Methoden(-Diskussion), Auftrieb d. Zentrifugalkraft?

[Bernhard Wienand]

Habe mit großem Interesse die Methoden-Diskussion Ortho vs. Normal,
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php?t=196677, die bereits bei der Vorstellung der Sarabande, http://www.rc-network.de/forum/showthread.php?t=194320, begonnen hatte, verfolgt.

Vorweg:

Kompliment an die in diesem Forum zu findende Kompetenz, u.a. in Sachen Aerodynamik.

Arbeite gerade an einer Auslegung eines Drachen (Hängegleiter) u.a. mit den Programmen von Frank Ranis (Nurflügel und FLZ_Vortex) und möchte wissen, wie richtig die Berechnungen sind. Referenzen sind leider Mangelware.

Zu der 'Otto Normal'-Diskussion:
Die Stromlinien auf der Flügeloberseite eines gepfeilten Flügels laufen im S-Bogen, vorne zuerst etwas nach außen wegen des Sogs der zurückspringenden Nase, dann nach innen, wegen der Umströmung der Flügelspitze.
Der Zweck (Übereinstimmung Rechnung mit Praxis) heiligt zwar die Mittel (Normal gedachte Schablonen orthogonal benutzen), aber bitte nicht die physikalische Realität an die Theorie bzw. die Rechenergebnisse anpassen.
Dann lieber im Programm notfalls empirisch ermittelte Korrekturfaktoren für die Verursacher der 'Fehler' (z.B. Grenzschichtdicke bzw. Re) einbauen.

Die Algorithmen (Wirbelverfahren) von Frank basieren ja letztlich auf der Potentialtheorie aus der Vorzeit der Computer, wie sie z.B. in Schlichting/Truckenbrodt dargestellt werden. Damit kann mit vertretbarem numerischem Aufwand für keine exotischen Flugkörper eine recht gute Genauigkeit, also Übereinstimmung mit der Praxis, erreicht werden.
Aber die Anwendung der Potentialtheorie ist ein reiner, wenn auch genialer, Analogieschluss, der aber auch zu der komischen Vorstellung des 'gebundenen Wirbels' um ein Profil geführt hat.

Jetzt zu meinem Anliegen:

Mir kam nun vor einiger Zeit bei Grübeleien über die lokale Entstehung des Auftriebs (also nicht nach dem Impulssatz für die black-box Flügel) in den Sinn, ob man nicht mit der Zentrifugalkraft arbeiten kann, die die Luft erfährt, wenn sie der Kontur, ihrem lokalen Krümmungsradius, folgt?
Das würde den Staudruck erklären, den Bernouilli-Effekt vorne, Blasen, Abreißverhalten etc.

Was halten die Methodiker davon?
Ist das schon mal probiert worden oder wäre das einen Versuch wert?

Gruß, Bernhard

 

[Bernhard Wienand]

Auftrieb d. Zentrifugalkraft?

Auftrieb d. Zentrifugalkraft?

Schade, bisher keine Reaktion.

Daher lege ich mit einer Zeichnung anbei nach.
Vielleicht ging aus meiner Beschreibung nicht hervor, um was es mir geht.

Die Herausforderung liegt möglicherweise schon im Algorithmus zur Erstellung der zunehmend geglätteten Stromlinien und der Aufteilung in Luftzellen, Luftpakete.
Dann die gegenseitige Beeinflussung benachbarter Zellen bis zum Gleichgewicht bzw. die konvergierende Iteration
Das ganze Gitter evtl. noch dynamisch, nach den Ergebnissen der Strömungsrechnung.

Ist natürlich noch unausgegoren.
Vielleicht schon durchdacht und ad acta gelegt.

Vielleicht aber auch weitere Überlegungen wert.

Gruß, Bernhard

 

[UweH]

Hallo Bernhard,

damit Du nicht so einsam hier bist schreib ich mal was dazu, kann dabei aber nur für mich sprechen und wahrscheinlich nicht viel helfen.
Soweit ich das verstehe ist Dein Ansatz eine Methode die Kräfte am Flügel über eine Art 2 1/2D-Modell zu bestimmen. Das ist Grundlagenarbeit und es gibt nicht viele hier die sich damit beschäftigen. Ich selbst bin mathematisch eine Null und wenn ich die Formel sehe schalte ich schon ab. Ich überlasse das entwickeln und implementieren dieser Grundlagen in Auslegungsprogramme den Leuten die das können und gemiesse dann lieber das Ergebnis in Form eines komfortablen Tools bei dem ich "bitte weltrekordtauglich" eingebe und hinten kommt der fast fertige Bauplan raus ...der Weg dahin ist mir ein Graus

Ich könnte mir vorstellen dass Du in dem User Andrés "andrecillo76" hier oder bei IG-Horten einen würdigen Diskussionspartner finden könntest, denn er ist Mathematiker und beschäftigt sich auch beruflich mit fluiddynamischer Grundlagenforschung. Vielleicht meldest Du Dich mal bei IG-Horten an oder schickst ihm hier eine PN.

Ich werde mich hier garantiert aus der Diskussion raus halten, aber wenn mal ein paar Posts zustande kommen, dann steckt das vielleicht auch die Anderen an die sich für diese Grundlagen interessieren

Gruß,

Uwe.

 

[snowbulli]

Hallo Berhard,

sei so lieb, und erkläre mal die Formel aus deinem Bild.

Die Zetrifugalkraft hängt ja direkt von der Masse des "kurvenden" Teilchens ab.
Mit welcher Masse willst du rechnen?

Spannend, drüber nachzudenken. Aber ob es zu etwas führt?

Hmmm ....

Liebe Grüße

 

[speed-michi]

Also ich weiss nicht ob das wirklich zielfuehrend ist was du vorhast, aber interesannt klingt es. Kannst du ein paar Sachen dazu erklaeren?
Wie willst du die aktuellen Geschwindigkeiten deiner Luft"boxen" bestimmen? Und woher weisst du wie die Stromlinien verlaufen? Wie bestimmst du den Staupunkt?

Was genau suchst du denn? Eine alternative fuer 2D-Profilberechnungen? Eine alternative zum (3D)-Wirbelleiterverfahren?


Und zu den "S-Formigen" Stromlinien: Ich hab nicht genau verstanden was du mit "Sog der zurueckspringenden Nase" meinst, aber generell gibt es diese S-Form nur weil die vom Profil induzierten Geschwindigeiten mit der Anstroemgeschwindigkeit interferieren. Das ist auch bei einem unendlichen, schiebenden Fluegel so. Andererseits hat auch ein endlicher Rechteckfluegel keine "geraden" Stromlinien, die werden von den Randwirbeln, die Geschwindigkeiten induzieren und dem Druckunterschied oben und unten auch ordentlich "gekruemmt", sobald du Auftrieb erzeugen willst. Bei einem endlichen Pfeilfluegel ueberlagert sich dann beides.
Was die Berechnung angeht ist es aber eigentlich auch egal wie genau die Stromlinien verlaufen. Interessant sind dagegen die Isobaren der Druckverteilung.

Gruss
Michi

 

[NuriULF]

Das was du dir vorstellst, gibt es. Alle modernen Ansätze in der CFD (computational fluid dynamics - googeln und lesen, es gibt sogar ein eigenes CFD Wiki) basieren auf solchen Ansätzen. Die Strömung wird dann durch ein System von Differentialgleichungen beschrieben, die mittels solcher "Zellen" diskretisiert werden. Deswegen muß schon der Aufstellung des Gitters viel aufwerksamkeit geschenkt werden, weil je nach Form des Gitters die Diskretisierung der DGL einfach bis unmöglich ist. Auch reale Software gibt es frei verfügbar -> OpenFoam. Für uns im allgemeinen viel zu komplex
und am Ende weniger genau als unsere Halbempirische Kopplung von Potentialtheorie und Grenzschichtmodellen.

 

[Bernhard Wienand]

Besten Dank für Eure Anteilnahme.

Hallo Speed-Michi:
Die Sogspitze über der Nase zieht innen neben sich bei dort größerer Flügeltiefe Luft ab. Die Stromlinie wird dadurch nach außen gelenkt.
Zur Flügelspitze macht sich mehr und mehr die dortige Umströmung von unten nach oben bemerkbar, die oben die Stromlinie nach innen ablenkt.

Hallo Ulf:
Die numerischen Verfahren sind mir zumindest aus anderen Gebieten (Finite Elemente) im Prinzip bekannt, habe aber noch nie damit gearbeitet.
Wäre schön, wenn es ein Mittelding gäbe zwischen der alten Potentialthoerie und den gigantischen Rechenverfahren.

Ja, es entstehen viele Fragen, wenn man die Sache weiterspinnt.

Ich lass das Ganze mal im Hinterstübchen reifen.

Nochmals besten Dank,

Bernhard