Hallo,
Steffen schrieb weiter oben:
Torsion wird durch das Moment des Profils erzeugt, das den Flügel verdrehen will. Auf Seglern fliegen wir i.d.R Profile mit einem negativen Moment. D.h. der Flügel wird durch die auftretene Torsion im Flug geschränkt. Gerade die bei Großseglern beliebten HQ-Profile mit Wölbung > 3% haben ein großes negatives Moment und begünstigen die Torsion.
Nehme ich ein und daselbe Profil und erhöhe die Wölbung, dann nimmt das Moment zu. Ob daraus ein Problem resultiert wie Steffen es beschreibt, hängt auch von der Streckung und der Bauweise ab.
Jetzt einfach den Umkehrschluß zu machen , und zu sagen dann muss aussen eben die Wölbung runtergenommen werden, um die Torsion zu vermindern, ist aber zu einfach gedacht. Der Abtrieb kommt nämlich nicht durch die Torsion, sondern dadurch dass bei einem tordierten Flügel das Profil aussen einen kleineren Anstellwinkel hat wie innen, und die Torsion ist nur die Ursache die dazu führt, d.h. eigentlich ist die Ursache ja des negative Moment in Verbindung mit einem nicht torisonsteifen Flügel, was wieder die Ursache der Torsion ist.
Durch die Verminderung der Wölbung wird aber i.d.R. der Nullauftriebswinkel größer. D.h. während innen der Flügel noch Auftrieb liefert, liefert das entwölbte Profil aussen selbst bei nicht tordiertem Flügel bereits Abtrieb. Uups, da haben wir dasselbe Problem mit anderer Ursache. Und das Moment wurde ja nur geringer, d.h. ein Rest Torsion wird bleiben. Dazu kommt noch, dass mit abnehmender Re-Zahl / hier gleichzusetzen mit Flügeltiefe - sich der Nullauftriebswinkel auch noch verschiebt.
Wir sitzen in der Falle. Betrachten wir einen Flügel mit durchgängigem Profil und leicht überelliptischem Grundriß, wie er heute meist gebaut wird. Im Langsamflug wollen wir einen geschränkten Flügel, um gutmütige Abrißeigenschaften und niedrigen induzierten Widerstand zu haben. Da ist aber die Torsionskraft aus dem Profilmoment klein. Im Schnellflug wollen wir einen ungeschränkten Flügel, um möglichst den Nullauftrieb bei allen Flügelstellen zur selben Zeit zu erreichen. Und gerade da wird die Torosionskraft am größten und schränkt uns den Flügel ungewollt immer mehr.
Also kann eine Profilwahl nie
- ohne die zugehörige Geometrie
- ohne die zugehörige Schränkung
- ohne die Bauweise
- ohne den Geschwindigkeitsbereich in dem geflogen werden soll
beurteilt werden.
Es gibt z.B. F3B -Modelle die nach aussen entwölbt sind als auch Modelle bei denen die Wölbung erhöht wird. Beide Konzepte funktionieren richtig angewandt.
Eine bei Großsegler üblicher Streckung und Tiefenverteilung sehr gut funktionierende Auslegung ist, die Wölbung von z.B. 2,5% nach aussen um rd. 0,5% zu erhöhen, keine Schränkung einzubauen und den Flügel durch Diagonalgewebe torsionssteiff zu bauen.
Die eta will ich mit ihrer Mörderstreckung und dem Tiefensprung ausdrücklich ausnehmen, da sieht es sicher anders aus. Durch den Tiefensprung ist die Flügelgeometrie stark überelliptisch und auch mit CFK-Diagonalgewebe wird die Torsion immer ein Problem bleiben.
Ob Steffens Regel
"schränke den Flügel nicht geometrisch" bei der eta eingehalten wurde weiß ich nicht. Aber wenn ich einen Profilstrak aus Profilen mit unterschiedlichem Nullauftriebswinkel verwende - z.B. durch entwölben nach aussen - ist es mit der Schränkung schon passiert. Ob geometrisch oder aerodynamisch ist da egal. Ja, durch den unterschiedlichen Nullauftriebswinkel bei unterschiedlichen Re-zahlen gibt es den "ungeschränkten" Flügel strenggenommen nur als Rechteckflügel bei Windstille am Boden liegend.
Das Torions-Problem durch den Einsatz momentenneutraler Profile zu lösen (die Nurflügelfraktion bietet da reichlich Auswahl) ist zwar möglich, kostet aber Maximalauftrieb.
Der Weg zu einem gut fliegenden Modell besteht also aus Kompromissen bei der Profilwahl (Moment, Dicke), der Bauweise, der Geometrie, der Schränkung... Und letzlich eben dem Versuch, sprich bauen, fliegen, verbessern.
Und da hat sich herausgestellt, dass es die einzig wahre, allein glückseligmachenende Lösung nicht gibt.
Hans
[ 12. Januar 2003, 08:58: Beitrag editiert von: haru ]
Steffen schrieb weiter oben:
undSagen wir mal so, die Grundregeln eines solchen Entwurfes sind recht einfach:
-nehme so dünne Profile, wie es eben geht, um halbwegs Re-Zahl unempfindlich zu sein. Nur die Festigkeit beschränkt diesen Wunsch. Und dann auch nur so lokal wie es geht (siehe auch 'Seitenhieb')
-nehme Dir viel Zeit für die Auswahl
-schränke den Flügel nicht geometrisch
-lege den Strak auf vernünftigen Abriss im Aussenflügel aus (s.a. eta-aircraft: Tiefensprung)
-baue den Flügel möglichst torsionssteif
-erhöhe nicht die Wölbung im Aussenflügel
Nachdem meine aktuelle Entwürfe für Segler alle diesen "Konstruktionsfehler" aufweisen und ich auch andere, gut fliegende Modelle mit dieser Auslegung kenne, hier ein paar Anmerkungen dazu.Das Modell ist als Kompromiss aus Steifigkeit und Herstellungskosten ausgelegt. Die sonst bei so vielen grossen und schlanken Seglern zu sehende Flügelrunterbiegerei im Schnellflug tritt dabei nicht (bzw. erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten) auf. Diese Durchbiegung ist nämlich ein (Konstruktions-) Fehler, der aus ungeschickter Profilwahl und zu geringer Torsionssteifigkeit herrührt. Die ungeschickte Profilwahl ist dabei eine Erhöhung der Wölbung nach aussen, um dort mehr Auftrieb hinzubringen. Leider ist das genau falsch, da der Abtrieb aus Torsion kommt und die erhöhe ich mit der erhöhten Wölbung.
Torsion wird durch das Moment des Profils erzeugt, das den Flügel verdrehen will. Auf Seglern fliegen wir i.d.R Profile mit einem negativen Moment. D.h. der Flügel wird durch die auftretene Torsion im Flug geschränkt. Gerade die bei Großseglern beliebten HQ-Profile mit Wölbung > 3% haben ein großes negatives Moment und begünstigen die Torsion.
Nehme ich ein und daselbe Profil und erhöhe die Wölbung, dann nimmt das Moment zu. Ob daraus ein Problem resultiert wie Steffen es beschreibt, hängt auch von der Streckung und der Bauweise ab.
Jetzt einfach den Umkehrschluß zu machen , und zu sagen dann muss aussen eben die Wölbung runtergenommen werden, um die Torsion zu vermindern, ist aber zu einfach gedacht. Der Abtrieb kommt nämlich nicht durch die Torsion, sondern dadurch dass bei einem tordierten Flügel das Profil aussen einen kleineren Anstellwinkel hat wie innen, und die Torsion ist nur die Ursache die dazu führt, d.h. eigentlich ist die Ursache ja des negative Moment in Verbindung mit einem nicht torisonsteifen Flügel, was wieder die Ursache der Torsion ist.
Durch die Verminderung der Wölbung wird aber i.d.R. der Nullauftriebswinkel größer. D.h. während innen der Flügel noch Auftrieb liefert, liefert das entwölbte Profil aussen selbst bei nicht tordiertem Flügel bereits Abtrieb. Uups, da haben wir dasselbe Problem mit anderer Ursache. Und das Moment wurde ja nur geringer, d.h. ein Rest Torsion wird bleiben. Dazu kommt noch, dass mit abnehmender Re-Zahl / hier gleichzusetzen mit Flügeltiefe - sich der Nullauftriebswinkel auch noch verschiebt.
Wir sitzen in der Falle. Betrachten wir einen Flügel mit durchgängigem Profil und leicht überelliptischem Grundriß, wie er heute meist gebaut wird. Im Langsamflug wollen wir einen geschränkten Flügel, um gutmütige Abrißeigenschaften und niedrigen induzierten Widerstand zu haben. Da ist aber die Torsionskraft aus dem Profilmoment klein. Im Schnellflug wollen wir einen ungeschränkten Flügel, um möglichst den Nullauftrieb bei allen Flügelstellen zur selben Zeit zu erreichen. Und gerade da wird die Torosionskraft am größten und schränkt uns den Flügel ungewollt immer mehr.
Also kann eine Profilwahl nie
- ohne die zugehörige Geometrie
- ohne die zugehörige Schränkung
- ohne die Bauweise
- ohne den Geschwindigkeitsbereich in dem geflogen werden soll
beurteilt werden.
Es gibt z.B. F3B -Modelle die nach aussen entwölbt sind als auch Modelle bei denen die Wölbung erhöht wird. Beide Konzepte funktionieren richtig angewandt.
Eine bei Großsegler üblicher Streckung und Tiefenverteilung sehr gut funktionierende Auslegung ist, die Wölbung von z.B. 2,5% nach aussen um rd. 0,5% zu erhöhen, keine Schränkung einzubauen und den Flügel durch Diagonalgewebe torsionssteiff zu bauen.
Die eta will ich mit ihrer Mörderstreckung und dem Tiefensprung ausdrücklich ausnehmen, da sieht es sicher anders aus. Durch den Tiefensprung ist die Flügelgeometrie stark überelliptisch und auch mit CFK-Diagonalgewebe wird die Torsion immer ein Problem bleiben.
Ob Steffens Regel
"schränke den Flügel nicht geometrisch" bei der eta eingehalten wurde weiß ich nicht. Aber wenn ich einen Profilstrak aus Profilen mit unterschiedlichem Nullauftriebswinkel verwende - z.B. durch entwölben nach aussen - ist es mit der Schränkung schon passiert. Ob geometrisch oder aerodynamisch ist da egal. Ja, durch den unterschiedlichen Nullauftriebswinkel bei unterschiedlichen Re-zahlen gibt es den "ungeschränkten" Flügel strenggenommen nur als Rechteckflügel bei Windstille am Boden liegend.
Das Torions-Problem durch den Einsatz momentenneutraler Profile zu lösen (die Nurflügelfraktion bietet da reichlich Auswahl) ist zwar möglich, kostet aber Maximalauftrieb.
Der Weg zu einem gut fliegenden Modell besteht also aus Kompromissen bei der Profilwahl (Moment, Dicke), der Bauweise, der Geometrie, der Schränkung... Und letzlich eben dem Versuch, sprich bauen, fliegen, verbessern.
Und da hat sich herausgestellt, dass es die einzig wahre, allein glückseligmachenende Lösung nicht gibt.
Hans
[ 12. Januar 2003, 08:58: Beitrag editiert von: haru ]