Flaperons bei durchgängigen Querrudern?

Ist das der Unterschied zwischen Theorie und Praxis?
Ummm... Ja? Du redest von statisch. Franz dagegen von ABbremsen, also dynamisch. Und da taucht der Widerstand durchaus auch in der Rechnung auf.

Kann mich an eine Situation mit dem Fluglehrer bei einer Aussenlandung erinnern:
Er: "Mach ein bischen langsamer"
Ich *ziehe Fahrt heraus* (und komme natürlich entsprechend höher)
Er: "Nein nicht so, Klappen!"
 

UweH

User
Naja, um langsamer zu fliegen muss man den geflogenen Auftriebsbeiwert erhöhen.
Um dabei nicht weg zu steigen, sondern den Gleitpfad steiler zu machen, muss man die Flugleistung verschlechtern, also Widerstand erhöhen.
Dass die Widerstandserhöhung zu einer langsameren Fluggeschwindigkeit führt ist im Gleitflug einfach die falsche Begründung für die teilweise richtige Beobachtung.

Ebenso ist die Aussage von Franz aus Post #16 nicht korrekt:

Durch dieses NachObenStellen wird daraus ein weniger gewölbtes Profil, welches deutlich mehr Anstellwinkel verträgt (je breiter das QR, desto mehr)

Das weniger gewölbte Profil verträgt keineswegs mehr Anstellwinkel, das Gegenteil ist der Fall, sondern durch das hoch stellen der Querruder wird der Flügel stark geschränkt.
Das Gesamtflugzeug verträgt damit mehr Anstellwinkel, nicht das entwölbte Außenprofil, denn die Strömung reißt zuerst am induziert stärker angestellten Innenflügel ab und die Steuerbarkeit bleibt länger erhalten. Der Maximalauftrieb des Flugzeugs nimmt dabei aber ab, die Minimalgeschwindigkeit ist dadurch höher als ohne hoch gestellte Querruder weil der Außenflügel weniger Profilauftrieb liefern kann.
Das wirkt als brauchbare Landehilfe ganz gut weil durch die Widerstandserhöhung der Gleitpfad steiler wird und man ohne Gefahr des einseitigen Strömungsabrisses bis zum Maximalauftrieb des Flugzeugs ziehen kann ohne die Steuerbarkeit zu verlieren.

Gruß,

Uwe.
 
Wir reden hier aber von Streifenquerrudern (Flaperons) da ist mit Schränkung nicht viel zu holen. (Ein bisschen was geht bei aussen prozentual tieferen QR)

Netto ist die Minimalgeschwindigkeit mit QR hoch wohl höher, da CA max niedriger.

ABER

Das macht nix, denn wir haben einen Flieger, der sich ohne bösen Abriss (weitgehend abgerissen ist die Strömung an der Oberseite wohl schon, aber da die Strömung stabil bleibt, bleibt die Fuhre beherrschbar.) schön hinhängen lässt und steil herunterkommt.

Das Problem bei "cleaner" Konfiguration ist ja, dass man keinen (langsamen) steilen Gleitpfad hinbekommt, ohne dauernd mit Abriss rechnen zu müssen. Denn die (erst noch nicht übermässig) schlechte Gleitzahl bei Höchstauftrieb ist im "Coffin corner" (ja bezeichnet normalerweise einen anderne Flugzustand. Passt hier aber auch schön: Wir haben ein extrem schmales Fenster in dem alles noch funktioniert.)
 

UweH

User
Wir reden hier aber von Streifenquerrudern (Flaperons) da ist mit Schränkung nicht viel zu holen. (Ein bisschen was geht bei aussen prozentual tieferen QR)

Der Threadtitel schon, Franz nicht:

Also für mich hab ich das mal so: Modelle, die gut gleiten, will ich mit Widerstandserhöhung runterbringen, also QR nach oben

Beim Rest bin ich ganz auf Deiner Seite, hab ich sinngemäß ja auch geschrieben.

Fatal ist übrigens wenn man versucht "normal" lange Querruder stark nach unten zu stellen um damit zu bremsen wie bei den DLG´s, da kann man schön sehen wie langsam der Flieger trudeln kann wenn Auftrieb und Widerstand hoch sind, aber der Strömungsabriß zuerst außen kommt weil der Flügel falsch rum geschränkt ist :rolleyes:
Wie Du schon geschrieben hast kann man rein über die Klappengeometrie schränken, das nutzt man oft und ich besonders gerne bei Brettnurflügeln um den Flieger beim ziehen gutmütig zu machen. Das kann bis zum stabilen Sackflug ("Hyperstall") bei voll ziehen gestaltet werden.
Ebenfalls am Brett kann man anschaulich zeigen dass reine Widerstandserhöhung durch z. B. Butterflybremse nicht bremst, sondern nur den Gleitwinkel verschlechtert. Man kommt beim Landen steiler runter, aber nicht langsamer als die Mindestgeschwindigkeit ohne gesetzte Bremse. Konnte ich erst Gestern beim praktischen Fliegen wieder selbst erleben.

Gruß,

Uwe.
 

FranzD

User
Meine Aussage mit
"Also für mich hab ich das mal so: Modelle, die gut gleiten, will ich mit Widerstandserhöhung runterbringen, also QR nach oben"
habe ich genau so gemeint: QR oben --> weniger Auftrieb --> höherer Anstellwinkel nötig für gleiches Sinken --> mehr Widerstand als ohne QR hoch welcher gut zu gebrauchen ist (naja, rückwirkend betrachtet hätte nicht davon ausgehen sollen, dass das "klar" ist).
Aber ich merke, dass ich mich da auf usicherem Terrain bewege und lese interessiert mit und hoffe, was lernen zu können.

Aber dass ein weniger gewölbtes Profil weniger Anstellwinkel vertragen soll, leuchtet mich gar nicht ein. Aber hast Du Dich wohl auf die Schränkung bezogen.

Grüße,
Franz
 

UweH

User
Hallo Franz,
für ein einfaches Erklärmodell kann man die Fluggeschwindigkeit mit dem Auftrieb gleich setzen, also um langsam zu fliegen muss das Flugzeug mit einem hohen Auftriebsbeiwert fliegen. Das ist ein Grundprinzip der Flugzeugaerodynamik.
Damit ist der Widerstand für die Fluggeschwindigkeit erst mal raus, so ist das auch in der Formel für die Gleitfluggeschwindigkeit, es ist kein Widerstand darin enthalten (im ballistischen Flug ist das anders, z.B. im freien Fall oder Sturzflug)
Nimmt man den Widerstand dann wieder mit rein, wie Markus zu bedenken gab, dann ändert sich bei Widerstandserhöhung erstmal die Fluggeschwindigkeit nicht, deshalb ist der Widerstand auch nicht in der Formel enthalten.
Das Modell wird bei Widerstandserhöhung also nicht langsamer, aber es fällt schneller.
Dadurch wird die Sinkgeschwindigkeit und die Gleitzahl mit der Widerstandserhöhung schlechter, und das ist es was der Widerstand eigentlich macht, er verschlechtert die Gleitflugleistung. In der Berechnung des (Lande-)Gleitpfads muss der Widerstand also wieder enthalten sein.
Zum Landen will man aber beides haben, also langsamere Fluggeschwindigkeit und schnelleres Fallen.
Erhöht man den Widerstand für schnelleres Fallen, dann wirkt das für den Piloten erstmal so als ob der Flieger schneller wird und er zieht die Mehrfahrt weg, erhöht also den geflogenen Auftriebsbeiwert des Flugzeugs.
Solange er dabei weiter mit erhöhtem Sinken fliegt glaubt er die Widerstandserhöhung hätte das Flugzeug gebremst, aber das war es gar nicht, es war die Auftriebserhöhung.

Aber dass ein weniger gewölbtes Profil weniger Anstellwinkel vertragen soll, leuchtet mich gar nicht ein. Aber hast Du Dich wohl auf die Schränkung bezogen.

Anstellwinkel bedeutet Auftrieb. Ein Profil das mehr Auftrieb erzeugt kann dies weil es mehr Anstellwinkel verträgt. Höher gewölbte Profile können typischerweise mehr Auftrieb erzeugen, vertragen also höhere Anstellwinkel.
Sowohl Windkanaluntersuchungen als auch Simulationsrechnungen zeigen genau das und mit z.B. X-Foil kannst Du das auch selbst nachvollziehen indem Du ein Profil mit verschiedenen Wölbungen oder mit verschiedenenen Klappenausschlägen simulierst.

Gruß,

Uwe.
 
Hallo Franz,
Ein Profil das mehr Auftrieb erzeugt kann dies weil es mehr Anstellwinkel verträgt. Höher gewölbte Profile können typischerweise mehr Auftrieb erzeugen, vertragen also höhere Anstellwinkel.

Man kann allein von der Wölbung nicht auf den max. Anstellwinkel schließen. Es kann zwar gut sein, dass wenn man einem Profil eine höhere Wölbung verpasst, es auch einen höheren Anstellwinkel verträgt. Wenn man aber 2 unterschiedliche Profile hat, kann man nicht nur wegen der Wölbung sagen, welches Profil mehr Anstellwinkel verträgt. Auch ist die Wölbung nicht der einzige Parameter, der den Auftrieb beeinflusst.

Und wie soll eine Auftriebserhöhung ein Flugzeug ausbremsen? Der Auftrieb wirkt annährend senkrecht zur Flugrichtung. Der Widerstand allerdings wirkt der Geschwindikeit entgegen und bremst damit das Flugzeug ab. Mit einer Auftriebserhöhung geht zwar oft auch eine Widerstanderhöhung einher, aber der Auftrieb bremst nicht das Modell.

Und was ist das für eine Formel für die Gleitfluggeschwindigkeit?
 
Und wie soll eine Auftriebserhöhung ein Flugzeug ausbremsen? Der Auftrieb wirkt annährend senkrecht zur Flugrichtung. Der Widerstand allerdings wirkt der Geschwindikeit entgegen und bremst damit das Flugzeug ab. Mit einer Auftriebserhöhung geht zwar oft auch eine Widerstanderhöhung einher, aber der Auftrieb bremst nicht das Modell.
Nicht ausbremsen. Aber zum langsam Fliegen brauchst du Auftrieb. Punkt. Je mehr Auftrieb ein Flügel liefern kann, desto langsamer kann ein Flugzeug fliegen.

Fa = Sf * v^2 rho / 2 * CA

Fa = Auftrieb
Sf = Flügelfläche
v = Fluggeschwindigkeit
rho = Luftdichte
CA = Aufteibsbeiwert des Flügels

Die Energie vom vorher schnelleren Flugzustand vernichtet der Widerstand. Aber am Ende brauchts Auftrieb um in der Luft zu bleiben.


Wie ich aber oben schrub: Bei der (Ziel-) Landung geht es weniger darum, langsamstmöglich zu fliegen. Sondern darum einen ausreichend steilen Gleitpfad hinzubekommen um den Landepunkt sicher zu treffen. Oder, andersrum, beim Absteigen ausreichend Widerstand zu haben, dass die Fuhre bei steilem Gleitpfad nicht zu schnell wird.


Anstellwinkel bedeutet Auftrieb. Ein Profil das mehr Auftrieb erzeugt kann dies weil es mehr Anstellwinkel verträgt. Höher gewölbte Profile können typischerweise mehr Auftrieb erzeugen, vertragen also höhere Anstellwinkel.
Hier vereinfachst Du für den betrachteten Fall unzulässig. Du beschreibst den Fall des linearen Auftriebsanstiegs bis zu Auftriebsmaximum. Was aber nach dem Überschreiten des kritischen Anstellwinkels passiert ist im Sackflug interessant. Bleibt die Strömung noch über einen grossen weiteren Anstellwinkelbereich stabil und nimmt der Auftrieb nicht dramatisch ab, oder bricht er schlagartig völlig zusammen?
Und da hilft eben der "extrem-S-Schlag" des nach oben stehenden Querruders schon, indem er den Abstrom von der Flächenoberseite stabilisiert (indem er die gesunde Strömung von der Flächenunterseite in den Abstrom "injiziert") und diesen Sackflugzustand stabil macht.

So gesehen ist "verträgt mehr Anstellwinkel" schon richtig. Es ist hier nicht gleichbedeutend mit "liefert mehr Auftrieb".
 

UweH

User
So gesehen ist "verträgt mehr Anstellwinkel" schon richtig. Es ist hier nicht gleichbedeutend mit "liefert mehr Auftrieb".

Hallo Markus,

ich habe wegen Flugzeug bauen nicht die Zeit das jetzt alles mundgerecht aufzubereiten, aber ich bin da anderer Meinung als Du.
Erstmal ging es mir um die Tendenz, dass ein Profil mit mehr Wölbung mehr Anstellwinkel verträgt und damit meinte ich das selbe Profil mit unterschiedlicher Wölbung, nicht zwei verschiedene Profile mit unterschiedlicher Wölbung. Das kann man mit Simulationen leicht überprüfen, was ich vorhin mit dem AG40 mal probiert habe......oder die Simulationen bilden die Realität vollkommen falsch ab, oder ich bediene die Programme falsch, kann natürlich auch sein.

Die Wirkung des hoch stellens der Klappen kann man z.B. bei den im Windkanal gemessenen Polaren von Selig sehen, aber es ist etwas mühsam weil es auf den ersten Blick so aussieht als ob es anders wäre. Es kann allerdings auch sein dass ich etwas überlesen habe und mich irre, aber dazu braucht man für mein Beispiel erst mal die "Summary of Low-Speed Airfoil Data Books, Vol. 5", das gibt es hier: http://m-selig.ae.illinois.edu/uiuc_lsat.html
Als Beispiel nehme ich das AG40d-02r, von dem verschiedene Klappenstellungen im Windkanal vermessen wurden.

Für die Situation mit Klappen neutral gibt es ein Schaubild 4.20 Alpha/Cl auf Seite 56. Da ist der maximale Auftrieb bei Flap 0° und Re 100 000 etwa Cl (=ca) 1,2 bei 10° Anstellwinkel.


Für die Situation mit Klappen stark nach oben, wie für die Landehilfe, gibt es ein Schaubild 4.32 für das selbe Profil bei Flap -15° und Re 100 000.
Hier ist der Maximalauftrieb irgendwo bei Cl 0,7, der maximale Anstellwinkel ist etwa 12°.

Der Vergleich der beiden Schaubilder scheint Dir recht zu geben, aber um das genauer zu beleuchten muss man sich die Definitionen für die Messungen und Diagramme anschauen.
Zunächst ist klar dass die Profilsehne, auf die sich der Anstellwinkel bezieht, bei Klappe 0° die gerade Verbindung zwischen Nasenleiste und Endleiste ist.

Schaut man sich aber die Erklärung für die Definition der Klappenausschläge im Schaubild 3.3 auf Seite 17 an, dann ist die Bezugslinie für den Anstellwinkel bei Klappenausschlag nicht mehr die Verbindung zwischen Nasenleiste und Endleiste der ausgeschlagenen Klappe und damit des aerodynamisch wirksamen Profils, sondern die ursprüngliche Profilsehnenachse des Profils bei Flap 0°. Das scheint vom Versuchsaufbau mit der fixen Befestigung des Profils im Windkanal zu kommen, die Klappe hängt hinten dran und wird manuell ausgeschlagen. Es wird also eigentlich der Winkel der Befestigung des Versuchsflügels gemessen, nicht der aerodynamisch wirksame Anstellwinkel des Profils mit der Korrektur für den Klappenausschlag.
Wenn ich nichts übersehen habe muss man also die Anstellwinkelkorrektur für den Klappenausschlag erst noch rein rechnen um die Diagramme vergleichen zu können und wenn ich mich nicht verrechnet habe sind das bei 25% Klappentiefe und -15° Ausschlag 3,8°.

Damit hat also das AG40-Profil mit -15 Klappe im Windkanalversuch knapp 2° weniger maximalen Anstellwinkel als bei Klappe neutral.

Auch scheint das AG40 einen relativ scharfen Abriß zu haben, denn die von Dir beschriebene Anstellwinkelerhöhung mit fallendem Auftriebsbeiwert (und erheblichem Widerstandszuwachs) zeigt es nicht, im Gegensatz z. B. zum AG 24 bei Re 100 000 auf Seite 45.

Vielleicht habe ich ja etwas übersehen oder überlesen, dann korrigiert mich bitte um mein aerodynamisches Weltbild in die Realität zu rücken falls ich im Moment nur rum spinne.
Ich rechne meine Auslegungen nicht mit dem Anstellwinkel, sondern erst mal mit CA-Werten und benutze den Anstellwinkel der fertigen Auslegung nur für Überprüfungen im normalen Betriebsbereich, deshalb fehlt mir etwas das Gefühl für den Anstellwinkel in Extrembereichen.

Gruß,

Uwe.
 

FranzD

User
Dank Uwe wurde ich darauf aufmerksam (ob Du das so meintest oder auch nicht), dass die Profilsehne bei einem z.B. durch Klappe gewölbtem Profil (von Berechnungsprogrammen und vielleicht auch in der theoretischen Betrachtung) vermutlich von Nasenspitze zu Klappenende definiert wird. So gesehen kommt dann automatisch beim Klappen Ausfahren nach unten plötzlich ein deutlich größerer Anstellwinkel zu Stande, auch wenn der Flieger exakt gleicht weiterfliegt (bitte kurz mal vorstellen ...).
Aber das meinte ich nicht, als Modellpilot ist Anstellwinkel für mich praktisch der Winkel der Rumpfachse zur Flugrichtung - ihr wisst was ich meine. Ja, das ist alles andere als korrekt wenn es um Profildiskussionen geht, aber sicher ist, dass man die gleiche Sprache haben muss, bevor man sinnvoll diskutieren kann. Das das in einem Forum praktisch nicht geht ist klar, aber trotzdem schlecht.
Na ja, bin trotzdem schon ein bißchen schlauer geworden :-)

Nachtrag: Ok, sehe gerade, das Uwe genau das Thema in dem Beitrag darüber (den ich beim Schreiben dieses Beitrages noch nicht kannte) angeführt hat. Also erst mal durchlesen...
 

UweH

User
Dank Uwe wurde ich darauf aufmerksam (ob Du das so meintest oder auch nicht), dass die Profilsehne bei einem z.B. durch Klappe gewölbtem Profil (von Berechnungsprogrammen und vielleicht auch in der theoretischen Betrachtung) vermutlich von Nasenspitze zu Klappenende definiert wird. So gesehen kommt dann automatisch beim Klappen Ausfahren nach unten plötzlich ein deutlich größerer Anstellwinkel zu Stande, auch wenn der Flieger exakt gleicht weiterfliegt (bitte kurz mal vorstellen ...).

Hallo Franz, richtig, das wollte ich noch schreiben und hatte es vergessen:

Wenn man die Ruder zum bremsen nach oben fährt, dann bekommt die Tragfläche einen viel kleineren (induzierten) Einstellwinkel zum Rumpf, denn aerodynamisch wirksam ist das Profil mit Sehne als Verbindung Nasenleiste zur angehobenen Endleiste.
Das sieht dann beim langsam ziehen des Modells so aus als ob der ganze Flieger incl. Tragfläche einen extremen Anstellwinkel hat, viel mehr als mit Klappen neutral möglich ist.
Aber es ist nur der Rumpf der so stark angestellt ist, die Tragfläche hat weniger Anstellung als mit Klappe im Strak und kann auch nicht mehr als mit Klappe im Strak. Dadurch kommt es dann zu Missverständnissen und man redet aneinander vorbei obwohl man doch das Gleiche meint.....aber wenn das nicht wäre gäbe es viel zu wenig Diskussionsstoff in einem Forum wie RCN :D

Gruß.

Uwe.
 
Schaut man sich aber die Erklärung für die Definition der Klappenausschläge im Schaubild 3.3 auf Seite 17 an, dann ist die Bezugslinie für den Anstellwinkel bei Klappenausschlag nicht mehr die Verbindung zwischen Nasenleiste und Endleiste der ausgeschlagenen Klappe und damit des aerodynamisch wirksamen Profils, sondern die ursprüngliche Profilsehnenachse des Profils bei Flap 0°.
Das ist in der Tat der Grund, warum wir aneinander vorbeigeredet haben. Ich bin kein Freund von Referenzsystemen, die sich mit einer Änderung eines Versuchsparameters wegdrehen. Ich denke nicht, dass Du irgend eine wissenschaftliche Publikation finden wirst, die die X-Achse dauernd mit der sich bewegenden Endleiste mitführt. Da kommst Du mit ständigem Nachführen aller anderen Parameter in Teufels Küche.
Vollendas absurd wird das Ganze, wenn Du an einem Flügel keine durchgängige Klappe oder auch nur, wie oben besprochen, eine Klappe unterschiedlicher prozentualer Tiefe hast. Welcher Anstellwinkel gilt jetzt für den ganzen Flügel?

Das ist u.a. ein Grund, warum Steffen immer gegen den Begriff EWD lästert. Da wackeln sämtliche geometrischen Bezugssysteme.
 

FranzD

User
Wenn man ein Programm schreiben könnte, das Profilumströmung berechnen kann, dann würde man sowas als 2-dimensionales Thema angehen, also wie verhält sich der Querschnitt - und es gibt da nur einen Querschnitt - bei Umstömung. Und das ist das Profil mit oder ohne Klappen, aber nicht der ganze Flügel. In dem Entwurf solcher Programmen muss man grundsätzliche Entscheidungen treffen, z.B. "Was ist Anstellwinkel". Und das macht man natürlich so, wie die weltweiten Datenquellen das machen und das ist (das behaupte ich jetzt mal einfach so ohne eine Recherche gemacht zu haben) von Nase zu Endleiste.
Dass das für die Modellbau-Anwendung nicht ideal ist, spielt da keine Rolle, sondern nur, wie man die Berechnungsaufgabe am besten machen kann.

Gruß,
Franz
 

UweH

User
Vollendas absurd wird das Ganze, wenn Du an einem Flügel keine durchgängige Klappe oder auch nur, wie oben besprochen, eine Klappe unterschiedlicher prozentualer Tiefe hast. Welcher Anstellwinkel gilt jetzt für den ganzen Flügel?

Hallo Markus, das ist ein Grund für meine Methode nicht mit dem Anstellwinkel zu rechnen, sondern mit dem Auftrieb.
Auftriebsbeiwerte werden für die Profile definiert und dann für den tatsächlichen Flugzustand des Gesamtflügels zusammen geführt, nicht für irgend ein fest gelegtes Bezugssystem. Den Anstellwinkel braucht man dabei erst für die Einstellwinkel ;)

@Franz: bei den Simulationsprogrammen kann man oft einstellen oder wählen ob man mit dem aerodynamisch wirksamen Profil oder mit dem Profil in einem Bezugssystem rechnet. Ich benutze für die Profilberechnung XFLR5 und rechne bei Klappen mit dem aerodynamisch wirksamen Profil, und da ich viel Nurflügel entwerfe ist das dabei eigentlich Pflicht. Rechnet man mit dem Anstellwinkel bekommt man schon bei geometrischer Schränkung Definitionsprobleme, nicht erst in dem von Markus oben angeführten extremeren Beispiel.

Gruß,

Uwe.
 
Heute wieder einmal am Hang, ...

Heute wieder einmal am Hang, ...

... mit einem meiner Snipes:
Obwohl bei diesem einen die Klappen relativ moderat ausfahren ("nur" etwa 60°), bremst das in jeder Fluglage heftig, "Anker auswerfen" beschreibt´s sehr treffend! Ich kann die aerodynamischen Vorgänge nicht annähernd darstellen, aber praktisch wirkt das nicht so, als ob der Widerstand dabei nicht kräftig erhöht würde. Steilste Abstiege in Zeitlupe, präzise Kontrolle der Anflüge, Tempo fast völlig heraus nehmen fürs Fangen oder um den Vogel sanft in die Wiese zu setzen ...

Durch die Beimischung auf Höhe ändert sich am Anstellwinkel des ganzen Fliegers fast nichts, die Rumpfachse bleibt nahezu unverändert, nur das Tempo geht schlagartig zurück, wenn die Flaperons voll raus sind.

"Raus" heißt nach unten, stufenlos über den Knüppel gesteuert.

Steuerung über quer bleibt weitgehend erhalten, das kurveninnere Ruder wird dazu bis letztlich an sein oberes Maximum gefahren. Das dabei natürlich völlig verkehrte Wendemoment kompensiere ich durch kräftige Beimischung auf Seite.

Das Abrissverhalten ist gutmütiger kaum vorzustellen, kurz vor Stillstand nimmt er die Nase runter, Abkippen gibt´s eigentlich nicht ...

LG, Philipp
 
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