruder geflogen.
    Eine Wertung des hinteren Bereichs (Klappenbereich) des Profils ist bei RE600'000 somit nur bei verschiedenen Klappenstellungen sinnvoll.
    Zudem ist auf der Oberseite die Strömung höchstwahrscheinlich ab dem Klappenspalt turblulent umgeschlagen.

    Markus
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  2. #47
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    Frage

    Hallo Jochen,

    eine beeindruckende Sammlung von Profilen hast Du jetzt schon präsentiert.

    Was mich tatsächlich viel mehr interessieren würde ist, welche Zielfunktion Du für Deine Entwürfe angesetzt hast? Weiterhin interessant wäre natürlich auch, welche Parameter Du für die Spline Definition der Profile in xoptfoil verwendest? Da xoptfoil die Profilgeometrie mit aufaddierten Splinefunktionen verändert, ist es nicht verwunderlich, dass das Endergebnis keine perfekt glatte Druckverteilung aufweist. Skaliert man die Druckverteilung in geeigneter Weise in xfoil, ist eine Glättung natürlich problemlos möglich.

    Viele Grüsse,
    Benjamin
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  3. #48
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    Hallo,
    Frage an Alle, Wer traut sich das FX Profil mit dem Editor zu überarbeiten und das Ergebnis
    zu zeigen?

    Gruß
    Eberhard
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  4. #49
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    Standard F3F Profilentwicklung: Fortschritte nur noch marginal?

    Ehrliche Frage:
    Sind hier in der Profilentwicklung tatsächlich noch "merkbare" Fortschritte zu erwarten (also nicht nur in der Theorie)?
    Mir scheint seit dem Erscheinen des FS3 (2007) gibt's nur noch sehr marginalen Speedzuwächse, oder nicht?

    Hier ein Artikel zu neuen revolutionären Profil-Ansätzen (allerdings nur für Kleinstmodelle in anderen Re-Zahl Bereichen) aber dennoch interessant:

    https://www.spektrum.de/news/doppelt...=pocket-newtab
    https://robotics.sciencemag.org/content/5/38/eaay8533
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  5. #50
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    Zitat Zitat von Eberhard Mauk Beitrag anzeigen
    Fakt ist an dem Punkt das FX hat den früheren Grenzschichtumschlag
    Dies liegt an der nicht vorhandenen/nicht funktionierenden Rampe und weiter vorn liegender Dicken u Wölbungsrücklage
    Unklar ist noch warum oben die Grenzschicht aufgedickt ist. Allgemein kann man aber davon sprechen, dass der Profiltropfen mit der Strömung nicht so gut umgeht
    Vergegenwärtigt man sich den Polarenvergleich würde man erwarten, dass das Profil mit weiter vorne liegender Dicken u Wölbungsrücklage hier das FX bei kleinen Re dann die besseren Resultate liefert das ist aber nicht der Fall
    Auch der Auftrieb ist beim FX kleiner obwohl mein Profil 0,17% weniger Wölbung hat.
    Hallo Eberhard,

    ... das ist wirklich eine sehr beeindruckende Untersuchung, die Du an dem Profil vorgenommen hast! Man lernt viel und das Auge wird geschärft...

    Nur - bei dem von mir eingeschlagenen Weg zur Profilentwicklung - ich nenne sie mal die "Aerodynamik-Ignoranten-Methode" oder ein wenig seriöser "Polar by Design" - haben diese Betrachtungen praktisch keine Relevanz. Bei meinem Vorgehen wird ein Profil einzig auf Grund seiner Eigenschaften, ausgedrückt durch mit xfoil erzeugte Polare beurteilt. Wobei es für die Methode keine grundsätzliche Relevanz hat, welche "source of truth" - ob nun xfoil oder Eppler oder ein Windkanal - benutzt wird (im letzteren Fall würde die Entwicklung eines Profils wie JX FX wohl hunderte von Jahren dauern...)

    Was sich auf dem Profil abspielt - ob nun ein Luftteilchen glatt über die Oberfläche rast, in einer Laminarblase eine Pause einlegt, oder am Umschlagspunkt Purzelbäume schlägt - spielt nur indirekt eine Rolle und nur wenn es sich dann auch in den Eigenschaften (Polare) widerspiegelt. Ich schreib das deshalb so "flapsig" um die ganz andere Herangehensweise zu verdeutlichen.

    Aus Sicht einer Optimierung - wie zum Beispiel bei Xoptfoil die Partikel Schwarm Optimierung - gibt es auch kein "gutes" oder "schlechteres" Profil. Das Profil ist das Ergebnis der Optimierungsparamter, die ich vorgeben habe. Die Aufgabe des "Optimizers" ist es, diese Vorgaben bestmöglich zu erfüllen. Insofern ist das Profil JX FX das Ergebnis meiner Vorgaben - auch den Vorgaben, die ich fälschlicherweise nicht gemacht habe.
    (ganz so einfach ist's natürlich nicht, weil man sich permanent an den physikalischen gesetzten Grenzen des Lösungsraums bewegt - keine Verbesserung an der einen Stelle ohne Verschlechterung an der anderen).

    Ich bin mir beispielswiese inzwischen recht sicher, das xoptfoil mit einer genügenden Anzahl von Arbeitspunkten auf den Polaren des EM C1635, das Profil so gut "hinzimmern" würde, dass man schon mit der Lupe nach Unterschieden suchen müsste - einschließlich der Umschlagspunkte, die ja sehr prägend für die Eigenschaften sein können.

    Zu den von Dir festgestellten "Wellen" in der Geschwindigkeitsverteilung schreib ich gleich noch etwas in der Antwort zu Benjamin.


    Zitat Zitat von deftones Beitrag anzeigen
    Was mich tatsächlich viel mehr interessieren würde ist, welche Zielfunktion Du für Deine Entwürfe angesetzt hast? Weiterhin interessant wäre natürlich auch, welche Parameter Du für die Spline Definition der Profile in xoptfoil verwendest? Da xoptfoil die Profilgeometrie mit aufaddierten Splinefunktionen verändert, ist es nicht verwunderlich, dass das Endergebnis keine perfekt glatte Druckverteilung aufweist. Skaliert man die Druckverteilung in geeigneter Weise in xfoil, ist eine Glättung natürlich problemlos möglich.
    Hallo Benjamin,

    ... eine kleine Korrektur: Xoptfoil verwendet nicht Splines um die Kontur eines Profils zu modifizieren, sondern "Hicks Henne" Funktionen, der sehr gut geeignet sind, eine Beule (englisch bump) mathematisch zu beschreiben. 4,5 solcher Hicks Henne Funktion reichen in der Regel aus, um eine beliebige Profilkontur zu erzeugen.

    ... im Anhang findest Du die auf das wesentliche gekürzte Steuerungsdatei für das Profil JX FX 15. Die Definition der "operating points" und die Zielvorgaben müssten selbstsprechend sein. Ich verwende für die finale Optimierung extensiv eine Erweiterung, die ich in xoptfoil vorgenommen habe, um fixe Zielwerte für einen Arbeitspunkt zu definieren, d.h. ein originales xoptfoil kann es so nicht verarbeiten...

    Vielleicht noch ein paar Worte zur Oberflächengüte (Beulen, Wellen) der von Xoptfoil erzeugten Profile. Das ist ja immer wieder mal ein Thema.

    Man muss in meinen Augen 3 Kategorien von "Beulen" unterscheiden:

    • Algorithmische Beulen - also solche, die sich auf Grund des mathematischen Modifizierungsverfahrens ergeben. Xoptfoil hat eine eingebaute Beulenerkennung (curve reversal detection), die über einen Schwellwert gesteuert, alle Entwürfe mit einer zu großen Beule verwirft. Der von mir benutzte recht kleine Schwellwert bewegt sich in einer Größenordnung, bei der die Rundungsprobleme der nur 5-stelligen xflr5-.dat-Dateien ziemliche Probleme bereiteten (leider hatte ich diese Ursache erst jetzt erkannt). Wer gerne in das Thema Oberflächengüte von Profilen, "Algorithmische Beulen" (welch ein Wort ;-)) und deren Beseitigung weiter eintauchen möchte, empfehle ich diesen Beitrag: https://www.rcgroups.com/forums/show...&postcount=561 - siehe insbesondere das dort angehängte pdf. Die "xflr5-Rundungsbeulen" sind übrigens auch in der Geschwindigkeitsverteilung sichtbar, wenn man ein Profil exportiert und importiert. Dann hilft nur noch der Profileditor...

    • Gewollte Beulen - also die, die die "gute" Profilverformung erzeugen (nur der Vollständigkeit halber erwähnt). Beispielsweise die "bubble ramp Profilnase wie im Eingangsbeitrag beschrieben.

    • Ungewollte Beulen - entstehen durch fehlerhafte oder nicht ausreichende Vorgaben an xoptfoil. Wenn ich beispielsweise xoptfoil vorgebe: "Ich möchte bei Re = 600.000 und cl=0,4 den minimalen Widerstand - der Rest ist mir ziemlich egal", dann wird ein Profil entstehen, das mit ziemlicher Sicherheit in der Gegend um x/c = 0,6 eine Buckel bekommt, weil dadurch die laminare Lauflänge optimiert und der Widerstand minimiert wird. Als xoptfoil-Einsteiger macht man häufig den Fehler, zu wenig Arbeitspunkte zu definieren, so dass der "Partikel Schwarm" immer wieder Schlupflöcher findet nach dem Motto "Der dubbelige Benutzer merkt das nicht, wenn ich hier am Profil was einbeule nur damit sein Arbeitspunkt bestmöglich bedient wird". Wer genau hingeschaut, findet am JX FX 06 an der Profilnase / Unterseite so einen Fall des dubbeligen Benutzers... (wird in Kürze ausgebessert!)


    Hier auch nochmal der Querverweise auf den Xoptfoil-Erstbeitrag, in dem die Grundlagen dargestellt werden: http://www.rc-network.de/forum/showt...ptfoil-Bericht
    Angehängte Dateien
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  6. #51
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    Hallo Jochen,
    mein Profil sollst du nicht nachbauen sondern ein F3f Profil generieren.
    Ansonsten brauchst du jetzt nur noch alle Zielvorgaben für XOptfoil richtig definieren u eingeben, dann sollte es doch perfekt klappen..

    Ich hab zwischenzeitlich dein FX 10 mit dem Editor überarbeitet und kriege jetzt das Ergebnis dabei.

    Klicken Sie auf die Grafik für eine größere Ansicht 

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    Leider gleicht das Ergebnis immer mehr meinem Vergleichsprofil ich hatte gehofft es wird was eigenständigeres mehr in Richtung
    FX Profil aber das kriege ich auch mit dem 5 Anlauf nicht gebacken.
    Womöglich geht es einfach nicht weil passiert was du selbst formuliert hast wenn man bestimmte Eigenschaften möchte muss man an Anderer Stelle auf etwas verzichten
    Aber es wäre ja auch zu einfach wenn man nicht abwägen müsste was einem wichtiger ist.

    Wird das Profil mit den neuen Steuerungsangaben eigentlich besser

    Gruß
    Eberhard

    PS uU mache ich noch einen Vergleich mit kleinen Klappenausschlägen
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  7. #52
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    Standard Entwicklung eines F3F-Profils - Nachge-Klappt

    Hallo,

    in diesem Beitrag möchte ich noch einmal auf den Einsatz von Wölbklappen (snap flap) beim dynamischen Fliegen – insbesondere beim Wenden – eingehen. Die Profis hatten in ihren Beiträgen bereits hervorgehoben, welche Bedeutung aber auch welche Herausforderung der richtige Einsatz von Wölbklappen in der Praxis darstellt.

    In „Entwicklung eines F3F-Profils - Teil 3 – Wölbklappen“ schwärmte ich ja ein wenig, wieviel durch optimalen Klappeneinsatz herauszuholen wäre. Stimmt immer noch. Nur war ich ein wenig voreilig, dass dieses Potential so einfach zu heben ist…

    Meine ersten Zweifel kamen durch einen Beitrag von Markus („Tern“), der mit seiner Erläuterung und einer unscheinbaren Skizze ein Problem aufzeigte, das ich beim darüber Nachdenken als das „Markus Paradoxon“ bezeichnete:

    Name:  Markus Paradoxon.png
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    Das Markus Paradoxon: Widerstandserhöhung beim dynamischen Einsatz von Klappen © „Tern“

    Bevor ich versuchen werde, dieses Phänomen zu erläutern, möchte ich zunächst nochmals auf die „Polare des optimierten Klappenwinkels“ eingehen, die ja der Ausgangspunkt meiner Potentialabschätzung von Wölbklappen war.
    Unterschätzt habe ich, um wieviel die Betrachtungen komplizierter werden, wenn neben den beiden wichtigsten Eingangsvariablen Re-Zahl und Anstellwinkel noch der Klappenwinkel berücksichtigt werden muss… (der berühmte Knoten im Hirn).

    Vielleicht geht es dem ein oder anderen auch so? Deshalb nochmals erläutert:

    Name:  JX FX Typ1 flap.png
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    Die Polare des optimierten Klappenwinkels aus Teil 3


    Die Polare erhält man, indem man dem „Optimierer“ die Aufgabe gibt „Ermittle mir für einen ca-Wert bei der Re-Zahl x den Anstellwinkel und den Klappenwinkel, der den geringsten Widerstand ergibt“. Mit den durchgerechnten ca-Werten erhält man die folgende Tabelle, die vielleicht auch das Prinzip am Einfachsten verdeutlicht.

    Name:  Flap Wertetabelle.png
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    Ergebniswerte von Xoptfoil für den Klappeneinsatz bei Re = 600.000 (Typ 1 Polare) des Profils JX FX 15

    Beispiel: Für ca = 0,5 kann ich durch den gezielten Einsatz der Klappe den Widerstand auf 487/644 = ca. 75% senken. Cool! Wenn da nicht "alpha" wäre…

    Dazu soll nun folgender Fall betrachtet werden: Ich fliege mit ziemlicher Geschwindigkeit bei ca=0,05 und Re=600.000 und will nun zügig um die Kurve. Um den für mich optimalen Kurvenradius zu bekommen, muss sich der ca-Wert auf 0,4 erhöhen. Dargestellt wird der Fall mit der Typ 1 Polare für Re=600.000.

    Name:  Klappen setzen Re 600000.png
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    Eingezeichnet ist jeweils der Zielpunkt für ca=0,4 - einmal ohne Klappen und einmal mit Klappen bei 3 Grad. Die Differenz des cw-Wertes beider Punkte stellt den best möglichen Widerstandsgewinn dar.

    So weit – so gut.

    Jetzt wird es dynamisch: Ich setze snap flap. Die Klappen gehen 3 Grad runter. Das Höhenruder nach oben – wobei sich auf Grund der Massenträgheit des Modells erstmal nichts tut. Im Diagramm spring ich auf die 3-Grad-Polare und zwar horizontal weil der Anstellwinkel nach wie vor konstant ist (das Modell dreht sich immer noch nicht um die Querachse) – und falle in das „Widerstandsloch“ eines negativ angestellten Profils mit positiven Klappen (man kann sich das auch gut bildlich vorstellen)

    Und damit sind wir beim Paradoxon: Der scheinbar so positive Einsatz von Wölbklappen verschlechtert zunächst den Widerstand. Wenn man noch zu viel Höhenruder gegeben hat, der Anstellwinkel zu groß wird, springt man direkt in das obere „Widerstandsloch“ und büßt doppelt…

    Nach meiner Interpretation ist dieser Sachverhalt auch die Ursache, warum der optimale Einsatz von snap flap so viel Gefühl, Erfahrung und Können benötigt.
    (siehe auch den Beitrag von Reini)

    Ich möchte mich diesmal nicht mehr aus dem Fenster lehnen, über Lösungsansätze dieses kniffligen Problems zu sinnieren …
    bin allerdings nach wie vor der Meinung, dass

    • der richtige Einsatz von Wölbklappen ein großes Optimierungspotenzial hat
    • das Band des optimalen Anstellwinkels bei Klappeneinsatz recht klein ist (siehe Teil 3)
    • ein Profil mit geringer Wölbung besser für eine solche Optimierung geeignet ist – oder noch allgemeiner: schon beim Profilentwurf der extensive Einsatz von Wölbklappen vorgesehen werden muss (siehe das Profil-Scribble JX FX extreme)


    So weit dieser kleine Nachtrag zu diesem speziellen, nichts desto trotz spannenden Teilaspekts.

    Viele Grüße

    Jochen
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  8. #53
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    Idee

    Hallo Jochen
    Nochmals herzlichen Dank für die tolle Arbeit hier !
    Das regt zum Nachdenken an und es macht Spass sich mit dem Thema immer wieder auseinander zu setzen.

    Snap Flap verfolgt mich seit meinem ersten Eurotour Wettbewerb in Briancon.
    Dort erfuhr ich zum erstenmal, welches Potential darin steckt.
    Selber hatte ich damals noch keinen Zugang zu dieser Art fliegen.

    Auch heute noch versuche ich mich dem Optimum anzunähern.
    Wahrscheinlich vergeblich

    Es gibt nur wenige Meister dieses Faches.
    Einer davon ist sicher Lukas.

    Mittlerweile denke ich, es ist eine Begabung, die man nicht trainieren kann
    Der Zeitabstand ist deutlich.
    Die Unterschiede werden hier vortrefflich durch Martin Weberschock analysiert.

    https://www.youtube.com/watch?v=wKJTohiGeMQ

    Lukas fliegt den Kurs mit maximaler Effizienz und besten Einstellungen. Das ist sehr beeindruckend.

    Nichts desto trotz, ist es spannend sich immer wieder diesem Thema anzunähern, vorallem in der Praxis.
    Tja, F3F ist vielmehr als hin und her zu fliegen.

    Gruss
    Markus
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  9. #54
    User Avatar von reinika
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    Hallo Markus

    Obwohl ich kein F3F fliege, mal ein kurzer Kommentar zum Video.
    Ausschliesslich auf das verlinkte Video bezogen würde ich sagen, Lukas hält das Modell mit dem Höhenruder länger unter Last. Er zieht solange bis es wieder deutlich nach unten und gegen die Kante zeigt. So generiert er wohl mehr Impuls aus der Wende. Du lässt im Video die Last sichtbar früher abreissen.
    So lange zu ziehen braucht "Balls" und sicher viel Routine.
    Über die Einstellungen sagt das natürlich nichts aus.

    Jm2C
    Reini
    "Geschwindigkeit kommt von der Flächenbelastung, die Aerodynamik kann sie nur mehr oder weniger verhindern." (C) Reinika
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  10. #55
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    Hallo zusammen,

    auch von mir noch ein paar kurze Gedanken zum Thema "Einsatz von Snap-Flap". Bei uns in der Klasse (F5B) werden die Snap-Flap häufig so programmiert,
    dass diese erst mit einem gewissen Offset dazugemischt werden. D.h. die ersten ca. 25% des HR-Knüppelwegs läuft nur das HR, die Klappen bleiben im Strak.
    Dies genügt für kleinere Richtungskorrekturen für die nur wenig Ca benötigt wird. In den Polaren sieht man auch relativ gut, dass bei nur etwas mehr benötigtem
    Ca (bis ~0.25) bei den verwendeten Profilen durch Snap-Flap nur wenig Widerstand gespart würde. Von 25-100% HR-Knüppelweg werden dann die Klappen als
    Snap-Flap mitgenommen.
    Ob das nur der "Stein der Weisen" ist, was die Snap-Flap Programmierung angeht, kann ich nicht beurteilen. Zumindest funktioniert es bei uns in der Klasse gut.

    Viel wichtiger ist aus meiner Sicht aber noch die Kurventechnik, wie Markus und Reini ja auch schon geschrieben haben. Meine Erfahrung dazu ist, dass schnelle
    Wenden dann gelingen, wenn diese weich angeflogen und weich wieder ausgeleitet werden. Also kein ruckartiges Anziehen und loslassen des HR. Bisher hatte
    ich noch nie darüber nachgedacht, wie dies Beobachtung aus der Praxis über die Polaren theoretisch erklärbar sein könnte. Und genau dazu hat Jochen einen
    interessanten Erklärungsansatz geliefert. Man muss dem Profil sozusagen minimal Zeit lassen, dass es den Auftrieb aufbauen kann, möglichst ohne in Bereiche
    mit hohem Widerstand zu geraten.

    Zur Verdeutlichung hier mal noch ein Log des HR-Impulses bei einer Wende von mir. Man sieht, dass das HR langsam angezogen wird, dann während der
    eigentlichen Wende auf maximum gehalten wird, und danach wieder langsam losgelassen wird.

    Name:  Bildschirmfoto von 2020-02-07 09-34-41.png
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    Viele Grüße,
    Heiko
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  11. #56
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    Hallo,
    es gibt ja noch Alternativen mit deutlich mehr Dynamik

    Klicken Sie auf die Grafik für eine größere Ansicht 

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    Hier noch über Alpha betrachtet.

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    Mehr oder weniger Anstellwinkel im Flug macht sich beim Gesamtwiderstand
    der Flieger deutlich bemerkbar


    Gruß
    Eberhard
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  12. #57
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    Toller Thread! Vielen Dank an alle die da beitragen.

    Noch ein paar Anmerkungen zu den Klappenstellungen:

    Der Widerstandszuwachs wenn Klappenstellung quasi nicht mit dem Anstellwinkel "passt" wird umso grösser, je grösser der Klappenausschlag ist (der Polarenbereich, wo der Widerstand günstig ist wird immer begrenzter, je grösser der Ausschlag ist). Das ist zwar von Profil zu Profil unterschiedlich, aber trotzdem recht allgemein gültig. Das spricht wiederum für eher kleine Klappenausschläge.

    Hinzu kommt das Profile ja an einem wirklichen Flügel arbeiten. An dem sind die Ca Werte nicht unbedingt konstant. Je nach Auslegung kann also ein Teil des Flügels bei Klappenausschlag in Bereiche höheren Widerstandes "fallen" (ev. hat man auch noch einen anderen Klappenwinkel bei den WK innen und den Klappen aussen bei Snapflap programmiert).
    Selbst wenn der Flügel eine elliptische Flügelgeometrie hat und der Ca Wert überall konstant ist (upps Überziehverhalten), steuert man ab und zu auch noch mit dem Querruder, was den Klappenausschlag an der einen Seite erhöht und damit erhöht sich ev. auch noch das Risiko der grösseren Widerstände wegen grossen Klappenwinkel und nicht passenden Anstellwinkeln.

    Das bedeutet in der Praxis wohl, das es es einfacher (wenn auch nicht optimal) ist mit eher kleinen Klappenwinkeln zu fliegen, um grössere Bereiche mit wenig (Profil) Widerstand zu haben. Es ist ja auch nicht gesagt, dass der Anstellwinkel bei einem Flug im F3F Kurs (ohne Höhenruder Betätigung) konstant gehalten wird.
    liebe Grüsse

    Peter
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  13. #58
    User Avatar von reinika
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    Aus diesen Gründen ist oft auch nicht das dünnste Profil das beste.
    Dann gibt es ja noch Anstellwinkelschwankungen von den Turbulenzen und und und........

    PS. Kommt noch hinzu, dass man wohl selten 30 Sekunden fliegt. Die Profile sollten auch auf einem 50 sek. Run noch gut sein.
    Wie sehen da die Statistiken der aktiven Piloten aus? Nur mal ne Hausnummer...?
    "Geschwindigkeit kommt von der Flächenbelastung, die Aerodynamik kann sie nur mehr oder weniger verhindern." (C) Reinika
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  14. #59
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    Hallo Reini,
    völlig richtig, Dünn ist oft eine Sackgasse.
    Die Leistungswerte brechen ein und der Handlingskomfort genau so.

    Andererseits
    lockt das hier schon mit 6,5 u 7 %

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    Die Frage ist doch traut man sich oder nicht einen Wettbewerbskracher zu bauen
    Immer in der Hoffnung dass man ihn fliegerisch noch in den Griff kriegt
    Pilot u Flieger müssen immer noch zusammen passen...

    Gruß
    Eberhard
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  15. #60
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    Hallo,
    und hier mit 6,5 % Dicke mit Klappen
    Wie man sieht, es wird eckiger.

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    Gruß
    Eberhard
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