Flattern und Holm
Flattern und Holm
Der häufigste Flatterfall bei gepfeilten Nurflügeln resultiert aus der Biege-Torsions Kopplung
gepfeilter Flügel (siehe SB13). In die gleiche Richtung gehen Problem-Flugmanöver
wie
der Riesenhuber, oder das Zerplatzen nach dem Ausklinken aus dem Windenschlepp.
Diesen Gemeinheiten will ich durch eine entsprechend
steife Auslegung des Holmes entkommen.
Die Steifigkeit wird dabei für zwei Lastfälle ausgelegt : a) (rot) Windenstart mit 600N Seilkraft
(das wurde bei uns im Club mal gemessen) und b) (blau) F3B-Wende mit einem Lastvielfachen von 50
und Ballast. Die Auftriebsverteilung wurde für beide Fälle von den XWing-Rechnungen für cAmax genommen.
Das erste Bild zeigt die damit errechneten Biegemomente in Nm über den Holmverlauf.
(d.h. Koordinate ist s entlang des Holmes, nicht y die Spannweitenrichtung).
Man sieht deutlich die Spannungsmaxima in der Mitte bzw. im Angriffspunkt des Seils (V-Schlepp).
Anhand dessen habe ich mir dann die Querschnitte meiner Holmgurte (die baue ich mit UHM-Kohlegelege)
überlegt. Mit der gegebenen Bauhöhe kriege ich dann die Gurtspannungen in MPa (zweites Bild).
Nun kann man mit den Materialkennwerten des Gurtes hineingehen und die Biegewinkel brechnen,
das habe ich mal im dritten Bild dargestellt, das ist sozusagen die "induzierte V-Form"
Damit man sich das etwas besser vorstellen kann, gibt es noch das vierte Bild, das die
Biegelinie (Durchbiegung) in mm zeigt. Für die UHM-Kohle nehme ich dabei ein E-Modul von 400 GPa an,
bei 35% Faservolumengehalt des Laminats (Handgepansche) bleiben davon also 138 GPa
bezogen auf den Gurtquerschnitt übrig.
Enscheidend ist aber das dritte Bild, der Biegewinkel. Der beträgt maximal etwa 7.5 Grad.
Mit einem Pfeilwinkel von 22 Grad erzeugt diese Biegung des Holmes eine zusätzliche
Verwindung von 3 Grad. Das muß man mal mit der Schränkung des Flügels vergleichen,
um zu begreifen, wie viel das ist
Solange der dadurch erzeugte Zusatz-Auf-(oderAb-)Trieb noch in einer vernünftigen Relation
zum maximalen Auftriebsbeiwert liegt, sollte das tolerierbar sein und nicht unmittelbar
zur Anregung eines Flatterfalles führen. S.Dolch hat in seinem Buch eine Obergrenze
von 5 Grad für die aeroelastische Verwindung angegeben, bis zu der kein Flattern auftritt.
Hier bei einem Pfeilflügel sind die Verhältnisse sicher anders, aber ich denke mal noch
auf der sicheren Seite zu sein. Wenn man sich mal in Bild 2 die Gurtspannungen ansieht,
merkt man auch, daß der Holm reichlich dimensioniert ist. Als Belastungsgrenze nehme ich
bei den Gelegen so etwa 600 MPa an. Das heißt, gegenüber einer Auslegung auf
Festigkeit
ist mein Holm um fast einen Faktor 3 überdimensioniert - sollte reichen, oder
du siehst Peter, ich bin ganz bei Dir, etwas chwächer gepfeilt, als die t/4-Linie ist mein Holm auch
Bleibt natürlich noch die Torsionsteifigkeit der Schale, besonders an der Wurzel werden
ja die Biegespannungen des Holms "umgelenkt" und erzeugen daher Torsionsmomente
ebenso wie die Profilmomente Torsionsbelastungen um die Holmachse erzeugen,
aber das ist eine andere Baustelle, dazu gibts später mal mehr.