AkaModell München neues Hangflieger Projekt "Exmatrikulator"

Vakuum

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Hallo Alexander,
ich habe PLA verarbeitet, lässt sich mit meinem alten Anycubic am besten verarbeiten, besondere Anforderungen an die Festigkeit werden hier ja nicht gestellt. Für meine Servorahmen und ähnliche Sachen habe ich mir jetzt Tough PLA besorgt, aber noch nicht verarbeitet...
Ich nutze den Drucker sehr gerne für solche Anwendungen, ein paar Beispiele könnte ich demnächst mal im DizzGo-Fred zeigen.

Eine Sache möchte ich gerne noch ansprechen:
Euer Konzept ist unserem DizzGo mit der Slope-Fläche ja sehr ähnlich (Spannweite, T-Leitwerk, Rumpfbauweise im Aufblasverfahren nass in nass...), daher steht ihr bei der Umsetzung vor ähnlichen Aufgaben. Da ihr wahlweise V- und T-Leitwerk bauen möchtet, muss eure Rumpfform natürlich vor dem Leitwerk geteilt sein. Die T-Leitwerksvariante muss aber nicht zwingend aus zwei separaten Bauteilen zusammengesetzt werden, sondern könnte doch auch ungeteilt aufgeblasen werden. Habt ihr da mal drüber nachgedacht?

Übrigens - so lange hier nicht seitenlang über Auslegungsvarianten einer Motorisierung gefachsimpelt wird, finde ich euren Bericht hier genau richtig platziert, in der Elektrorubrik hätte ich den nie entdeckt! ;)

Gruß
Gregor
 
Mit der Aerodynamik ging es jetzt etwas schneller als gedacht, ich habe eine Präsentation gefunden, die ich wohl damals zur Auslegung gleich für die Vereinskollegen geschrieben hatte.

Zunächst ein paar mehr Eckdaten zum finalen Entwurf, siehe XFLR5 Screenshot.

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Für einen Hangflieger bot es sich an, sich an einem F3F Flugmodus zu orientieren. Dazu wurde eine Simulation charakteristischer Punktleistungen erstellt. Anmerkung: Es geht NICHT darum, einen wettbewerbsfähigen F3F Flieger auszulegen und ich bin mir der Unterschiede zwischen einer vereinfachten Simulation und der realen Praxis bewusst. Aber auch heutzutage hat man nicht unendlich viel Rechenleistung und komplexere Modelle können auch nicht unbedingt näher an der Realität sein. Ziel ist eine relative Vergleichbarkeit von verschiedenen Flugzeugparametern und Profilen.

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0. Der Flieger startet und muss mit Geschwindigkeit A
1. 30 s im geringsten Sinken verbringen (d.h. Höhe aufbauen am Hang), muss aber nach 100 m Strecke wieder umdrehen, um nicht zu weit weg zu fliegen. Also haben wir Geradeausflug und eine Kurve jeweils im geringsten Sinken. Die dabei verlorene Höhe wird aufsummiert.
2. Anstechen bis eine Geschwindigkeit B erreicht ist, die dabei verlorene Höhe wird weiterhin aufsummiert.
3. Ein Kurs mit 10x 100 m Strecke und 9 Turns muss mit Geschwindigkeit B in möglichst kurzer Zeit absolviert werden. Die dabei verlorene Höhe wird aufsummiert.
Heraus kommen eine insgesamt verlorene Höhe und die Zeit für den Kurs. Also zwei "Kosten", die gegeneinander abgewogen werden müssen. Simuliert man eine ganze Menge an möglichen Flugzeugentwürfen, dann bekommt man eine Grenzlinie heraus, sog. Pareto-Front. Hier sieht man, dass langsamere Entwürfe weniger Höhe verlieren als schnellere und umgekehrt. Das wäre jetzt auch ohne Simulation einleuchtend würden die ein oder anderen sagen. Wo liegt aber der attraktivste Kompromiss? Da bildet sich oft eine Stelle in der Pareto-Front aus, die in allen "Kosten" eigentlich ganz in Ordnung ist. Hier um die 40 s Rundenzeit bzw. 300 hm. Aus diesen Lösungen ist auch der finale Entwurf ausgesucht. Das ist von der Größenordnung ganz okay für eine vereinfachte Simulation, wenn man echte F3F Zeiten ansieht und im Hinterkopf behält, dass es sich um einen 2.2 m Flieger handelt.

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Für die, die selbst entwerfen (wollen) noch ein paar tiefergreifende Infos:

So sieht die Toolchain aus, das Besondere ist, dass Profile und Flugzeuggeometrie im Zusammenspiel bewertet und optimiert werden. Das ist zwar deutlich aufwändiger, erlaubt aber einen Einblick in die Kompromisse und physikalischen Grenzen.

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Kurzer Überblick über die wichtigsten Parameter, Annahmen und einige Berechnungen:
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Soweit ein Überblick zum Entwurfsvorgang des Fliegers. Ich habe versucht, nicht zu viel zu schreiben und lieber ein paar Grafiken zu verwenden. Details kann ich dazu gerne erläutern, ein bisschen über die Profile und die Flügelgeometrie würde ich ohnehin noch demnächst bringen.

Auch habe ich die offenen Fragen wie "warum T-Leitwerk", "warum seilt. angesteckte Flügel" nicht vergessen, die beantworte ich gerne demnächst. Das passt thematisch nicht zur Auslegung und da würde ich noch ein paar Bilder von Detaillösungen in der Konstruktion vorbereiten.
 
Vielen Dank Alex. Ich denke die Vorgehensweise, eine Kombination aus "geringstem Sinken" und "Streckenflug" zu verwenden, bildet am besten das ab, was man von einem Hangsegler erwartet. Dennoch würde ich so generell interessieren, ob die richtigen F3F Raketen Auslegungen genauso erfolgen. Weil die Flugphase "geringstes Sinken" gibts bei denen ja nicht, da wird die Höhe vor dem Start ja "aufgepumpt", also durch Turns + schnelles fliegen im Hangbereich mit dem höchsten Auftrieb (also der Kante) erreicht.
 
Dennoch würde ich so generell interessieren, ob die richtigen F3F Raketen Auslegungen genauso erfolgen. Weil die Flugphase "geringstes Sinken" gibts bei denen ja nicht, da wird die Höhe vor dem Start ja "aufgepumpt", also durch Turns + schnelles fliegen im Hangbereich mit dem höchsten Auftrieb (also der Kante) erreicht.
Genau das meinte ich damit, dass es keine Wettbewerbs Auslegung ist. Dennoch macht eine Betrachtung des geringsten Sinkens ja grundsätzlich Sinn für einen Segelflieger, auch mit zusätzlichem Lastvielfachen (Kurvenflug). Aber das hast du ja schon gesagt.
Ob das "Pumpen" sich gut in einer Simulation abbilden lässt, weiß ich nicht. Beim V-JX die Jungs haben ja Messungen gemacht soweit ich weiß. Auf sowas kann man sich dann gut stützen und sehen, wie man charakteristische Punkte für eine Simulation bestimmt. Eventuell sieht das Pumpen auch komplizierter aus, als es am Ende aus aerodynamischer Sicht ist, und es lässt sich vereinfachen. Am Ende geht es (in diesem Fall) eher um die Vergleichbarkeit von Entwürfen, als um absolute Zahlen.
Eine komplette dynamische Simulation führe ich nicht durch, sondern eben nur mehrere sinnvoll ausgesuchte Punktleistungen. Dennoch kann man taktische Elemente wie Kurvenradius im Turn usw. einfließen lassen und das finde ich immer besonders spannend. Man bekommt nicht nur einen Flieger heraus, sondern auch eine gewisse Flugtaktik.

Da kann aber auch Quatsch herauskommen und ein Optimierer findet gnadenlos Schlupflöcher im Rechenmodell, die in der Realität nicht funktionieren würden.
Idealerweise kann man mit existierenden Fliegern vergleichen. Also theoretisch könnte ich demnächst zum Beispiel den V-JX durch meine Simulation schicken und wir vergleichen die Ergebnisse.
 
BTW, 1977 war an der Uni Stuttgart der hinlänglich bekannte Prof. Eppler, möge er in Frieden ruhen, mein Exmatrikulator…
Zuviel Werkstatt und Flugplatz bei der Akaflieg statt Vorlesung und büffeln forderten ihren Tribut…
Aber schöner Flieger, euer EXM… dass eure Fräse gut zerspanen kann belegen ja die Fotos eindrucksvoll, Absaugung?

herzliche Grüße
Gernot
 
… dass eure Fräse gut zerspanen kann belegen ja die Fotos eindrucksvoll, Absaugung?
Ist vorhanden, kann man an den Fotos auch erahnen (großer Spiralschlauch mit Erdung). Zyklonabscheider direkt in Müllsack. Die schnellen, aufgeladenen Späne wollen sich dieser Absaugung aber nicht immer beugen und beim 3D-Fräsen kann man die Absaugung auch nicht beliebig nah ans Werkstück bringen. Die Umhausung muss geschlossen sein, sonst läuft die Maschine nicht. Aber dadurch bleibt auch der grobe der Dreck drin und feiner Staub wird wirklich abgesaugt.
Freut mich, wenn der Name zum schwelgen in Erinnerungen einlädt!
 
Dank vieler fleißigen Menschen ist das Projekt weiter vorangegangen! Rumpf- und Seitenleitwerksform sind nun gebaut und soweit ich weiß, werden auch demnächst die ersten Teile laminiert.
Das Urmodell vom Höhenleitwerk muss noch geschlichtet werden und dann stehen noch die Flügelurmodelle an zum Fräsen.
Stück für Stück geht's weiter! Wenn ich demnächst etwas Zeit habe, kommt auch ein weiterer Post zur Aerodynamik.

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Aerodynamik!

So nachdem ich heute schon fliegen war, jetzt wieder die Theorie. Bei diesem Projekt stelle ich Profile und Geometrie als XFLR5 6.48 File zur eigenen Analyse und Beurteilung zur Verfügung. Hier eine kleine Vorstellung und Diskussion:

Eckdaten: Ca. 2.20 m Spannweite, 40 dm² Flügelfläche. Streckung 12.3

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Der Flügel Grundriss ist durch eine über-elliptische Funktion mit Zuspitzung generiert. Die Klappentiefe ist dabei relativ auf den gesamten Flügel bei 70%, also an dieser Linie sind die Profile ausgerichtet. Beim Höhenleitwerk weicht das der Optik halber ein bisschen ab, ansonsten hier auch eine Über-Ellipse. Größen und Hebelverhältnisse basieren auf Erfahrungswerten.
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Die Flügelprofile sind wie schon erwähnt Ergebnis aus einer Optimierungsrechnung. Blau: Innen, Grün: Außen. Verlauf von Dicke, Dickenrücklage, Wölbung alles so wie man es erwarten würde bei einem passenden Profilstrak. Das kommt so aus dem Optimierer, ist aber erst besonders spannend wenn man bedenkt, dass diese Profile auch wirklich zur Flügelgeometrie bzw. auch die Geometrie zu den Profilen passt. Ziel ist es neben der Re-Zahl Optimierung auch günstige Abrisseigenschaften und auch sonst gutes Handling zu erreichen.
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Als Zusammenspiel der Geometrie, Schränkung, dem Strak und den Profilen kommt dann eine schöne, quasi elliptische Auftriebsverteilung heraus (ohne exakt elliptischen Grundriss!)
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Gleichzeitig ist der lokale CL günstig gestaltet in Hinblick auf Abrissverhalten (lokaler CL außen kleiner als innen):

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Die Leistungszahlen vom Flieger sind soweit ordentlich und typisch, was man in der Größe und für das Gewicht so erwarten würde. Getrimmt ist der Flieger hier so auf ca. 12 m/s. Mal sehen, ob er in der Praxis dann wirklich bis um die 8 m/s kommt, das wäre jedenfalls super zum Thermik fliegen.
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Idealerweise kann man mit existierenden Fliegern vergleichen. Also theoretisch könnte ich demnächst zum Beispiel den V-JX durch meine Simulation schicken und wir vergleichen die Ergebnisse.
Was im Vergleich zum Project VJX sofort klar auffällt, sind die deutlich dickeren, höher gewölbten Profile des EXM.
Auch im Vergleich zu den bei der MAMBA-GT verwendeten JX-GT-Profilen mit etwas mehr Wölbung.
Ein vergleichender Blick auf die Profilmomente ist auch interessant.
 
Sehr schönes Projekt...und sehr schön die Thematik aufgegriffen...Allein ein Profil macht keinen guten Flieger...sondern erst der Gesamtstrak.
Ich mag T-Leitwerke...weil man eine sehr harte Anlenkung relativ einfach umsetzen kann und ich nicht die Gefahr hat....das bei hohen Flächenbelastung das Höhenleitwerk bei der Landung zu Schaden kommt. Dafür muss das Seitenleitwerk etwas stabiler ausgelegt werden.
Gruß Robert
 
Was im Vergleich zum Project VJX sofort klar auffällt, sind die deutlich dickeren, höher gewölbten Profile des EXM.
Auch im Vergleich zu den bei der MAMBA-GT verwendeten JX-GT-Profilen mit etwas mehr Wölbung.
Ein vergleichender Blick auf die Profilmomente ist auch interessant.
Ja, also mit anderen Worten: die EXM Profile sind bestimmt nicht die neue F3F Wunderwaffe. Das war so auch nicht beabsichtigt.

Wenn man die Pareto-Front (siehe #23) ansieht, dann liegen moderne F3F Entwürfe eher bei der Präferenz 'schnellste Zeit' als bei 'verlorene Höhe'. Ein Allround-Hangflieger sollte auch bei mäßigen Bedingungen gut gehen und auch in Thermik gute Performance bieten. Auch hier wieder der Hintergedanke, für Normalo-Modellflieger aus unserem Verein einen einfach zu fliegenden und möglichst universellen Hangflieger auszulegen, nicht für Wettbewerbspiloten. Der große Rumpf und das T-Leitwerk sind bestimmt auch nicht ideal im Hinblick auf F3F Performance.

Was natürlich für F3F interessant wäre, sind die "schärferen" Designs entlang der Pareto-Front, mit schnelleren Rundenzeiten. Ich habe da schließlich eine ganze Schublade voller Entwürfe... Gäbe es eine ernsthafte Mini-F3F Klasse, dann hätte ich wohl etwas anders ausgewählt. Dann muss er beim Abrissverhalten auch nicht mehr ganz so gutmütig sein usw... Jetzt weiß ich nicht, ob ein "was wäre wenn" hier thematisch passt, denn ich möchte hier ein Vereinsprojekt vorstellen und nicht über die nächste F3F Generation philosophieren. Spaßhalber kann ich demnächst einen wettbewerbstauglichen F3F Entwurf durch die Simulation schicken und wir vergleichen einfach, wo Stärken und Schwächen liegen. Abschlussbemerkung: Ich habe großen Respekt vor praktischen Erfahrungen und jedes Rechenmodell ist sehr begrenzt. Die Leute, die schon Entwürfe in der Luft haben, können darauf immer weiter aufbauen beim nächsten Design. Und am Ende kommts auch auf den Piloten an.
 
Ob sich hohe Vorflugfluggeschwindigkeit bei geringem Widerstand, Thermiktauglichkeit und gutes Handling bei geringer Geschwindigkeit heute wirklich so beißt...bin ich mir nicht sicher.
Der Device...gut mit 3m...zeigt das man sowas auslegen kann.
Gruß Robert
 
Meine Erfahrung zeigt....viele 2 Meterflieger mit dickerem Rumpf und dann noch Prop vorne dran...sind nette Vereinsflieger...aber von der Leistung unterirdisch....
Die modernen F5b Auslegungen sind davon ausgenommen....da bin ich immer wieder extrem überrascht wie die auch noch segeln. Aber sowas zu bauen...braucht man sehr gute Materialien und viel Erfahrung.
Gruß Robert
 
Was im Vergleich zum Project VJX sofort klar auffällt, sind die deutlich dickeren, höher gewölbten Profile des EXM.
Auch im Vergleich zu den bei der MAMBA-GT verwendeten JX-GT-Profilen mit etwas mehr Wölbung.
Ein vergleichender Blick auf die Profilmomente ist auch interessant.
Wie gut so ein kleiner T-Race fliegt...weiß ich nicht. Der kommt eurem Projekt aber sehr nahe....
Gruß Robert

Da Robert den kleinen T-Race erwähnt hat und oben die Frage zur Wölbung kam, möchte ich mich auch kurz einklinken. Ich habe ja den T-Race 23 welcher im Grunde das Prädikat Vereinsflieger verdient. Er geht auch nett zu herumturnen am Hang.

Die Wölbung beträgt (händisch ermittelt) ca. 2,4% (!) also jenseits von gängigen F3F/B Werten und der Rumpf ist so groß, dass man nicht mehr weiß, wohin mit dem ganzen Material.

Hier ein Videoausschnitt (bitte Nachsicht beim Flugstil 😌). https://clipchamp.com/watch/BDNzAtKeIAx
Zu beachten, dass der Ton einen mords Wind suggeriert. Schaut aber einfach auf die Grashalme. Da war nicht so viel.

Wenn man also den Rumpfquerschnitt als Kompromiss zwischen Besenstiel und "zu geräumig" auslegt, dann sollte die Vereinstauglichkeit erhalten bleiben. D.h. dass auch Kollegen mit dicken Fingern da die Elektronik reinbringen, aber zumindest ein wenig dem Stichwort Rumpfwiderstand Genüge getan wird.

Die Sache mit dem T-Leitwerk ist dann so, dass es gegenüber einem VLW m.E. nur was für die Optik bringt, da ja schon vorne alle Optimierung verschenkt wird. Ein Mehrgewicht von mind. 150g ist da auch zu berücksichtigen (schwerer Schwanz und damit verbunden vorne Trimgewicht).

Zum Vergleich:
  • T-Race23: 1600g
  • T-Race23 Leichtversion (sprich empfindlicherer Schwanz): 1500g
  • T-Race23 Flächen auf VLW Rumpf (ebenso mit Motor wie T-Race23): 1350g.
My 2 cents.

Aber auf jeden Fall ein tolles Projekt und super, dass ihr das publik macht! 👍

Viel Erfolg,
Christian
 
Zuletzt bearbeitet:

mipme_kampfkoloss

Vereinsmitglied
Teammitglied
Ich finde es auch toll, dass ihr hier die Daten und alles veröffentlicht.
War fast erschlagen den vielen Flächensegmenten...

Was mich jedoch gewundert hat, ist die cm0 Ausrichtung des Fliegers.
Ich hätte den ja bei cm0 auf Alpha = 0° gesetzt. Bei euch sind es 1.2°.
Der Hauptflügel kommt also mit 2.2° Anstellwinkel daher und der Rumpf dann ... ?

Ich meine, es ist nur eine Kleinigkeit, jedoch würde es mit interessieren, wieso ihr den so eingestellt habt?
Ich war der Meinung, dass man hier immer annähernd durch den Nullpunkt gehen sollte.
Oder ist das recht Powidl?
...
 
Was mich jedoch gewundert hat, ist die cm0 Ausrichtung des Fliegers.
Ich hätte den ja bei cm0 auf Alpha = 0° gesetzt. Bei euch sind es 1.2°.
...
Ich meine, es ist nur eine Kleinigkeit, jedoch würde es mit interessieren, wieso ihr den so eingestellt habt?

Es stimmt, das hätte ich gleich auf 0° einstellen können. Ich gebe es zu: Es ist ein "kleines" Malheur mit den Koordinatensystemen passiert. Aus folgenden Gründen ist das aber unerheblich:

1. Schauen wir uns die (ungefähr) zu erwartenden Stromlinien an für den Anstellwinkel 1.2° an. Quelle ist kein CFD, sondern eine vereinfachte Methode, der Rumpf wird nicht berücksichtigt. Aber das reicht völlig aus, um eine Idee von der Situation in der Luft zu bekommen (wer will, kann auch in Schlichting/Truckenbrodt in 10.212 eine Annäherung für Auf- und Abwindwinkel finden). Da gibt es bestimmt noch viel genauere Methoden, mir reicht das so. Ich entwerfe die Rümpfe immer so, dass sie möglichst gut zu dieser Stromlinie passen. Aber auch die Optik soll stimmen. Hätte ich alles um 1.2° angestellt, hätte der Rumpf auch nicht anders ausgesehen. Aber ich gebe es an dieser Stelle zu, ein gedrehtes Koordinatensystem befriedigt den inneren Zwang zur Ordnung ;).
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2. Jetzt drehen wir den Spieß um: Welche Verhältnisse herrschen denn bei einem Anstellwinkel von 0° (für den Fall wie im xflr5 File: 1.7 kg und Schwerpunkt bei 112 mm)? Ich rechne mit xflr5 üblicherweise nur zur Nachkontrolle, nicht aber zum Entwurf. Was mein Tool leisten kann, ist die nötige Trimmung von Klappen zu berechnen. In xflr5 (und auch in meinem Tool) sollte der Flieger bei alpha = 0° 15 m/s schnell fliegen. Das erfordert einen Klappenausschlag vom Höhenruder um 0.41° Tiefe, was im CAD an der Endleiste 0.2 mm Klappenausschlag entspricht, also ungefähr eine halbe Endleistendicke. Klingt jetzt super empfindlich, aber nein das Stabilitätsmaß ist aktuell mit 10% immer noch eher hoch. Zusammengefasst: Zwischen 12.5 m/s und 15 m/s liegt nur der berühmte Zacken Tiefe. Also praktisch betrachtet würde ich sagen, es geht vielleicht sogar im Getriebespiel unter.

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Die Wölbung beträgt (händisch ermittelt) ca. 2,4% (!) also jenseits von gängigen F3F/B Werten und der Rumpf ist so groß, dass man nicht mehr weiß, wohin mit dem ganzen Material.
Beim EXM liegt die Wölbung um die 2.2%, also durchaus vergleichbar.

Ich habe ja den T-Race 23 welcher im Grunde das Prädikat Vereinsflieger verdient. Er geht auch nett zu herumturnen am Hang.
Genau das wollen wir auch! Der T-Race ist bestimmt ein toller Flieger.

Gleichzeitig war es nie das Ziel, den T-Race nachzubauen. Soweit ich mich erinnere, gab es zwar schon den großen T-Race 29 als wir anfingen, aber noch nicht den kleinen. Die höhere V-Form hatte der EXM schon von Anfang an, was beim T-Race erst später noch geändert wurde. Die ersten Rechnungen zum EXM fanden bereits im Februar 2021 statt - ein lange gehegter Traum wird bald Realität.

Die Sache mit dem T-Leitwerk ist dann so, dass es gegenüber einem VLW m.E. nur was für die Optik bringt, da ja schon vorne alle Optimierung verschenkt wird. Ein Mehrgewicht von mind. 150g ist da auch zu berücksichtigen (schwerer Schwanz und damit verbunden vorne Trimgewicht).
Ich bin mir sicher, dass ich es hier schon angeschnitten habe irgendwann. Wir haben viel über das Leitwerk diskutiert und die Entscheidung war nicht einfach. Am stärksten wiegt dabei, dass wir das T-Leitwerk für am einfachsten zu Bauen halten: Man braucht keinen VLW-Verbinder und man muss ihn nicht einkleben. Das Höhenruder lässt sich direkt anlenken, wenn man das Servo im Seitenleitwerk verbaut, das scheint für potentiell unerfahrene Modellbauer auch einfacher, als Bowdenzüge und Kugelköpfe und deren Anlenkhebel. Kosten- oder Zeitbedingt ist die Option, ohne SR-Servo zu bauen eventuell auch attraktiv. Auch an der Stelle keine Grundsatzdiskussion über Leitwerke, ich kenne Vor- und Nachteile. Ich hoffe, die Argumentation mit Baubarkeit ist nachvollziehbar.
Das Mehrgewicht lässt sich mit dem Sicherheits- bzw. Hilfsantrieb sinnvoll kompensieren. Und wenn er als Segler bisschen schwerer wird, wo ist das Problem? Es ist doch eine Hangfräse, bei der man eh irgendwann Ballast reinladen will...
 
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