Profildiskussion für ungepfeilte (Brett-) Nurflügel

[Stefan Siemens]

Hallo,
da ich keinen geeignete Diskussionsrunde gefunden habe, mache ich hier ein neues Thema auf. Wenn jemand die Fragestellungen korrigieren, präzisieren und bzw. oder ergänzen möchte, ist das zu begrüßen.

Hinweise auf Profile und Straks sind erfreulich.

Welche Profileigenschaften sind für einen ungepfeilten Nurflügel erforderlich? (Nummerierung beliebig und nicht abschließend)

1.)
Wie viel Momentenbeiwert (Cm0) benötigt man eigentlich?

2.)
Auf welchen Auftriebsbereich muss ich achten? Denken wir uns einen für Thermikflug ausgelegten NF. Auf den ersten Blick schaut man sich das Ca Max an und wählt danach das Profil aus. Aber ist das der richtige Ansatz? Kann man dieses Ca max überhaupt erfliegen, denn ich muss dafür ja ordentlich Höhe ziehen.

Oder ist der mittlere Arbeitsbereich, sagen wir zwischen Ca 0,2 - 0,6 viel wichtiger.

Oder muss ich den Profilvergleich dann mit einem negativen Klappenausschlag (Klappe nach oben) für diesen Flugzustand durchführen?

3.) Ab welcher Pfeilung trägt eine Schränkung zur Stabilisierung um die Querachse relevant bei?, Mit anderen Worten, ab wann ist ein Brett ein Pfeil?

Vielen Dank für Eure Reaktionen,
Stefan

 

[Peter Wick]

Hallo Stefan

gute Fragen!! ich versuche mal zu antworten:

1.)
Wie viel Momentenbeiwert (Cm0) benötigt man eigentlich?

hmm. Eigentlich bestimmt beim Brett cm0 das Auslegungs-Ca einzig und alleine. Nun könnte man bei einem Brett der Versuchung unterliegen ein Profil mit recht hohem cm0 zu verwenden so dass man nicht hochtrimmen muss (fx die alten CJ Profile). ALLERDINGS habe ich die Erfahrung gemacht, dass man sich häufig SEHR schlechte Schnellflugeigenschaften (also auch schnell von einer Thermik zur anderen) einhandelt. Dies wird krass wenn man dazu noch grosse Wölbungen verwendet. Das liegt v.a. daran, dass man für den Schnellflug dann stark drücken muss, was die Wölbung noch zusätzlich erhöht....was dann den Widerstand bei kleinen Anstellwinkeln drastisch steigen lässt. Besser ist es kleine cm0 Werte zu verwenden und keine allzu grossen Wölbungen (auch bei einem Thermikbrett). Bei 2,4% ist Schluss, wenn man noch einigermassen Allround Eigenschaften haben will. Der cm Wert dann für den Langsamflug via Klappe eingestellt. Klar ev. gibt es da vielleicht einen etwas besseren Kompromiss, weil man den höheren cm via Profilkontur einstellen kann als via Klappe. Man muss dann aber immer Gegenchecken ob der Schnellflug noch geht. Typischerweise verliert man Klappen nicht sehr viel.
Kurze Antwort: Cm0 klein wählen und "wenig" Wölbung (max 2,4%).....Apropos kommt Steigen in der Thermik auch via Flächenbelastung!!

2.)
Auf welchen Auftriebsbereich muss ich achten? Denken wir uns einen für Thermikflug ausgelegten NF. Auf den ersten Blick schaut man sich das Ca Max an und wählt danach das Profil aus. Aber ist das der richtige Ansatz? Kann man dieses Ca max überhaupt erfliegen, denn ich muss dafür ja ordentlich Höhe ziehen.

Oder ist der mittlere Arbeitsbereich, sagen wir zwischen Ca 0,2 - 0,6 viel wichtiger.

Oder muss ich den Profilvergleich dann mit einem negativen Klappenausschlag (Klappe nach oben) für diesen Flugzustand durchführen?

Man muss immer getrimmte Zustände anschaun - also gleiche cm - ansonsten könnte man ja auch ein SD 7032 mit einem S-Schlag Profil vergleichen :-)
Ca max hat eine grosse Bedeutung im Thermikflug - weil der im wesentlichen den Kreisradius bestimmt (neben der Flächenbelastung) - Dies hat Bedeutung in welchen Thermikblasen man überhaupt kreisen kann!! Der Widerstand ist natürlich auch nicht unerheblich bei hohen Ca.

3.) Ab welcher Pfeilung trägt eine Schränkung zur Stabilisierung um die Querachse relevant bei?, Mit anderen Worten, ab wann ist ein Brett ein Pfeil?
Gute Frage....wesentlicher ist aber wahrscheinlich, dass bei Pfeilung ein vom Anstellwinkel abhängige V-form Effekt eintritt, was tolle Kreisflugeigenschaften ermöglicht OHNE den Schnellflug zu spolieren. Klar hat man dann in Sachen cm0 wieder etwas grössere Profil Design Freiheiten, wenn man Pfeilung verwenden - so dass man ev. ein höheres Ca max erreicht.

Fazit.....Grosse Fläche = kleine Flächenbelastung / cm0 ganz leicht positiv / nicht mehr als 2,4% Wölbung / eventuel leichte Pfeilung (Bremsklappe möglich; V-form)......also eine Art BIG BOW :-)

 

[UweH]

3.) Ab welcher Pfeilung trägt eine Schränkung zur Stabilisierung um die Querachse relevant bei?, Mit anderen Worten, ab wann ist ein Brett ein Pfeil?

Hallo Stefan,

ergänzend zu Peters Ausführungen erstmal nur kurz was hierzu: es kommt nicht auf den Pfeilwinkel an, sondern auf den Hebelarm zwischen Innen- und Außenflügel. Ein Nurflügel mit 15° Nasenpfeilung und Streckung 5 ist trotz der Pfeilung mehr den Brettern zuzuordnen, bei 15° Nasenpfeilung und Streckung 20 ist er als Pfeil zu betrachten, hier ist die geometrische Schränkung zur Stabilisierung sinnvoller als der reine Profilmomentenhaushalt.

...und: bei aller Nurflügel-Auslegungsarbeit steht zu Anfang irgend eine Art von Lastenheft, denn neben den Profilen ist auch die EWD in Form des Gesamt-Momentenhaushalts fest eingebaut und bestimmt nahezu unveränderlich den Auslegungs- und Betriebspunkt.
Höhenleitwerk unterlegen wie beim Leitwerker geht beim Nuri nicht.

Gruß,

Uwe.

 

[Peter Wick]

Prima Ergänzung von Uwe!

 

[Stefan Siemens]

Hallo Peter und Uwe,
herzlichen Dank für die wichtigen Hinweise.

Grundsätzlich fängt jeder Flugzeugentwurf mit einem Lastenheft an. Daran kranken viele Nachfrage bei RCN "welches Profil soll ich nehmen?" . Ich habe schon einen Entwurf in Gedanken, aber das ist ein anderes Thema (siehe Überschrift).

Die Bemerkungen zu hoch gewölbten Brettprofilen teile ich. In der Regel wird das ca max nicht viel besser, aber bei niedrigen ca ist der Widerstand hoch, weil die Profilunterseite das nicht mitmacht. Deshalb meine ich auch, dass der Bereich > ca 0,6 nicht so wichtig ist. Lieber für ein Thermikbrett leicht bauen, wie Peter auch schon geschrieben hat.

Das bringt mich zur Pfeilung. Leichtbau ist bei Pfeilung nicht einfach. Der Big Bow macht es vor, aber ich denke, dass konventioneller Leichtbau in Holz mit Holmgurten und Steg sowie D- Box nicht zu Pfeilung passt, weil die Torsionslasten zu hoch werden und man sich schnell Flatterprobleme (hieß das nicht mal "Riesenhuber" nach einem Forschungsminister?) einhandelt. Außerdem wird der Rumpf länger, damit das Seitenleitwerk genügend Abstand zum Neutralpunkt hat und das bringt auch mehr Gewicht.

Also für einen konventionellen Leichtbau wenig bis gar keine Pfeilung.

Übrigens, wenn ich einen Flieger aus Formen mit aktueller CFK Bauweise bauen wollte, würde ich mit ziemlicher Sicherheit einen "Pfeil" wählen! Will ich aber nicht.

Meine Idee zu einem Flugzeug werde ich in einem gesonderten neuen Beitrag vorstellen
Stefan

 

[noch ein Stefan]

Hallo,

hoffe es stört nicht wenn ich mich mit einer weiteren Profilfrage einklinke:
Warum sind eigentlich alle (zumindest die mir bekannten) Brettprofile so vergleichsweise dick?
Wenn ich mal die Zeichnungen/Bilder ResBow und Big Bow oder gerade auch dem DLG Bow (da kann ich es am wenigsten verstehen) ansehe dann sind das Profildicken von Motormodellen von 1970.
Aus welchem Grund ist das so?
Was passiert wenn man sie auf, sagen wir mal, 6% verdünnt?

Gruß Stefan

 

[UweH]

Das bringt mich zur Pfeilung. Leichtbau ist bei Pfeilung nicht einfach. Der Big Bow macht es vor, aber ich denke, dass konventioneller Leichtbau in Holz mit Holmgurten und Steg sowie D- Box nicht zu Pfeilung passt, weil die Torsionslasten zu hoch werden und man sich schnell Flatterprobleme (hieß das nicht mal "Riesenhuber" nach einem Forschungsminister?) einhandelt. Außerdem wird der Rumpf länger, damit das Seitenleitwerk genügend Abstand zum Neutralpunkt hat und das bringt auch mehr Gewicht

Hallo Stefan,

gerade mit Pfeilung wird Leichtbau einfacher, denn der Schwerpunkt wandert damit nach hinten. Die voreilenden Flugzeugteile sind in der Regel aus strukturmechanischen Gründen stabiler und damit schwerer als die nacheilenden. Damit baut man bei Pfeilung automatisch bereits vor dem austrimmen vorne schwerer als hinten und benötigt letztlich weniger Trimmblei.
Bei den Bows hat man beim Grundkonzept keinen Rumpf, damit muss man alles schwere auf kurzem Hebelarm im Flügel unterbringen. Das macht den Leichtbau bei diesem Nurflügeltyp schwierig, auch die Bows von Franz sind im Vergleich zu Leitwerkern oder Pfeilen gleicher Größe schwerer. Der Widerstandsgewinn durch die ungestörte Flügelumströmung ohne Rumpf soll das wieder wett machen, aber das fällt für einen Hangflieger leichter als für einen Thermiksegler. Trotzdem geht es wenn man die Struktur hinter dem Schwerpunkt sehr leicht hält wie man an den Bows von Franz sieht, auch mein allererster 0,9 m Bow von Mario war ein sehr guter Thermiksegler weil die Flügelzelle sehr leicht und damit die Flächenbelastung niedrig war.

Bei der Flatterfestigkeit muss man halt Kompromisse machen. Wenn ich mal für Vergleiche von einer Streckung von etwa 10 ausgehe, dann hat man bis etwa 10 ° t/4-Pfeilung kaum Flatterprobleme. Zwischen 10° und 25° ist die Flatterneigung größer und über 25 ° nimmt sie wieder ab. Pfeilungen über 30° sind aerodynamisch eine Herausforderung, es ist schwierig die Verluste durch Querströmungseffekte zu kompensieren. Für Nurflügel mit Zentralleitwerk ist eine Pfeilung von 10-12 ° noch sinnvoll, darüber vermasselt einem das Leitwerksgewicht an seinem Hebelarm den Leichtbau (und für meinen Geschmack die Optik, auch wenn es hierfür auch relativ hübsche Beispiele gibt).
Es kommt halt immer auf die Bauweise an. Mein Pfeilnurflügel Mimares in Rohrholmbauweise ist vorm Hang über 100 km/h und im DS 95 km/h geflogen bevor er geflattert hat, das ist für einen Thermiksegler mit Holzrippen absolut ausreichend.
Man kann auch mit D-Box in Holz einiges gegen Flattern tun, aber man kann nicht erwarten mit Standardbauweise in Balsaholz einen flatterfreien DS-Thermik-Hangsegler bauen zu können

Warum sind eigentlich alle (zumindest die mir bekannten) Brettprofile so vergleichsweise dick?
Wenn ich mal die Zeichnungen/Bilder ResBow und Big Bow oder gerade auch dem DLG Bow (da kann ich es am wenigsten verstehen) ansehe dann sind das Profildicken von Motormodellen von 1970.
Aus welchem Grund ist das so?
Was passiert wenn man sie auf, sagen wir mal, 6% verdünnt?

Hallo Stefan,
bei Holzmodellen ist die Profildicke oft der Strukturmechanik geschuldet, siehe oben die Hinweise an den ersten Stefan.
Wenn man die Profile bei gleicher Wölbung dünner macht wird die Grundgeschwindigkeit des Modells schneller, dafür verliert man aber Maximalauftrieb und damit Thermikflugeignung - siehe Post #2 von Peter Wick. Dünne Profile sind bei allen Bauweisen schwierig zu bauen, in CFK aus Formen fällt es am leichtesten. Ich selber fliege Modelle mit weniger als 6 % Profildicke, z.B. den Miniray, der im Mittelbereich sogar weniger als 5 % Profildicke hat. Im Außenflügelbereich mit der geringeren Flügeltiefe wird die Profildicke wegen Baubarkeit dann wieder größer auf bis zu 6,5 %.

Gruß,

Uwe.

 

[keep-res-simple]

Hallo,

hoffe es stört nicht wenn ich mich mit einer weiteren Profilfrage einklinke:
Warum sind eigentlich alle (zumindest die mir bekannten) Brettprofile so vergleichsweise dick?
Wenn ich mal die Zeichnungen/Bilder ResBow und Big Bow oder gerade auch dem DLG Bow (da kann ich es am wenigsten verstehen) ansehe dann sind das Profildicken von Motormodellen von 1970.
Aus welchem Grund ist das so?
Was passiert wenn man sie auf, sagen wir mal, 6% verdünnt?

Gruß Stefan

Hallo Stefan!

Zum Vergleich:

11,7% zu 9,26 % - geringe Unterschiede gibt es schon.

Wie von Uwe bereits geschrieben gibt es bauliche und aerodynamische Gründe für die Profildicke bzw. Dickenverteilung.
So ergibt sich die Dicke aus aerodynamischer Sicht hauptsächlich aus der für den gewünschten Auftrieb nötigen Wölbung und der für einen halbwegs brauchbaren Geschwindigkeitsbereich geeigneten Unterseite.
Die Dickenverteilung ist unter anderem abhängig von der Bauweise (Vollbeplankung, beplankte D-Box, offene Rippenbauweise) und vom, für leichte und stabile Querruder nötigen Ruderquerschnitt.
Wichtig ist auch noch, dass die in der Holzbauweise unvermeidlichen kleinen Bauungenauigkeiten nicht gleich für große Blasenprobleme sorgen dürfen, und dass das Aufbringen der Bespannfolie nicht durch konkave Profilverläufe unnötig erschwert werden sollte (eine schlecht gespannte Folie ist auch statisch gesehen nicht gut).
Wenn man in seinem halbwegs leistungsorientiertem Profilentwurf unter anderem das alles berücksichtigt, hat man gute Karten einen brauchbaren und leichten Holzflügel in die Luft zu bekommen.

LG Franz

 

[Lasse C]

Warum sind eigentlich alle (zumindest die mir bekannten) Brettprofile so vergleichsweise dick?

Hm, also das PW2019 3m Profil hat z.Bsp. 7,9% Profildicke, das Tipprofil aus dem gleichen Strak liegt sogar bei gerade mal 6,7%.
Auch das PW 1211 hat (glaube ich) nur 7% Dicke...
Kommt also vielleicht auch drauf an wie viele (mehr oder weniger) aktuelle Brettprofile man hier betrachtet
Wie Uwe schon geschrieben hat ist es oft ein Balanceakt zwischen Belastung (Im Flug und am Boden), Bauweise, und Einsatzzweck,
und da muss man dann einfach abwägen, simulieren und ausprobieren, was man haben möchte...
Profildicken von 6% und weniger sind aber soweit ich weiß auch an "normalen" Modellen eher die Ausnahme. Spontan würde mir nur der Ascender (Sehr leichter F3Kler) der AK München einfallen... Oder Höhen/Seitenruderprofile...

 

[UweH]

Wie Uwe schon geschrieben hat ist es oft ein Balanceakt zwischen Belastung (Im Flug und am Boden), Bauweise, und Einsatzzweck,
und da muss man dann einfach abwägen, simulieren und ausprobieren, was man haben möchte...
Profildicken von 6% und weniger sind aber soweit ich weiß auch an "normalen" Modellen eher die Ausnahme. Spontan würde mir nur der Ascender (Sehr leichter F3Kler) der AK München einfallen... Oder Höhen/Seitenruderprofile...

Hierzu noch eine, wie ich finde, für Bretter sehr wichtige Ergänzung / Erklärung: Bretter haben durch die S-Schlag-Profile und die Notwendigkeit für die Erhöhung der Flügelauftriebsbeiwerte die Flügelklappe nach oben auszuschlagen prinzipbedingt einen deutlich geringeren Maximalauftrieb als Leitwerker. Mit dem ziehen der Flügelklappe entwölb man das Profil, die Rotation für höheren Anstellwinkel = höheren Auftrieb erfolgt überwiegend durch die Profilmomentenänderung. Damit ist die Maximalbelastung für die Flügelstruktur viel niedriger als bei Leitwerkern. Das ist ein Grund warum man bei Leitwerkern relativ dicke Profile fliegen muss um Torsion und Flügelbiegung im Griff zu haben.
Bei Brettern bietet diese Eigenschaft Chancen:
- man kann dünnere Profile fliegen ohne Probleme mit der Flügelstatik zu bekommen weil man weniger Holm braucht als vergleichbare Leitwerker, das ist gut für schnelle Modelle.
- da man weniger Holm braucht kann man mit nicht so extrem dünnen Profilen leichter bauen als bei Leitwerkern, das gleicht einen Teil des geringeren Maximalauftriebs für den Thermikflug wieder aus.
- Bretter mit dünnen Profilen laufen auch bei wenig Flächenbelastung schnell und durchzugsstark, das kann die vorgenannten Chancen verbinden.
It´s not a bug, it´s a feature

Gruß,

Uwe.

 

[keep-res-simple]

Hm, also das PW2019 3m Profil hat z.Bsp. 7,9% Profildicke, das Tipprofil aus dem gleichen Strak liegt sogar bei gerade mal 6,7%.
Auch das PW 1211 hat (glaube ich) nur 7% Dicke...
Kommt also vielleicht auch drauf an wie viele (mehr oder weniger) aktuelle Brettprofile man hier betrachtet
.................

Hallo Lasse!

Etwas differenzierter würde ich das schon sehen.
Es gibt aktuelle Profile die für Holzflügel gut geeignet sind, und es gibt aktuelle Profile die ihr volles, sehr großes Potenzial nur dann zeigen können , wenn sie aus CFK in einer Form gebaut werden.

Lg Franz

 

[Lasse C]

Etwas differenzierter würde ich das schon sehen.
Es gibt aktuelle Profile die für Holzflügel gut geeignet sind, und es gibt aktuelle Profile die ihr volles, sehr großes Potenzial nur dann zeigen können , wenn sie aus CFK in einer Form gebaut werden.

Damit hast du natürlich recht - Daher von mir auch folgender Satz:

Wie Uwe schon geschrieben hat ist es oft ein Balanceakt zwischen Belastung (Im Flug und am Boden), Bauweise, und Einsatzzweck,
und da muss man dann einfach abwägen, simulieren und ausprobieren, was man haben möchte...

In meinem Post wollte ich eher darauf hinaus das bei weitem nicht "alle" Brettprofile dick sind. Und das könnte man dann ja auch wieder so interpretieren, das, wenn ein Erfahrener Konstrukteur doch ein dickes Profil verwendet, es bestimmt gute Gründe gibt das so zu tun

 

[Dix]

In der Luftfahrt ist es immer eine Abwägung von Anforderungen, ein zielorientierter Kompromiss.
Und im Leistungs-Modellflug noch mehr.

...und in der Nurflügelei gleich dreimal mehr.

(Dafür tut es im Modellflug weniger weh, wenn mal was schief geht. Das schafft wiederum Freiheiten, die wir in vollen Zügen* genießen!)

*darf man das heute eigentlich noch so sagen?

 

[Tucanova]

Bei Brettern bietet diese Eigenschaft Chancen:
- man kann dünnere Profile fliegen ohne Probleme mit der Flügelstatik zu bekommen weil man weniger Holm braucht als vergleichbare Leitwerker, das ist gut für schnelle Modelle.
- da man weniger Holm braucht kann man mit nicht so extrem dünnen Profilen leichter bauen als bei Leitwerkern, das gleicht einen Teil des geringeren Maximalauftriebs für den Thermikflug wieder aus.
- Bretter mit dünnen Profilen laufen auch bei wenig Flächenbelastung schnell und durchzugsstark, das kann die vorgenannten Chancen verbinden.

So ist z.B. das Profil beim alten Brett aus USA, dem Windfreak. Hat jemand Flugerfahrung mit dem Teil und kann o.g. bestätigen?
Karl-Heinz