Entwicklung eines F3F-Profils

[Jojo26]

Dieses ist der letzte Beitrag einer kleinen Reihe zur Profiloptimierung mit Xoptfoil. Ziel war es, ein Profil bzw. einen Profilstrak für einen schnellen Hangsegler zu entwickeln – siehe hierzu Entwicklung-eines-Profilstraks-mit-Xoptfoil-Bericht. Nachdem Markus („Tern“) in einem Beitragskommentar mit freundlichen Worten sein Stirnrunzeln bezüglich der Eignung des Profils JX HX für F3F zum Ausdruck gebracht hat, war dann doch meine Neugier geweckt herauszufinden, was denn ein F3F-Profil ausmacht und natürlich auch wie ein F3F-Profil eigentlich „aussieht“. Da bei F3F noch einmal andere Aspekte bezüglich der Optimierung eine große Rolle spielen, habe ich dafür diesen eigenen Beitrag hier im F3F-Forum eröffnet. Auch in der Hoffnung, dass sich hier im Lauf der Zeit die Profis mit Ihrer Erfahrung zum Thema „F3F-Profil“ zu Wort melden – zum Austausch und zum Lernen für uns alle...

Was macht eigentlich ein F3F-Profil aus?

• Klar, schnell muss es sein. Sehr schnell! Unter den unterschiedlichsten Bedingungen – von der leichten Brise am Hang bis zum Sturm an der Kante.
• Und man muss blitzschnell, in der optimalen Kurve, ohne Energieverlust, „um die Ecke kommen“ - bestenfalls sogar beschleunigt.
• Und breitbandig sollte es sein, nicht giftig, fehlertolerant, leicht auf Höhe zu bringen, durch unterschiedliche Flächenbelastungen gut und unkritisch anzupassen, und noch mehr …

Schon bei dieser kleinen Aufzählung wird offensichtlich, dass sich die verschiedenen Anforderungen nicht nur ergänzen, sondern zum Teil sogar widersprechen. Das heißt dann aber, dass es (leider) kein optimales F3F-Profil geben kann, sondern im besten Fall ein optimales Profil in der Abwägung und Gewichtung der unterschiedlichen Anforderungen.

Wie aber werden diese Anforderungen formuliert im Sinn „welche konkreten aerodynamischen Eigenschaften muss ein Profil haben“? Und: Wie sieht dann ein Profil aus, dass diese aerodynamischen Eigenschaften aufweist? Mit diesen Fragen habe ich mich in den vergangenen Monate intensiver beschäftigt. Da ich selbst kein F3F-Pilot bin, kann ich meine Ergebnisse nicht mit praktischer Erfahrungen abgleichen. „Ha, das ist dann aber gewagt darüber zu schreiben “ könnte man einwerfen. Ich denke aber, dass sich die praktische Erfahrungen stärker in der erfolgreichen Gesamtauslegung eines Modells widerspiegelt, als in Optimierung der theoretischen 2D-Strömungsverhältnisse eines Profils.

Ich möchte versuchen, die Sachverhalte möglichst verständlich zu schreiben, um auch dem Aerodynamik interessierten Einsteiger in diese spannende Materie einzuladen (ein Grundwissen beispielsweise um den Unterschied zwischen Typ 1 und Typ 2 Polare sollte allerdings vorhanden sein). Wobei aber bereits das Thema "F3F-Profil" so viele Aspekte hat, dass ich mich an vielen Stellen kurz fassen musste, um nicht vollends einen „Roman“ zu schreiben.

Nun aber genug der einleitenden Worte – ran an die Aufgabenstellung „Entwicklung des F3F-Profils JX FX“:



Der kleine Bericht wird sich gliedern in die verschiedenen Teil-Aspekte:

- Lesestoff
- Referenzprofile
- Auslegungsbereiche und Optimierungsanforderungen
- RE-Zahl Betrachtungen
- Bewertung Ergebnisprofil
- Einsatz und Optimierung der Klappen – statisch und dynamisch
- Der Profilstrak mit Hinweisen zur Nutzung

Noch eine kurze technische Anmerkung: Die Optimierung der Profile erfolgte mit Xoptfoil (siehe Eingangshinweis). Für die Analyse der Profile kam Xflr5 zum Einsatz. Beide Programme verwenden intern xfoil für die aerodynamische Berechnung wodurch die Ergebnisse beider Programme zumindest untereinander konsistent sind. Für die Darstellung der Ergebnisse wurde zum einen Xflr5 (schwarze Diagramme), zum anderen LibreOffice Calc (weiße Diagramme) bei der Visualisierung der Xoptfoil-Daten verwendet.


Lesestoff

Leider gibt es nur wenige Veröffentlichungen zu F3F-Profilen. Umso wichtiger waren für mich die Beschreibungen…

• des Pike Precision durch Philip Kolb, Benjamin Rodax and Johannes Dillinger: http://www.f3j.com/precision.htm. Hier insbesondere auch die Darstellung der „flight envelopes“ des Pike Precision (ich verwende nachfolgend hierfür den Begriff „Auslegungsbereiche“)
• des Shinto durch Max Steidle: http://www.aer-o-tec.de/de/index.php/Shinto/. Max hat hier sehr schön die Polare seines Grundprofils beschreiben.
• des Projekts „Vantage“ durch Mario Perner: http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/730649-F3f-Projekt-VANTAGE mit vielen guten Erläuterungen zu den Designüberlegungen und wertvollen Querverweisen.
• der Profilauslegung des Highlander durch Benjamin Rodax: http://www.jw-air.de/HIGHLANDER.htm. Bei Betrachtung der Profilpolare lässt sich prima die Weiterentwicklung der F3F-Auslegungsphilosophie nachvollziehen.

Ein großes Dankeschön an die „Macher“ für die Veröffentlichung der Überlegungen zu ihren tollen Entwürfen!


Referenzprofile

Für die Bewertung meiner eigenen Entwicklungsarbeit waren Referenzprofile sehr wichtig um immer wieder mögliche Verbesserungen oder Verschlechterungen einzelner Eigenschaften erkennen zu können. Da ich bisher selbst noch keine F3F-Profile entwickelt hatte, machte ich mich auf die Suche nach geeigneten Referenzkandidaten. Erfolglos. Kein Profil der aktuellen Top-Modelle wurde bisher veröffentlicht…

In meiner „Not“ machte ich daraufhin mit Xoptfoil ein „Reverse Engineering“ des Shinto Profils M16377s auf Basis der von Max veröffentlichten Polare – genannt JX-M16377s. Ich denke, der Nachbau kommt in seinen aerodynamischen Eigenschaften dem Original recht nahe. Schon bei diesen ersten Vorarbeiten zeigte sich, auf welch hohem Niveau die aktuellen Profile sind.
Tollerweise hat mir Max später aus seinem reichen Profil-Fundus noch ein, wie er es nannte „F3F Allroundprofil M1779B“ geschickt, das mir bei den Vergleichen wertvolle Dienste leistete. Danke dafür Max!

Um als Vergleich auch ältere, erfolgreiche Entwürfe zu haben, machte ich noch einen „Revers-Entwurf“ des Highlander Wurzelprofils PB721 (von mir genannt JX-PB721).
Zusätzlich kam noch der „Klassiker“ HN-745SR von Norbert Habe in die Liste der Referenzprofile.
Und nicht zu vergessen, das bewährte SD 7003 für die Auslegung des Strak-Profils an der Flächenspitze.

Ein erster Blick auf die Polare der Referenzprofile lässt bereits die unterschiedlichen Auslegungsphilosophien zu erkennen:


Typ 1 Polare der verwendeten F3F-Referenzprofile. Gut zu erkennen die beiden Charakterköpfe HN-785SR und JX-PB721. Die beiden Profile M1779B und JX-M16377s suchen den Weg dazwischen.


Die Typ 2 Polare der Referenzprofile geben weitere Hinweise auf die Auslegungsphilosophien.

Eine paar kurze, erste Einschätzungen zu den Profilen:

• PB721 – die Speed Machine – ein, wie ich finde, sehr mutiger Entwurf, der nur eins kennt: schnell sein. Das deckt sich auch mit dem beeindruckenden Erlebnis eines unerschrockenen Teck-Junkies mit seinem Highlander bei knapp unter (?) 5kg Abfluggewicht…
• HN-785SR – der Gleitwinkel-König in diesem Vergleich – braucht um richtig schnell zu werden wohl einiges an Gewicht. Aber auch dann reicht‘s nicht …
• M1179B und M16377s – beide in der Auslegung schon sehr ähnlich und weisen den Weg. In der „Mitte“ richtig stark, oben und unten kommen Klappen zum Einsatz. Das M16377s nimmt sich bereits der aufkommenden Laminardelle zwischen ca=0,2-0,4 (siehe Typ 2 Polare) an.

Auslegungsbereiche und Optimierungsanforderungen

Die Auslegungsbereiche des entwickelten Profils JX FX sind eng angelegt an die Bereiche, wie sie für den „Pike Precision“ und „Shinto“ beschrieben wurden (s.o. „Lesestoff“):

• ca = 0,05 – 0,40: Der zentrale Bereich in dem weitgehendst ohne Einsatz der Klappen geflogen werden kann. Optimierung in diesem Bereich auf ausgewogen geringen Widerstand mit besten Werten zwischen 0,05 und 0,3.
• ca = 0,0 – 0,08: Der High-Speed-Bereich. Optimierung des Profils auf minimalen Widerstand bei gleichzeitig sehr geringem negativen Klappenwinkel von ca. 0,5 Grad .
• ca = 0,35 – 0,8: Der Gleitbereich auf Klappeneinsatz optimiert
  Ohne Klappen: möglichst harmonischer Verlauf der Polaren ohne Ansprüche an optimierte Gleitleistung.
  Mit Klappen: gute Gleitleistung auf dem Niveau der Referenzprofile.
• dynamisch ca = 0,05 → 0,5: Die schnelle Wende – steiler Anstieg des Auftriebsbeiwertes mit geringstem Widerstandszuwachs. Über ca = 0,5 „kontrolliertes Anwachsen“ des Widerstand um Absteller zu vermeiden.

(Anmerkung: Die besonderen Aspekte rund um den Einsatz der Klappen werden weiter unten vertieft)


Re-Zahl Auslegung

Für die Re-Zahl-Auslegung wurde ein typischer F3F-Segler mit 2,8 – 3,0m Spannweite, einer Flächentiefe an der Wurzel zwischen 220 – 250mm und einer Flächenbelastung zwischen 30 – 70g/dm² zu Grunde gelegt. Das führt grob überschlagen zu einem Wert von Re√ca (Typ 2 Polare) zwischen 130.000 - 170.000 und einer Re-Zahl (Typ 1 Polare) zwischen 200.000 – 800.000 an der Flächenwurzel.

Da die Arbeitspunkte der Profiloptimierung mit Xoptfoil als Wertepaar von ca-Wert und Re-Zahl definiert werden, ist es eine zentrale Überlegung welche RE-Zahlen bei der Optimierung für einen Arbeitspunkt vorgegeben werden. Zwei grundsätzliche Strategien für die Re-Zahl Festlegung sind dafür naheliegend:

• Optimierung auf Basis der Typ 1 Polare (konstante Geschwindigkeit) – um vor allem das dynamische Verhalten zum Beispiel bei Kurvenflug, abzubilden
• Optimierung auf Basis der Typ 2 Polare (konstanter Auftrieb), um die „statische Leistung“ beim Fliegen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und konstantem Gewicht zu optimieren

Ich entschied mich schließlich für eine „gemischte“ Strategie mit dem Schwerpunkt der Optimierung auf Basis einer Typ 2 Polare. Ein Problem der Typ 2 Polare ist allerdings, dass die Re-Zahl für sehr kleine ca-Werte Richtung unendlich geht. Da wir uns aber leider mit einer reibungsbehafteter Strömung abfinden müssen, wird unser Flieger auch im Sturzflug (ca = 0) nicht unendlich schnell werden können – oder anders gesagt: Die Typ 2 Polare ist ungeeignet, den Bereich für sehr kleine ca-Werte realistisch abzudecken.

Der wichtige Spezialbereich „kleinste ca-Werte“ wurde daher über fixe Werte abgebildet:
- ca = 0,02: Re = 700.000
- ca = 0,05: Re = 600.000
- ca => 0,1: Re-Zahl entlang Re√ca = 150.000

Für die dynamische High-Speed-Polare Re = 600.000 (Typ 1) wurde zusätzlich beim Optimieren auf einen weichen Verlauf im Bereich ca < 0,1 geachtet.

Die gewählte Re-Zahl-Auslegung grafisch dargestellt:


Die für die Optimierung gewählten Polare. Der Fokus liegt dabei auf der Typ2 Polare mit Re√ca = 150.000 (grüne Polare). Im Bereich sehr kleiner ca-Werte ist die Typ 2 Polare ungeeignet (roter Kreis). Das dynamische Verhalten wird auf Basis der Typ 1 Polare Re=600.000 untersucht.

Es zeigte sich, dass es in den Ergebnissen nur zu marginale Unterscheiden kommt, wenn für das Ausgangsprofil an der Wurzel ein Wert von Re√ca = 140.000 oder aber von 160.000 angesetzt wird. Da man auf Grund der relativ großen Variation der Flächenbelastung (Ballastierung) sowieso einen Re√ca -Wert von +-15% ansetzen müsste, passt das ganz gut zusammen.
Deutlich wichtiger als ein exakter Re√ca-Wert an der Wurzel ist eine konsistente Weiterentwicklung des Profils entlang der Spannweite(Strak) mit den stetig sinkenden Re-Zahlen.

An dieser Stelle vielleicht noch ein Blick auf die verwendeten Referenzprofile hinsichtlich Re-Zahl Auslegung.

Das HN-785SR, als ein schon etwas älteres Profil, ist nach meiner Interpretation ein typischer Vertreter eines „Typ 1 Profils“, mit starker Leistung in mittleren/hohen ca-Bereich (hohe Flächenbelastung), einer hohen maximalen Gleitzahl – und einer Typ 1 Polare, beispielsweise bei Re = 500.000, die wie hingemeiselt aussieht. Erreicht wurde diese Stärke durch einen Verschieben des laminar-turbulenten Umschlagpunktes (bei hoher Re-Zahl) möglichst weit nach hinten – geometrisch gut erkennbar durch die stark gewölbte Profiloberseite im hinteren Bereich.
Die Schwächen eines „Typ 1 Profils“ treten bei kleiner werdenden Re-Zahlen zu Tage. Ab Re=300.000 bildet sich zunehmend eine Laminardelle bei ca < 0,4 aus. Der Widerstand wächst an, obwohl der Anstellwinkel kleiner wird ...

Modernere Entwürfe versuchen einen breiteren Re-Zahl-Bereich abzudecken und berücksichtigen besser das Durchlaufen Re-Zahl innerhalb des Auslegungsbereichs eines Profils. Ich nenne diese Profile daher „Typ 2 Profile“. Auch diese Profile sind gut erkennbar mit ihrer stärker gewölbten Nase únd dem flacheren „Hinterteil“ auf der Profiloberseite. Vom aerodynamischen Entwurf orientieren sich diese Profile an einem „Bubble Ramp Ansatz (siehe https://www.aerodesign.de/profile/profile_n.htm z.B. SD 7003).

Durch eine höhere Skalierung der y-Koordinaten eines Profils werden die Unterschiede bei den Profilen gut sichtbar:


Verzerrte Darstellung um die geometrischen Unterschiede zu verdeutlichen. Die Dicke der Profile wurden zur besseren Vergleichbarkeit angepasst. Gut zu erkennen das HN-785SR als klassischen Vertreter von „Typ 1 Profilen“, das bekannte AG 40 von Mark Drela als einer der ersten Profile mit „Bubble Ramp Design“ und das hier vorgestellte JX FX 15 als extremes „Typ 2 Profil“. Das M1779B liegt irgendwo dazwischen...

Mit ein wenig Übung kann damit bereits auf Grund der Profilform eine erste Einschätzung des grundsätzlichen Polarenverlaufs getroffen werden.

--

So viel für heute. Im zweiten Teil geht es dann um die Bewertung des entwickelten Profils JX FX, einer ausführlicheren Betrachtung des Klappeneinsatzes und Hinweise zum Einsatz des Straks.

Bis dahin …

Viele Grüße

Jochen

 

[deftones]

Hallo Jochen,

Eine paar kurze, erste Einschätzungen zu den Profilen:

• PB721 – die Speed Machine – ein, wie ich finde, sehr mutiger Entwurf, der nur eins kennt: schnell sein. Das deckt sich auch mit dem beeindruckenden Erlebnis eines unerschrockenen Teck-Junkies mit seinem Highlander bei knapp unter (?) 5kg Abfluggewicht…

So mutig war das gar nicht. Die ausgeprägte "bubble ramp" auf der Saugseite hast Du ja schon richtig erkannt. Das funktioniert eigentlich sehr sicher bei mittleren Auftriebsbeiwerten, kostet auf den ersten Blick aber etwas laminare Lauflänge auf der Saugseite im Speed. Tatsächlich erlaubte die moderate Streckung bei dem Flieger (und weil wir keinen Hochstart im Kopf hatten) einen recht dünnen Flügel. Der gesparte Druckwiderstandsanteil hilft dann im Speed. Das Konzept mit der "bubble ramp" erlaubt zudem recht grosse positive Klappenwinkel. Wenn man das beste Gleiten ausfliegen möchte, tut man das besser schon mit einer positiven Klappenstellung - siehe dazu auch Deinen Gleitzahlplot.

Viele Grüsse und viel Erfolg,
Benjamin

 

[Jojo26]

Entwicklung eines F3F-Profils - Teil 2

Entwicklung eines F3F-Profils - Teil 2

Wiedereinmal habe ich falsch eingeschätzt, wie viel Zeit ich benötige um einen solchen Beitrag mit all den Darstellungen zu schreiben. Sorry – es zieht sich ein wenig. Daher werde ich die weiteren Teile in kleinere Abschnitte aufteilen, um einen einigermaßen kontinuierlichen Fluss an Lesestoff für Euch sicherzustellen.
Zwischenzeitlich hat nun Mario Perner das Profil seines bekannten „Thor“ in den Vergleichsring geworfen – angereichert mit viel Praxiserfahrung aus zahlreichen Flügen. Es ist spannend zu lesen, wie sich eine Profilauslegung in den Flugeigenschaften widerspiegelt (oder auch nicht). Vielen Dank Mario!
Benjamin Rodax hat freundlicherweise den Nachbau seines Highlander-Profil JX-PB721 mit dem Original verglichen und einige Abweichung festgestellt. Ich werde daher das Profil aus der Vergleichsliste herausnehmen.


Bewertung des Profils JX FX


Dicke 7,65% bei 27,1% - Wölbung 1,55% bei 37,1%

Das Profil entstand in zahlreichen Iterationen aus denen dann 5 Varianten in die „Endauswahl“ kamen -alle mit einem sehr ähnlichen Grundcharakter und nur kleinen Unterschieden in den Auslegungspunkten. Der hier vorliegende Entwurf ist in meinem Augen der harmonischste. Die Dicke wurde ein wenig bei der Optimierung hochgezogen (von ca. 7,55%) Bezüglich der Profildicke war interessanterweise festzustellen, dass keineswegs gilt: Je dünner desto besser bezogen auf die Auslegungsbereiche und deren Gewichtung. Insbesondere gilt nicht ein undifferenziertes "Je dünner desto schneller…" Die dabei geringe Wölbung von 1,55% ruft förmlich: Ohne Klappen kannst Du mit mir bei wenig Aufwind keinen Blumentopf gewinnen!

Das wird auch deutlich bei einem ersten Blick auf die Typ 2 Gleitzahl-Polare. Erstaunlicherweise war es nicht trivial, ein Profil zu erzeugen, das auf den ersten Blick so „unauffällig“ ist – ohne Ecken und Kanten in den Polaren...


Typ 2 Gleitzahl-Polare des JX FX. Zur Einordnung in welchem Leistungsbereich es sich bewegt, ist zusätzlich das bekannte und leistungsfähige Allroundprofil AG40 mit einer Wölbung von knapp 2,4% dargestellt.

Die Eigenschaften des Profils werden erst deutlich, wenn man in die unterschiedlichen Auslegungsbereiche hineinzoomt und mit anderen F3F-Profilen vergleicht. Zunächst noch ohne Einsatz von Wölbklappen ...


Auslegungsbereich ca = 0,05 – 0,40: Schnelles Gleiten ohne Klappeneinsatz

Hier konnte zu den Vergleichsprofilen die größte Verbesserung erzielt werden. Die Optimierung strebte dabei immer zu einer stark „Bubble Ramp“ orientierten Auslegung um im mittleren Re-Zahl Bereich eine einsetzende Blasenbildung zu limitieren.
Das Einfallen der Typ 2 Polare in diesem wichtigen ca-Bereich wird dadurch praktisch verhindert. Gut visualisiert wird die Situation auch durch Einblenden der Typ1 Polare bei Re=600.000 und Re=250.000. Die Vergleichsprofile verlieren bei niederen Re-Zahlen deutlich an Leistung


Betrachtung des mittleren ca-Bereichs. Das Profil JX FX geht bei geringer werden Re-Zahlen behutsamer mit der zunehmend blasenempfindlichen Strömung um (grüner Pfeil). Gut zu sehen auch am Verlauf der Re=250.000 Typ 1 Polare.

Erkauft wird diese Verbesserung im Auslegungsbereich durch eine merkliche Verschlechterung im Bereich ca = 0,4 – 0,7. Dies wurde bewusst in Hinblick auf einen extensiven Klappeneinsatz in Kauf genommen. Merkliche Auswirkungen dieser „Bubble Ramp“ Auslegung auf den High-Speed-Bereich konnten dabei nicht festgestellt werden ...


Auslegungsbereich ca = 0,0 – 0,08: Der High-Speed-Bereich - ohne Klappen

Wie bereits beschrieben, kann in diesem Bereich sehr kleiner ca-Werte eine Optimierung auf Basis der Typ 1 Polare nicht mehr angesetzt werden. Zur Bewertung werden daher die Typ 1 Polare bei Re=600.000 und 700.000 herangezogen.
Ziel der Optimierung war es, bis hinunter zu ca = 0,05 ohne Klappen geringste Widerstandswerte zu erreichen - gleichzeitig den Bereich niedriger cw-Werte nicht zu spitz auszulegen um ihn auch „erfliegbar“ zu machen.

Der Nachbau des Shinto-Profils JX-M16377s legt hier eine hohe Messlatte.


JX FX im Vergleich im Bereich kleiner ca-Werte und hoher Re-Zahlen. Die Optimierung orientierte sich in diesem Bereich an den Nachbau des Shinto-Profils JX-M16377s, das hier nur schwer zu toppen ist ... Die Weiterentwicklung im Profilentwurf wird bei einem Vergleich mit dem HN 785SR deutlich.


Auslegungsbereich ca = 0,35 – 0,8: Der Gleitbereich - ohne Klappen

Dieser Auslegungsbereich diente dazu, den „Preis“ für verbesserte Leistungen in den anderen Bereichen zu zahlen. Ein Augenmerk wurde allerdings auf eine möglichst breitbandige Auslegung gelegt - ohne abruptes Anwachsen des Widerstands bei höheren ca-Werten wie es beispielweise beim Profil NM 12 erkennbar wird. Eine weitergehende Betrachtung dieses Auslegungsbereiches wird dann erst beim Einsatz von Wölbklappen interessant.


Das Profil JX FX im Vergleich bei höheren ca-Werten – hier auf Basis der Typ 2 Gleitzahlpolare. Das Profil hat in diesem Auslegungsbereich keinen Anspruch auf Spitzenwerte – versucht aber zumindest einen raschen „Einbruch“ wie bei dem Profil NM 12 zu vermeiden.

--

Im nächsten Teil wird es dann spannend - zumindest aus meiner Sicht -, wenn es um den optimierten Einsatz der Wölbklappen geht.

Bis dahin

Jochen

 

[Tern]

Hallo Jochen
Danke für Deine Veröffentlichung.
Für F3f denke ist es noch wichtig, dass xfoil die Widerstände bei höheren ca zu gering darstellt.
Die Polaren auf der aer-O-TEC seite weisen darauf hin.
Denke das insbesondere bei dünnen Profile das in Betracht gezogen werden sollte.
Bei dynamischen Wenden (auch EM style genannt) dient die Wende zur Beschleunigung des Fliegers.

http://http://www.aer-o-tec.de/de/index.php/impulse/

Gruss
Markus

 

[Jojo26]

Entwicklung eines F3F-Profils - Teil 3 - Wölbklappen

Entwicklung eines F3F-Profils - Teil 3 - Wölbklappen

In diesem Teilbeitrag geht es vor allem um den optimierten Einsatz von Wölbklappen in den verschiedenen Flugphasen bzw. Auslegungsbereichen. Bisher hatte ich mich mit der Berücksichtigung von Wölbklappen bei der Profilauslegung nur am Rande beschäftigt – eher im Sinn: Wenn‘s noch schneller werden soll, dann werden es negativ ausgeschlagene Klappen schon richten - um besser zu gleiten helfen positiv ausgeschlagene Klappen...
Wie sich zeigte, sind die Verhältnisse doch deutlich vielfältiger. Insbesondere wurde klar, das der richtige Einsatz von Wölbklappen bei F3F nicht nur das berühmte Sahnehäubchen ist, sondern sozusagen der reiche Kuchenbelag, das Profil dabei der Kuchenboden...(irgendwie prägt so ein Sonntag Nachmittag)


Für die Untersuchung der Wirkung von Wölbklappen wurde die Fähigkeit von Xoptfoil genutzt, für einen gegebenen Arbeitspunkt (ca-Wert und Re-Zahl) die Klappenposition zu finden, die den geringsten Widerstandsbeiwert erzeugt. In der Summe der Arbeitspunkte lässt sich dadurch eine ganz eigene, neue Polare erzeugen, die für jeden Punkt das maximal Mögliche darstellt, was in der Kombination Profil plus Wölbklappe erreichbar ist – oft auch als „Hüllkurve“ bezeichnet.

Anmerkung: Nicht auszudenken, wenn man die Fähigkeit besäße, diese „Polare“ intuitiv auszusteuern – aber vielleicht besitzen sehr gute Piloten gerade die Fähigkeit mit Hilfe des richtigen Wölbklappeneinsatzes diesem Optimum sehr nahe zu kommen.

Die Wölbklappe wurde mit 25% Flächentiefe, Drehpunkt unten, bei allen Berechnung angesetzt. Der maximale Ausschlag wurde auf 8 Grad beschränkt, weil darüber hinaus, die Zustände im wahrsten Sinn des Wortes zunehmend turbulent werden und damit die Vorhersagegenauigkeit der Berechnung entsprechend abnimmt. Die Untersuchung wurde für den „statischen Flug“ (Typ 2 Polare), bei der die Wölbklappe auf einen fixen Wert gestellt wird und für den „dynamischen Flug“ (Typ 1 Polare), bei der die Wölbklappe als „snap flap“ fungiert, durchgeführt.


Wölbklappen – statische Betrachtungen

Eines der wichtigen Entwicklungsziele bei JX FX war, im Auslegungsbereich ca = 0,05 – 0,40 (Schnelles Gleiten) ohne Einsatz von Klappen auszukommen. Mit der Polare des „optimierten Wölbklappen-Winkels“ lässt sich sehr schön feststellen, ob diese Ziel für den Auslegungsbereich erreicht wurde:


Typ 2 Polare ohne Wölbklappen und mit optimierten Klappeneinsatz

Im Bereich ca > 0,4 ist andererseits der mögliche Leistungszuwachs mit Klappen enorm. Das Profil erwacht hier sozusagen aus dem bisherigen Dornröschen-Schlaf und liefert respektable Gleitwerte, die für das sanfte Gleiten am Hang (floaten) ausreichend sein sollten. Das Profil bewegt sich hier ziemlich genau auf dem Niveau des JX-M16377s.


Im High Speed Auslegungsbereich ca = 0,0 – 0,08 war das Ziel, mit möglichst geringen negativen Klappenausschlägen für optimale Performance bei ca nahe 0 auszukommen. Der Hintergedanke dabei war, die dynamische Polare nicht durch einen zu starken negativen Klappenwinkel zu „belasten“ (= schlechtere Werte bei höheren ca-Werten). Bei der Profiloptimierung wurden daher bereits kleine negative Klappenwinkel gesetzt, um dieses Auslegungsziel zu unterstützen.


Hineingezoomt in den High Speed Bereich wo die Klappen bei ca < 0,05 ihre Wirkung entfalten

Die Überprüfung des Klappenwinkels lässt sich prima mit der folgenden Darstellung durchführen. Gut zu sehen, dass nur ein kleiner negativer „Hauch“ Wölbklappen gesetzt werden sollte, um minimale Widerstände nahe ca = 0 zu erreichen.


Der optimale Klappenwinkel für den jeweiligen ca-Wert

Schließlich noch eine interessante Betrachtung, wie der optimale Klappenwinkel mit dem geflogenen Anstellwinkel des Profils korreliert. Die typischerweise fast lineare Abhängigkeit des Auftriebsbeiwerts vom Anstellwinkel wird durch das Setzen der Wölbklappen aufgehoben. Der Anstellwinkelbereich in dem typischerweise geflogen wird, schrumpft dabei von ca. 8 auf 3 Grad zusammen. Ein positiver Effekt davon ist, dass der Flieger dadurch deutlich weniger aus seiner optimalen 0 Grad Position um die Querachse bewegt werden muss, was wiederum der Gesamt-Widerstandsbilanz zu Gute kommt.


Der Anstellwinkel der Tragfläche bewegt sich bei optimierten Klappen über weite Strecken auf 2 Plateaus - dazwischen linear.

Noch eine nicht weiter gedachte Überlegung: Müsste ein „Wölbklappen optimiertes Profil“ nicht viel stärker darauf ausgerichtet sein, sich nur in einem kleinen Anstellwinkelbereich von 3 Grad bewegen zu müssen? Wie viel Potenzial läge in einer solchen „Klappenauslegung“ eines Profils?




Wölbklappen – dynamische Betrachtungen

Untersucht wurde der Fall, wo bei hoher Geschwindigkeit (ca= 0,05, Re = 600.000) der Auftrieb heftig erhöht wird, um beispielsweise „zackig um die Kurve“ zu kommen. In der Annahme, das sich (zunächst) die Geschwindigkeit dabei nicht verringert bzw. verringern sollte, bewegt man sich hier entlang der Typ 1 Polare.

Die Erhöhung des Auftriebs erfolgt dabei durch eine Erhöhung des Anstellwinkels und/oder dem Setzen der Wölbklappen (snap flap)
Der Winkel der Wölbklappe wurde hierbei wieder abhängig vom ca-Wert optimiert (siehe oben).

Verglichen wurde das Profil JX FX mit dem M1779B, das eher als Typ 1 Profil (siehe Teil 2) ausgelegt ist, mit höherer Leistung bei ca > 0,4. Die Frage war hier auch, in wie weit das Profil JX FX seine Schwäche im oberen ca-Bereich durch Klappen kompensieren kann.


Typ1 Polare bei höherer Re-Zahl ohne und mit (optimierten) Klappen. Das Profil M1779B spielt hier seine Auftriebsstärke aus. Der rot markierte Bereich solle nicht verlassen um nicht zu viel Energie bei dem Manöver zu verlieren.

Der steile Anstieg des ca-Wertes ohne merklichen Widerstandszuwachs ist beeindruckend. Die Polare wird praktisch um 0,2 ca-Werte angehoben...

Die Frage dabei ist, wieviel Auftriebszuwachs nötig bzw. erwünscht ist, um die optimale Kurvenflugbahn erfliegen zu können? Dazu habe ich leider keine Informationen. Meine Überlegung: Ausgehend von einem Flugzustand mit ca = 0,05 bedeutet eine Erhöhung auf ca = 0,5 eine Verzehnfachung des Auftriebs, was bereits eine ziemliche Beschleunigung (= enge Kurvenradien) erlaubt. Ist eine weitere Erhöhung überhaupt notwendig oder umgekehrt: Stellen die höher erzielbaren ca-Werte des M1779B einen Vorteil bei diesem Flugmanöver dar?

Interessant ist, dass bei dynamischen Flugmanövern, der Klappenwinkel nahezu proportional dem „gewünschten“ ca-Wert ist:


Der optimale Klappenwinkel für unterschiedliche ca-Werte bei einer Typ 1 Polare z.B. dynamischer Kurvenflug.


Die folgende Betrachtung des Anstellwinkels bei einem dynamischen Flugmanöver mit Klappeneinsatz, hat mich sehr zum Nachdenken angeregt:


Die Änderung des Anstellwinkel in Abhängigkeit des „gewünschten“ ca-Wertes – ohne und mit Klappen.

Über weite Bereiche muss der Anstellwinkel praktisch nicht geändert werden, um beim optimierten Klappeneinsatz höhere ca-Werte zu erreichen… (!)

Meine Gedanken bzw. Ableitungen dazu: Bisher ging ich davon aus, dass Wölbklappen als „snap flap“ eingesetzt eine unterstützende Wirkung beim schnellen Kurvenflug haben – man schaltet sie dem Höhenruder zu. Bei Betrachtung einer optimalen Kombination aus Anstellwinkel und Klappenwinkel kommt man aber zu einer ganz anderen Ansatz: Schnelle Kurven werden nur mit der Wölbklappe geflogen, das Höhenruder dient nur noch dazu, den optimalen Anstellwinkel (nahe 0 Grad) zu halten. Oder anders formuliert: Beim schnellen dynamischen Fliegen verliert das Höhenruder seine eigentliche Funktion – es dient eher zur Trimmung – und die Wölbklappen übernehmen im wahrsten Sinne das Ruder. Das würde aber auch bedeuten, dass die klassische „snap flap Programmierung“, wie ich sie kenne, falsch ist. Ich meine, einmal einen Beitrag von Thorsten Folkers („Tofo“ - the Champ) gelesen zu haben, wo er auf die minimalen Höhenruderausschläge im Speedflug hingewiesen hat. Vielleicht hatte seine Anmerkung unter anderem den beschriebenen Hintergrund…

Und schließlich noch ein Aspekt, des dynamischen Wölbklappeneinsatzes, der bemerkenswert ist – den ich aber ebenfalls in seiner Relevanz nicht voll durchdringen kann, weil er vor allem in die Flugmechanik hinspielt (und diese schieb ich noch vor mir her…).
Das Setzen der Wölbklappen führt zu einer drastischen Erhöhung des negativen Profilmoments ...



… das wiederum zu einem „Abtauchen“ führen würde, wenn nicht ...

Meine Gedanken dazu: Wie stark sich dieser Effekt im Zusammenspiel mit der großen Erhöhung der Auftriebskraft und der damit verbundenen Momentenänderung des Flugzeugs auswirkt, hängt wahrscheinlich eng mit dem eingestellten Stabilitätsmaß (des Flugzeugs) zusammen. Vielleicht können sich bei geschickter Auslegung die beiden Effekte zumindest teilweise kompensieren und ungewollte Bewegungen um die Querachse verhindert werden…?

So viel zum Thema Klappen, das für mich mit das überraschendste Kapitel bei den Untersuchungen war und viel Stoff zum Nachdenken lieferte…

Im nächsten und wahrscheinlich letzten Teil geht es dann noch um den kleinen Strak, der auf Basis des Ausgangsprofils entstanden ist.

Zum „Finale“ möchte ich gerne noch einmal alle Profile im großen Vergleich darstellen. Ich würde mich freuen, wenn vielleicht der ein oder andere sein Profil-Schatzkistchen öffnet und es mir zum Vergleich zusendet (das Profil würde ich selbstverständlich nicht weitergeben)

Viele Grüße

Jochen

(Im Anhang findet Ihr das entwickelte Profil JX FX 15 - wie immer frisch vom "Partikel Schwarm" und unbehandelt durch "Mensch" )

 

[mipme_kampfkoloss]

Jochen, super wie und was du da schreibst! Bin total gefesselt!

Wie hast du dir die Graphen generiert - wohl nicht aus XFRL heraus, oder?

Bzg. SnapFlap:
Den erhöhten negativen Moment muss man sicher mit etwas mehr Höhenruderausschlag kompensieren.
Der Flieger ist im Normalfall ja mit dem kleineren Moment getrimmt.

Jedoch ist deine Idee mehr mit den WLBs zu fliegen als mit dem Höhenruder sicher richtig.
Die Flächenprofile haben ja grundsätzlich weniger Widerstand bei höheren Cls als die Höhenleitwerksprofile.
Und die Flächen auch weniger induzierte Widerstanderhöhung als die Leitwerke - allein aufgrund der Streckung!

Bzg. der notwendigen Cls in der dynamischen Wende, kann man sich das wohl auf über die Fliehkräfte und
den gewünschten Kurvenradius berechnen - gerade jedoch etwas zu spät für mein abschaltendes Gedächtnis...

Vielleicht wäre es hierbei noch sinnvoll den Flieger mit den Polaren des Höhenruders zu rechnen.
Also: Widerstand der verwölbte Fläche + Widerstand ausgeschlagenes Höhenruder und darauf den Klappen und Höhenruderausschlag zu optimieren.

Nach meinem Verständnis müssen diese ja noch dazu insgesamt ein positives Moment liefern, damit ein Teil den Fliehkräften entgegen wirken kann, sonst haben wir ja keine Kurve!
Oder irre ich mich da!? Vielleicht sind die Begriffe auch etwas physikalisch laienhaft...

 

[2small2fail]

Anforderungen an ein "gutes" F3F-Profil?

Anforderungen an ein "gutes" F3F-Profil?

Jochen, das sind super Betrachtungen zu deiner Profilentwicklung!

Die Frage dabei ist, wieviel Auftriebszuwachs nötig bzw. erwünscht ist, um die optimale Kurvenflugbahn erfliegen zu können? Dazu habe ich leider keine Informationen. Meine Überlegung: Ausgehend von einem Flugzustand mit ca = 0,05 bedeutet eine Erhöhung auf ca = 0,5 eine Verzehnfachung des Auftriebs, was bereits eine ziemliche Beschleunigung (= enge Kurvenradien) erlaubt. Ist eine weitere Erhöhung überhaupt notwendig oder umgekehrt: Stellen die höher erzielbaren ca-Werte des M1779B einen Vorteil bei diesem Flugmanöver dar?

Was es offensichtlich noch generell zu klären gilt: Welches sind die tatsächlichen Anforderungen an ein "gutes" F3F-Profil?

Wenn man diese von der F3F-Flugaufgabe ableiten will, dann ist die Lektüre von "F3F Mécanique de vol ou comment ça marche?" von Jean-luc Foucher sehr empfehlenswert, hilfreich und inspirierend.

Die Lektüre hilft auch bei der Klärung obiger (und evt. weiterer im Raum stehender) Frage(n).

Fliegergrüsse
Tobias

PS
Zwei grobe Kernpunkte zur F3F-Flugaufgabe...

• Kurzdistanz-Speedflug (mit ein paar 180 Grad-Wenden), bei dem die Einfluggeschwindigkeit (bei vielen Bedingungen) eine sehr grosse Rolle spielt.
• In den Wenden geht es (bei vielen Bedingungen) vorwiegend um den möglichst geringen Verlust von kinetischer Energie.

Letzteres begrenzt die in den Wenden sinnvollen Auftriebsbeiwerte nach oben. Dabei spielt der induzierte Widerstand die entscheidende Rolle.

 

[rc-volkslogger]

Hallo Jochen, hast ne mail mit Daten ...
Gruß Martin

 

[Tofo]

Hallo Jochen,

sehr interessant. Ich lese hier schon von Anfang an mit. Meine Kenntnisse über Profile sind halt ungefähr Null. Aber das macht das Thema umso interessanter.

Es gibt natürlich unzählige verschiedene Bedingungen, wenn man alleine an die Umgebungsparameter denkt (Hangkontur, Windrichtung/ -geschwindigkeit, Anströmung, Turbulenz, Höhe über NN, Luftfeuchtigkeit, ...).
Von daher ist es immer schwer solche Aussagen wie mit dem HR-Ausschlag zu bewerten. Was heute funktioniert kann morgen das Falsche sein.

Wenn man jetzt F3F Musterbedingungen definiert wären das >10 m/s Wind frontal, glatte Anströmung, scharfe Hangkante, Höhe knapp über Meeresspiegel.

Grundsätzlich geht die Energy-Management Formel dann ungefähr so:

viel Gewicht + wenig HR-Ausschlag (geringe Anstellwinkel) + wenig Snap-Flap (wenig Widerstand) = große Kurvenradien und Speeeed

Im Fachjargon heißt das auch "fließen lassen"

Nachteil sind die langen Wege. Alles was von den Musterbedingungen deutlich abweicht funktioniert deshalb unter Umständen ganz anders. Da können auch kurze Wege die Lösung sein. Große Anstellwinkel sollte man dabei aber auch vermeiden. Die Aussage mit dem geringen HR-Ausschlag kam aber auch daher, dass man vorallem mit Konstanz gut punkten kann. Ein zu großer HR-Ausschlag verringert die Reproduzierbarkeit / Konstanz in den Wenden. Eine verwackelte Wende kann schon dazu führen, dass man die Kante nicht sauber wieder trifft, was dazu führt das man in der nächsten Wende den Druckpunkt nicht erwischt und schon ist der ganze Durchgang dahin.

Grüße,
Thorsten

 

[Jojo26]

Ein kurzer Diskussions-Zwischeneinschub

Ein kurzer Diskussions-Zwischeneinschub

... vielen Dank für die schönen Rückkopplungen! Das motiviert für den Endspurt

Für F3f denke ist es noch wichtig, dass xfoil die Widerstände bei höheren ca zu gering darstellt.
Die Polaren auf der aer-O-TEC seite weisen darauf hin. Denke das insbesondere bei dünnen Profile das in Betracht gezogen werden sollte.

Hallo Markus,
... welche Konsequenz würdest Du aus einem im Vergleich zum Windkanal zu niedrigen cw-Wert für die Profilauslegung ziehen?

Wie hast du dir die Graphen generiert - wohl nicht aus XFRL heraus, oder?

Hallo Kjell,
... wie eingangs kurz beschrieben, wurden die Diagramme zum Klappeneinsatz auf Basis der Xoptfoil(xfoil)-Ergebnisse (Datei: ..._design_polars.dat) mit "Excel" erstellt.

Zwei grobe Kernpunkte zur F3F-Flugaufgabe...

• Kurzdistanz-Speedflug (mit ein paar 180 Grad-Wenden), bei dem die Einfluggeschwindigkeit (bei vielen Bedingungen) eine sehr grosse Rolle spielt.
• In den Wenden geht es (bei vielen Bedingungen) vorwiegend um den möglichst geringen Verlust von kinetischer Energie.

Letzteres begrenzt die in den Wenden sinnvollen Auftriebsbeiwerte nach oben. Dabei spielt der induzierte Widerstand die entscheidende Rolle.

Hallo Tobias,
... eine hohe Einfluggeschwindigkeit wird erreicht durch eine große Ausgangshöhe ("Pumpen") und niedrigste cw-Werte bei ca nahe 0 (praktisch Sturzflug). Welche Anforderungen würdest Du daraus an das Profil ableiten?
... kinetische Energie - vielleicht allgemeiner nur "Energie"? (es hängt ja auch von der Höhe und der neuen Position zur Windrichtung ab) - ja, das ist auch mein Gedanke. Jede cw-Erhöhung ist "Gift". Daher auch das Grübeln über Klappen vs. Anstellwinkel..
... induzierter Widerstand - ja -das würde dann heißen, je geringer der notwendige ca-Wert für die Kurve ist, desto besser ...?

Grundsätzlich geht die Energy-Management Formel dann ungefähr so:

viel Gewicht + wenig HR-Ausschlag (geringe Anstellwinkel) + wenig Snap-Flap (wenig Widerstand) = große Kurvenradien und Speeeed
Im Fachjargon heißt das auch "fließen lassen"

Hallo Thorsten,
... auf Basis der Berechnungsergebnisse (nur Profil - 2D) würde ich nun eher zu folgender Formel kommen

Nicht ganz so viel Gewicht + keinen HR-Ausschlag + ziemlich Snap-Flap (wenig Widerstand!) = mittel-große Radien und immer noch Speeed

Hattest Du in diese Richtung schon einmal Versuche gemacht?


--

Ein Nachtrag zu der noch offenen Frage des notwendigen ca-Wertes bei Wenden:

Max Steidle hat mir - wie es der Zufall will? - ein kleines Excel-Progrämmle geschickt, mit dem sich der notwendige ca-Wert für ein Kurve bei definierter Flächenbelastung, Fluggeschwindigkeit und Kurvenradius abschätzen läßt. Beispiel:



... das ist schon eine "Hausnummer". Wenn die Kurve enger 15m Radius werden sollte, reichen ca = 0,5 nicht mehr aus... Aber Thorsten wollte ja sowieso in Zukunft ein wenig weicher fliegen ...

Viele Grüße

Jochen

 

[deftones]

Hallo Jochen,

finde ich erstmal super, dass Du Deine Ergebnisse veröffentlichst!

Sehr viel kann ich nicht beitragen, aber ein paper würde ich Dir gern ans Herz legen: Drela, M., Pros and Cons of Airfoil Optimization, Chapter in "Frontiers of Computational Fluid Dynamics", 1998 kann man wahrscheinlich mit google finden. Da werden viele Fallen der Profiloptimierung besprochen, die Du teilweise schon kennengelernt hast. Wenn man sich mit Profilentwurf im Bereich kleiner Reynoldszahlen beschäftigt, lernt man viel über verschiedene Entwurfsansätze in dieser Veröffentlichung: Selig, S. Michael, Low Reynolds Number Airfoil Design Lecture Notes, VKI Lecture Series, 2003 - die sollte ebenfalls online zu finden sein.

Bei der ganzen Jagd nach dem minimalen Widerstandsbeiwert ist es vielleicht auch interessant sich zu überlegen, wie gut man im besten Fall (mit reibungsbehafteter Strömung) werden kann. Ein Profil ohne Druckwiderstand (Dicke null, keine laminare Ablöseblase) und vollständig laminar umströmt, das wäre doch was.


Widerstandsbeiwert der eben Platte laminar, beidseitig benetzt ausgewertet für verschiedene Reynoldszahlen

Ausgewertet habe ich die Gleichung für Reynoldszahlen an der Flügelwurzel typisch für RES Flieger, F3B und Grosssegler ~M=1:3. Wenn man feststellt, dass der eigene Entwurf recht nahe an der jeweils passenden Kurve liegt, kann man sich schon mal etwas entspannen bzw. weiter um den Rest des Fliegers kümmern.

Zum Thema Klappenausschläge und Momentenbeiwert: beim Nurflügel hättest Du recht. Beim Leitwerkler ist der führende Effekt, dass ein positiver Klappenausschlag am Flügel die Zirkulation erhöht und damit den Abwindwinkel am Ort des Höhenleitwerks vergrössert. Das verringert den Auftrieb am Höhenleitwerk und erzeugt ein aufnickendes Moment. Um das zu rechnen brauchst Du Profil- und Gesamtflugzeug Rechnungen. Hier erklärt Mark Drela wie das geht: https://www.rcgroups.com/forums/showpost.php?p=7617453&postcount=14 . Den Bereich optimaler Auftriebsbeiwerte berechnet Drela bei moderaten cA=0.4 ... 0.6 - das passt zu Tofos Beobachtungen.

Viele Grüße,
Benjamin

 

[Tofo]

Hallo Jochen,

in der Startphase geht es nicht darum Höhe auf zu bauen, sondern Geschwindigkeit. Anhand der reinen Starthöhe kann man noch nicht viel ableiten. Erst Masse + Höhe ist gut
Der Hang drückt unten an der Kante am besten. Das heisst ich pumpe lieber nicht so hoch und habe dafür mehr Ballast an Bord. Das Gewicht kann ich zusätzlich noch in den Wenden weiter beschleunigen, wenn ich in den Wenden einen Druckpunkt habe.
Außerdem kommen am Hang fast immer lokale Wirbel und Turbulenzen dazu und die Veranstalter bauen gerne die Wenden genau am Strauch oder der Spitze in der Kante auf. Deshalb muss ein gutes F3F Profil meiner Meinung nach Gewicht tragen können!

Den Kurvenradius versucht man natürlich so klein wie möglich und so groß wie nötig zu fliegen!

Dabei spielt der richtige Snap-Flap Wert natürlich eine zentrale Rolle. Zu wenig ist kritisch. Zu viel Snap-Flap bremst aber auch. Wobei die Toleranz richtung größerer WK Ausschläge tatsächlich weicher ist. Letztlich hängt es von den Bedingungen ab, weshalb ich den Snap-Flap Wert per Schieberegler im Flug entsprechend einstelle. Das geht bei schwächeren Bedingungen auch in der Strecke, weil ich dafür die Knüppel nicht loslassen muss. Wenns schnell wird geht das natürlich nicht mehr

Grüße,
Thorsten

 

[Tobias Reik]

Air-Radius

Air-Radius

Hi Jochen,

ich lese auch fleißig mit. Sehr spannend und unterhaltsam.

Einen kleinen Beitrag kann ich auch leisten:
Bei den Wenderadien darfst Du nicht vergessen, daß der Wendendurchmesser durch den Wind gestaucht wird.
Bei einem Radius von 15m sind das 47,2m gegen den Wind (halber Umfang).

Bei Deinen 40m/s Modellgeschwindigkeit und 10m/s Windgeschwindigkeit hat die Wende damit effektiv also 26,8m.

Gefühlt würde ich sagen, daß 10m/s für den Speed zu wenig sind, das werden wohl eher 17m/s Wind sein - dafür hat aber auch das Modell dann eher 3,9kg...
… ich habe das noch nie näher berechnet geschweige denn gemessen...

Viele Grüße & bitte weiter Berichten
Tobias

P.S.: Ich vermute ToFo meinte mit "fließen lassen" nicht sich selbst (der kann das schon ganz ordentlich)

 

[2small2fail]

Hallo Jochen!

Hallo Tobias,
... eine hohe Einfluggeschwindigkeit wird erreicht durch eine große Ausgangshöhe ("Pumpen") und niedrigste cw-Werte bei ca nahe 0 (praktisch Sturzflug). Welche Anforderungen würdest Du daraus an das Profil ableiten?
... kinetische Energie - vielleicht allgemeiner nur "Energie"? (es hängt ja auch von der Höhe und der neuen Position zur Windrichtung ab) - ja, das ist auch mein Gedanke. Jede cw-Erhöhung ist "Gift". Daher auch das Grübeln über Klappen vs. Anstellwinkel..

Wie man zu einer hohen Einfluggeschwindigkeit kommt, davon habe ich nicht geredet. Und darauf geht das Papier von Jean-luc auch nicht ein:-)
In der Regel wird potentielle Energie aus einer hoffentlich grossen Ausgangshöhe in kinetische Energie beim Einflug umgewandelt. Dazu ist natürlich u. a. ein möglichst geringer Profilwiderstand im Bereich um CL=0 sachdienlich.
Wie man auf eine möglichst grosse Ausgangshöhe kommt, ist eine andere Frage. "Pumpen" ist ein Spezialfall, falls ein hinreichend starker Gradient im Windfeld des Hanges nutzbar sein sollte.
Es lauern hier wie immer einige Zielkonflikte. U. a. die Sache mit der Masse des Fliegers.

"Kinetische Energie" deshalb, weil diese mit der Laufzeit korreliert ist. Natürlich wird diese in andere Energieformen umgewandelt, im besten Fall nur moduliert (in potentielle Energie umgewandelt und wieder zurück).
Energiezufuhr erfolgt auch während des Laufes in Form von potentieller Energie via "Aufwind" oder kinetischer Energie via "Nutzung eines Windgradienten".
Regelfall ist aber, dass die Einfluggeschwindigkeit deutlich höher als die Geschwindigkeit nach 10 Strecken ist. D. h. die Energiezufuhr ist in der Regel nicht gross genug, um dem Schwinden der kinetischen Energie entgegenzuwirken.

... induzierter Widerstand - ja -das würde dann heißen, je geringer der notwendige ca-Wert für die Kurve ist, desto besser ...?

Diese pauschale Aussage ist natürlich so nicht zutreffend, denn die Kurvenradien und damit der zurückzulegende Weg werden so grösser. Zielkonflikt!!!

Mit den vielen, nicht immer intuitiv einfach erschliessbaren Zielkonflikten eines F3F-Laufes beschäfftigt sich das Papier von Jean-luc Foucher. Es versucht dies mit (vereinfachenden) numerischen Simulationen und deren Deutung.
Auch wenn ich mich wiederhole: Leseempfehlung!

Fliegergrüsse
Tobias

 

[Tofo]

Regelfall ist aber dass, die Einfluggeschwindigkeit deutlich höher als die Geschwindigkeit nach 10 Strecken ist. D. h. die Energiezufuhr ist in der Regel nicht gross genug, um dem Schwinden der kinetischen Energie entgegenzuwirken.

Das ist nicht ganz richtig. Das wäre nur bei Thermik in der Startphase der Fall, die während des Fluges weiter zieht.
An der Küste sind wir beim Ausflug wesentlich schneller als beim Einflug. Besonders bei crosswind kann man beim Ausflug auch mal die doppelte Höhe erreichen. Es wird quasi bewusst überballastiert, weil man die Wenden 1,2 und 3 als weitere Pumper betrachtet und hier quasi ein / zwei Sekunden investiert, um für die nächsten sieben Strecken noch schneller zu sein. Damit ist man unterm Strich drei / vier Sekunden schneller wenns gut läuft. Niedrige 30'er Zeiten wären ohne diesen Trick an der Küste oft gar nicht möglich.

In Frankreich wird viel Berg-Thermik-F3F geflogen. Da muss man immer bißchen vorsichtig sein. Ist nicht mit echtem F3F vergleichbar
... nur Spaß! Das hat schon auch was, aber ist halt was anderes.

Grüße,
Thorsten

 

[2small2fail]

Einverstanden Thorsten!
Deine Küstenhänge sind der deutliche Fall von grosser Energiezufuhr auch während des Laufes in Form von kinetischer Energie via "Nutzung eines Windgradienten".
Jetzt müssten wir uns darüber "streiten", ob solche Küstenhänge die Ausnahme oder die Regel sind:-)
Das ist wohl eine Frage der Statistik, die man für sich selbst macht...

Fliegergrüsse
Tobias

 

[Tofo]

Müssen wir nicht drüber "streiten".
Ich sehe das so wie Tobias Reik. Er sagt immer, als guter F3F Pilot muss man beides können. Berg und Küste. Das trifft auf ein gutes F3F-Modell und ein Profil umso mehr zu. Als Pilot kann ich mir ja noch aussuchen wo ich hin gehe. Für das Modell wirds da schon schwieriger

Außerdem wars ja nur Spaß. Mein Gott. Ich fliege ja auch in den Bergen. Also bin stets bemüht da nicht ganz ab zu losen.

Grüße,
Thorsten

 

[dp-air]

"Lastenheft"

"Lastenheft"

Hallo,

auch ich finde dieses Thema sehr spannend.

Ins "Lastenheft" würde ich auch noch folgende Bedingungen aufnehmen:

1. Möglichst geringe "Laminardelle" bei geringen Re-Zahlen und niedrigen CA-Werten, da beim Beschleunigen vom oberen Punkt (Re-Zahl bei 10 m/s und Flügeltiefe 150mm = 105000) der Flieger ja erst einmal mit wenig Fluggeschwindigkeit anfängt.

2. Im Optimalfall, sollte man im F3F nicht "drücken" müssen. Da dies leider nicht immer gelingt, muss das Profil auch moderate negative Auftriebsbeiwerte vertragen. Negativbeispiele sind die "altehrwürdigen" RG15 und MH32. Mit diesen Profilen flog man bei CA <= 0,05 gegen eine Wand. Diese Klassiker waren dafür berüchtigt.

3. Am Hang ist i. d. R. die Luft erheblich turbolenter, als nach einem Hochstart und dem folgenden Speedflug (vgl. F3B). Daher ist bei den Berechnungen ggf. mit einem anderen NCRIT-Wert zu rechnen!

Gruß

Dieter

 

[2small2fail]

Hallo Thorsten,
ich denke wir sind uns letztlich über die verschiedenen möglichen Szenarien mit ihren charakteristischen, über die Zeit unterschiedlichen Geschwindigkeitsverteilungen einig.

Was mich noch interessieren würde: Wie (stark) setzt du bei den Küstenhängen Flaps und Snapflaps in den 30 Sekunden vor dem Einflug in die Strecke ein?

Fliegergruss
Tobias

 

[Tofo]

Hallo Tobias,

sorry ich muss hier nochmal drauf eingehen. Es wäre schade wenn Jochen von falschen Voraussetzungen ausgeht.

"Pumpen" ist ein Spezialfall, falls ein hinreichend starker Gradient im Windfeld des Hanges nutzbar sein sollte.
Es lauern hier wie immer einige Zielkonflikte. U. a. die Sache mit der Masse des Fliegers.

"Kinetische Energie" deshalb, weil diese mit der Laufzeit korreliert ist. Natürlich wird diese in andere Energieformen umgewandelt, im besten Fall nur moduliert (in potentielle Energie umgewandelt und wieder zurück).
Energiezufuhr erfolgt auch während des Laufes in Form von potentieller Energie via "Aufwind" oder kinetischer Energie via "Nutzung eines Windgradienten".
Regelfall ist aber, dass die Einfluggeschwindigkeit deutlich höher als die Geschwindigkeit nach 10 Strecken ist. D. h. die Energiezufuhr ist in der Regel nicht gross genug, um dem Schwinden der kinetischen Energie entgegenzuwirken.Diese pauschale Aussage ist natürlich so nicht zutreffend, denn die Kurvenradien und damit der zurückzulegende Weg werden so grösser. Zielkonflikt!!!

Mit den vielen, nicht immer intuitiv einfach erschliessbaren Zielkonflikten eines F3F-Laufes beschäfftigt sich das Papier von Jean-luc Foucher. Es versucht dies mit (vereinfachenden) numerischen Simulationen und deren Deutung.
Auch wenn ich mich wiederhole: Leseempfehlung!

Das beschreibt einen Flugstil der in 2020 circa an 5 von 18 F3F Wettbewerben funktionieren kann. An den restlichen wird man damit keinen Blumentopf mehr gewinnen.
Jeder der auch nur einen F3F Wettbewerb in den letzen 10 Jahren geflogen ist, wird beim Thema Pumpen und Wind Gradienten nicht von einem Spezialfall sprechen.

Das ist wohl eine Frage der Statistik, die man für sich selbst macht...

Statistisch wird ohne EM-Flugstil bei 3/4 der Wettbewerbe im Jahr keine Top20 Platzierung mehr erreicht.

Grüße,
Thorsten