Der optimale Schwerpunkt

[Steffen]

Du berichtest über Specials ...ich sprach von Standard...und auch nicht von irgendwelchen Höhenruderausschlägen....beim Steuern...wo sich natürlich der Auf-Abtrieb am Höhenleitwerk ändert...sonst würde man den Flieger auch nicht um die Querachse steuern.

Nein, ich spreche nicht vom Manöver, ich spreche vom stationären Zustand nach dem Manöver.
Die meisten Leute glauben, weil man zieht, macht man Abtrieb. Das ist aber nicht so. Erst macht man (Zusatz-)Abtrieb für das Manöver, dann macht man (Zusatz-)Auftrieb im stationären Zustand.

Und ich dachte...wir sprechen hier vom motorlosen Flug...ohne Propwash...

Wer redet hier von Propwash? Das interpretierst Du rein...

Ich habe nur gerade letztens eine Savage gerechnet, von der ich daher die Zahlen parat habe. Für diverse Segelflugzeuge könnte ich sie raussuchen.
Das Verfahren unterscheidet nicht zwischen motorlosem und motorisiertem Flug...

 

[rc-volkslogger]

Ja, das Pendelleitwerk

 

[DirkSchipper]

Hallo Dirk,

zu 2.:
Ich habe verstanden, was Du sagen willst. Aber genau so macht man das nicht!
Man definiert einen Einstellwinkel der Flosse (Formelzeichen iH) und man definiert einen Ausschlag des HR zur Flosse (Formelzeichen EtaH).
Bitte erfinde keine neuen Definitionen!

zu 1.:
Ja, wenn man die EWD ändert. Aber warum sollte man zunächst die EWD ändern und dann den SP nachziehen? Das ist doch Unfug. Da wackelt der Schwanz mit dem Hund (ich hoffe, Du verstehst diesen Vergleich).
Die SP-Lage zum Neutralpunkt definiert die Längsstabilität (Stabilitätsmaß SM). Das ist die primäre, wichtige Funktion mit der ich Einfluss nehmen will auf Flugleistungen und Flugeigenschaften! Dass eine Verschiebung des SP den Flieger zusätzlich (ungewollt) umtrimmt, kann man anschließend mit dem HR (oder der EWD) wieder ausgleichen.

Conny

Nur eine letzte reaction von mir.
"Man definiert einen Einstellwinkel der Flosse (Formelzeichen iH) und man definiert einen Ausschlag des HR zur Flosse (Formelzeichen EtaH)."
Und wie definiertst du den der flosse bei iein pendel-H-leitwerk?
Und wenn ein nicht symmetrisches H-leiwerk-profil eingesetzt wird?
Meine definition stimmt diese fälle immer noch, weil ich es aerodynamisch angreife.

Und ... auch wenn viele menschen etwas fehl machen, bleibt es fehl ... .
Aber du hast verstanden was ich meine!
Grüß, Dirk.

 

[Gast_74695]

Eigentlich braucht man überhaupt keine Formeln und Formelzeichen, das verwirrt nur. Und Verwirrung gibt es auch so schon genügend

Am gedämpften Höhenleitwerk erkennen wir sofort, dass es Auf- und Abtrieb erzeugen kann, je nachdem, wohin das Ruder ausgeschlagen bzw. getrimmt wird. Das Pendelhöhenruder erreicht genau den gleichen Effekt, nur anders Mehr muss man tatsächlich nicht wissen.
Zusätzlich hat das Höhenleitwerk beim Segler einen "eingebauten" festen Anstellwinkel, den man vereinfacht als EWD bezeichnen kann (eigentlich hat eher die Tragfläche den fest eingestellten Anstellwinkel gegenüber Rumpf und HLW). Ob man den Anstellwinkel der Tragfläche gegenüber der anströmenden Luft mit der fest eingestellten EWD oder durch das Ausschlagen des Höhenleitwerkes erreicht, ist der Tragfläche vollkommen egal.

Ist diese Vereinfachung soweit zulässig?

 

[Steffen]

Am gedämpften Höhenleitwerk erkennen wir sofort, dass es Auf- und Abtrieb erzeugen kann, je nachdem, wohin das Ruder ausgeschlagen bzw. getrimmt wird.

Ist diese Vereinfachung soweit zulässig?

Leider nein...

Ein Leitwerk macht im Moment des Ausschlagens vielleicht mal kurz Auftrieb in die Richtung des Ausschlages, aber nicht in dem sich dann ergebenden neuen Zustand.

 

[Gast_74695]

OK, das ist ein interessanter Punkt.
Wie kann ich denn z.B. die Geschwindigkeit durch Trimmen des Höhenleitwerkes nach höherer oder niedriger Geschwindigkeit dauerhaft verschieben, ohne dauerhaft Auf- oder Abtrieb zu erzeugen?
Gilt deine Aussage für jeden beliebigen Schwerpunkt?

 

[Robert_W]

Durch Zufall bin ich über dieses Thema gestolpert und möchte bezugnehmend auf Bertolds Ursprungs-Beitrag meine (subjektiven!) Erfahrungen/Einschätzung mit Euch teilen:

- ja, eine Verschiebung des SP kann das letzte "Quäntchen" Leistung aus einem Flugzeug (für einen bestimmten Flugzustand = Trimmgeschwindigkeit) rauskitzeln
- die dadurch auch notwendige Anpassung der zugehörigen EWD funktioniert genaugenommen nur bei einem Pendelhöhenruder; Umwege über ein Umtrimmen des Ruders eines gedämpften HLW sind mit erhöhtem Widerstand erkauft und heben wahrscheinlich den Vorteil des angepassten SP wieder auf. (große Flieger wie zB A320 usw. verstellen mit der Trimmung den feststehenden Teil des gedämpften HLW um nicht permanent mit ausgestelltem Ruder zu fliegen..)
- jede Tragfläche erzeugt nicht nur einen gewissen Auftrieb, sondern auch ein Drehmoment um die Querachse. (jeder der schon mal eine Fläche im Flug verloren hat, wird bemerkt haben, dass sich diese "rollend" dem Boden nähert.. :-)). Die EWD wirkt diesem Moment entgegen und ist damit auch Abhängig vom verwendeten Profil. Ob das HLW versetzt zur Tragfläche liegt oder "auf gleicher Höhe" hat da m.E. keinen Einfluss. (siehe Thread #62
- vor Verwendung von Telemetrie/Vario und mit 200m Abstand dachte ich immer mein Segler (ASW 22, 4m) zieht stoisch seine Runden. Nach dem Einbau eines Varios zeigte sich in Wahrheit ein permanenter Pendelflug der vom Boden einfach nicht sichtbar war. Ein leichtes vorverlegen des SP brachte (lt. Vario) dann gleichmäßiges Sinken in ruhiger Luft. Praktisch (wieder aus 200m Entfernung.. ;-)) oder durch geänderte Flugzeiten erkennbar? Nein. Aber der Spaß ist nach wie vor ungetrübt

Fazit für mich: im Hochleistungsbereich mag eine SP-Verschiebung Sinn machen, für die restlichen 95% Kollegen steht der Aufwand in keinem Verhältnis zum erreichbaren Ergebnis. Die Schnittstelle Modell-Auge-Hirn und retour ist dazu einfach zu grob getaktet

 

[Frank Thorn]

Eine schlecht geflogen Kurve vernichtet höchstwahrscheinlich mehr Höhe, als man mit der optimalsten EWD/Schwerpunkteinstellung spart.

Für mich muss die Einstellung im Bereich eines breiten Optimums sein und das Handling gut und fehlerverzeihend sein. Damit komme ich am besten klar. Ich denke die Diskussion hier ist eher akademisch.

 

[Conny]

Nur eine letzte reaction von mir.
"Man definiert einen Einstellwinkel der Flosse (Formelzeichen iH) und man definiert einen Ausschlag des HR zur Flosse (Formelzeichen EtaH)."
Und wie definiertst du den der flosse bei iein pendel-H-leitwerk?
Und wenn ein nicht symmetrisches H-leiwerk-profil eingesetzt wird?
Meine definition stimmt diese fälle immer noch, weil ich es aerodynamisch angreife.

Und ... auch wenn viele menschen etwas fehl machen, bleibt es fehl ... .
Aber du hast verstanden was ich meine!
Grüß, Dirk.

Du machst Dir ein völlig unnötiges Problem.

1. Ja, bei einem Pendelleitwerk gibt es nur einen Winkel. Such Dir einen aus.
2. Welche Rolle soll denn das HLW-Profil spielen? Jedes Profil hat eine Profilsehne, die durch den Nasenpunkt und den Hinterkantenpunkt des (nicht ausgeschlagenen) Ruders geht. Auf diese bezieht sich der Einstellwinkel relativ zur Rumpflängsachse (oder zu was auch immer). Und der HR-Ausschlag ist der Winkel des Ruders zu dieser Sehne.
3. Da greift gar nix aerodynamisch an. Winkel sind eine rein geometrische Geschichte.

Conny

 

[Gast_74695]

Eine schlecht geflogen Kurve vernichtet höchstwahrscheinlich mehr Höhe, als man mit der optimalsten EWD/Schwerpunkteinstellung spart.

Mit einem gut eingestellten Modell fällt es schwerer, Kurven schlecht zu fliegen. Man bekommt es aber trotzdem hin

 

[Steffen]

Wie kann ich denn z.B. die Geschwindigkeit durch Trimmen des Höhenleitwerkes nach höherer oder niedriger Geschwindigkeit dauerhaft verschieben, ohne dauerhaft Auf- oder Abtrieb zu erzeugen?

Gar nicht. Ein Leitwerk macht in einem bestimmten Zustand einen Auftrieb oder abtrieb.
Es gibt für (fast) jede Schwerpunktlage einen Trimmzustand, bei dem das Leitwerk keinen Auftrieb macht. Ob an diesem Punkt das ruder ausgeschlagen ist, liegt an der Einstellung der Flosse (respektive die EWD)

Gilt deine Aussage für jeden beliebigen Schwerpunkt?

Ja, solange Du ein positives Stabilitätsmaß hast, aber davon können wir mal einfach ausgehen ;-)

Ich denke die Diskussion hier ist eher akademisch.

Wenn Du eine korrekte Einstellung des Modell als akademisch betrachtest, ja.
Aber ich habe schon viele Praktiker gesehen, die meinen ein Flugzeug ist schwanzlastig, weil "das Heck runterhängt" Oder die, die bei einem eher doofen Schwerpunkt viel Arbeit reingesteckt haben, damit das Ruder auf Null steht, weil das dann "am wenigsten Widerstand macht"...

 

[Robert_W]

Mit einem gut eingestellten Modell fällt es schwerer, Kurven schlecht zu fliegen. Man bekommt es aber trotzdem hin

Ein geringes "Schieben" in der Kurve ist im Thermikflug ja fast nicht zu vermeiden wenn man nicht gerade selber im (Segel-)Flieger sitzt und den Wollfaden auf der Haube im Blick hat...

 

[Conny]

OK, das ist ein interessanter Punkt.
Wie kann ich denn z.B. die Geschwindigkeit durch Trimmen des Höhenleitwerkes nach höherer oder niedriger Geschwindigkeit dauerhaft verschieben, ohne dauerhaft Auf- oder Abtrieb zu erzeugen?
Gilt deine Aussage für jeden beliebigen Schwerpunkt?

Frage 1: Das geht so ohne weiteres nicht. Man müsste den SP verschieben, was aber aus Flugeigenschaftsgründen nicht sinnvoll ist.

Frage 2: Vielleicht mal ein Beispiel.
Wir nehmen einen Amigo IV mit 2 m Spannweite und einem NACA4409 Profil am Flügel. Cm0 dieses Profils ist -0,1 (also abnickend) und wir nehmen in guter Näherung an, dass das auch das Cm0_F des Flügels um seinen Flügelneutralpunkt NP_F ist. Das HLW ist zwar eigentlich leicht gewölbt (Modellflieger nennen das "tragend") und hat deshalb auch ein Cm0 < 0; das wollen wir aber vernachlässigen, damit es nicht noch komplizierter wird. Wir tun also so, als wenn das HLW symmetrisch ist und je nach Ausschlag auf oder Abtrieb macht, der in seinem NP_H angreift..
Folgende Maße liegen vor, alles Werte von der Flügelvorderkante nach hinten.
xNP_F = 56 mm
xNP_H = 790 mm
xNP = 135 mm
xSP = 115 mm
Bezugslänge lmü = 188 mm (ist ungefähr die mittlere Flügeltiefe)
Bezugsfläche S = 37 dm2

Zunächst sehen wir, dass eine Längsstabilität von 135 mm - 115 mm = 20 mm vorliegt. Das sind 20 mm / 188 mm = 10,6 %lmü. Ein typischer Wert.

Jetzt bilden wir das Momentengleichgewicht um den SP. Um nicht die HLW-Fläche in der Formel zu haben, beziehen wir die Auftriebsbeiwerte von Flügel und HLW auf die Bezugsfläche S. Es geht uns ja zunächst nur um das Vorzeichen des Auftriebs am HLW.

Cm0_F - CA_F * r_F / lmü - CA_H * r_H / lmü = 0

Wenn wir das nach CA_H auflösen:
CA_H = ( Cm0_F * lmü - CA_F * r_F ) / r_H

Die Hebelarme zum SP sind:
r_F = xNP_F - xSP = 56 mm - 115 mm = -59 mm
r_H = xNP_H - xSP = 790 mm - 115 mm = 731 mm

(Sinnvolle Auftriebsbeiwerte für den Amigo-Flügel liegen zwischen 0,5 und 1,0)
Zwischen CA_F = 0,3 und 0,4 dreht sich das Vorzeichen von CA_H um. Im Langsamflug haben wir Auftrieb, im Schnellflug Abtrieb.
Falls wir ein Klappenhöhenruder haben (also kein Pendelruder), dann ist auch der gerade erzeugte Auftrieb entgegen der durch die Klappe erzeugten Wölbung, also im Schnellflug ist das HLW stärker gewölbt, ob wohl es Abtrieb machen muss.

So, und jetzt muss ich die neue Geschirrspülmaschine einbauen.

Conny

 

[obelix-xxl]

Hallo Conny,

sei mir bitte nicht böse, ich lästere gerne und viel.

Zitat: "So, und jetzt muss ich die neue Geschirrspülmaschine einbauen."

Denke beim Einbau immer auch an Absperrhahn Drehrichtung Auf / ZU, Drehmoment der ggf. anzuziehenden Schrauben, Flächenlast der Spülmaschine im Schrank, ggf. Punktlasten, Werkzeug zur Hand, eine linke und eine rechte Hand, Aufnehmer, Eimer, Strom abgeschaltet, ....

Es ist einfach so über mich gekommen.

Du hast sehr viel Theorie hier ausgebreitet, gut argumentiert, musstest viel Geschreibe über Dich ergehen lassen. Alles gut.
Ich habe in der Zeit viel Spaß gehabt und Sinnvolleres erledigt.

Meine Modelle fliegen trotz der hier verbreiteten Theorie einfach nur gut.
Das ist wie mit der Biene. Die fliegt auch ohne die Theorie zu kennen.

LG obelix

 

[MLH]

Ich seids schon lustig Ich komme mal zurück zum Beginn des Threads, dem "Flex-CG". Ist ein verschiebbarer CG also sinnvoll?
Ich meine ja, sofern die Mechanik zum Modell passt, bei der ASW 17 also unbedingt. Pendel-HLW, genug Platz im Rumpf, Zusatzgewicht verschmerzbar. Denn CG samt zugehöriger Trimmung bestimmen maßgeblich die Flugeigenschaften des Modells. Brauche ich beim hohen Thermikkreisen einen eher stabileren Flieger stört mich der vordere CG beim "Abturnen". Brauche ich flaches Kreisen bei langsamer Fahrt geht das auch nicht so gut mit vorderem CG.
Natürlich kann man meist einen CG finden, der einen guten Kompromiss darstellt. Aber seit ich "flexen" kann möchte ich es nicht mehr missen, geht ja auch einfachst mit Flugzuständen und ggf. nem Schieber.
Viele Grüße
Markus

 

[Gast_74695]

Frage 1: Das geht so ohne weiteres nicht.

Klar, das war ja auch eine "provokante" Frage von mir zu Steffens Aussage:

Ein Leitwerk macht im Moment des Ausschlagens vielleicht mal kurz Auftrieb in die Richtung des Ausschlages, aber nicht in dem sich dann ergebenden neuen Zustand.

Die hat er dann zu einem Spezialfall relativiert (Unterstreichung von mir):

Es gibt für (fast) jede Schwerpunktlage einen Trimmzustand, bei dem das Leitwerk keinen Auftrieb macht.

Aber um mal wieder die Kurve zu bekommen, es geht um den optimalen Schwerpunkt, der es ermöglicht, das komplette Leistungsspektrum des Seglers zu fliegen.

Ist ein verschiebbarer CG also sinnvoll?

Wenn ich die Möglichkeit habe, den Auftrieb der Tragfläche durch Ändern der Wölbung steuern zu können, wohl eher nicht. Bei einem RES könnte es Sinn machen, wenn es die Regeln hergeben und das Mehrgewicht den Effekt nicht konterkarriert.

 

[gp24]

Kleiner Hinweis:
hatte endlich wieder das gefunden, was ich schon mal hatte:
aerodesign.de
(unter dem Menüpunkt "aero").
Ggf. als Bestätigung zu allen obigen Beiträgen.

 

[k_wimmer]

Leute, geht einfach fliegen !

 

[Steffen]

Die hat er dann zu einem Spezialfall relativiert (Unterstreichung von mir):

Nein, die habe ich nicht zu einem Spezialfall relativiert, sondern zu einer korrekten Antwort erweitert.
Wie Du an Connies Tabelle siehst, gibt es einen Punkt, an dem Du Auftrieb Null am Leitwerk hast.

Der Punkt ist von Schwerpunkt abhängig. Je weiter der Schwerpunkt vorne ist (mehr Stabilitätsmaß) um so größer ist das Gesamt-cA bei dem das Leitwerk cA=0 hat.

Aber um mal wieder die Kurve zu bekommen, es geht um den optimalen Schwerpunkt, der es ermöglicht, das komplette Leistungsspektrum des Seglers zu fliegen.

Und der ist entgegen dem weit verbreitetem Glauben nicht dann, wenn das Leitwerk cA=0 hat.

Leute, geht einfach fliegen !

Kannst Du gerne machen, wenn es Dich nicht interessiert...

 

[k_wimmer]

Ich sehe, du hast es nicht verstanden!

Du kannst soviel theorisieren wie du willst, aber erst durchs Fliegen wird es auch wahr!
Warum schreiben hier wohl sowenige WBW Piloten?
--> Die sind zum Fliegen draußen .