Flächenauslegung mit FLZ Vortex

Hallo an euch alle,

Wie soviele andere ModellBAUER versuche ich im Moment, Flächenauslegungen selber mittels PC zu entwerfen. Ich bin gerade dabei, einen 1,5m Hangsegler zu konstruieren und habe mich dabei an Vortex versucht. Eins vorweg, ein klasses Programm wenn man sich mal ein bisschen damit auskennt.

Ich bitte euch darum, mir mal bitte ein bisschen beizustehen und mir eventuelle Fehler zu berichten. Es gibt ja sooo viel einzustellen.
Im Moment glaube ich, alles richtig eingestellt zu haben. Bis auf eins weis ich nicht genau: Im Bereich "Flügel" kann man ja die EWD einstellen bei "Bezugspunkt für Profiltiefe in %" .Was soll ich da bei der Fläche und was soll ich beim Höhenruder eingeben, wenn ich zb 1° EWD haben möchte?

Hier sind mal meine Ergebnisse, ich finde, es schaut schon mal recht gut aus:
Blau die lokale RE-Zahl und rot die Zirkulationsstäre


Der lokale Auftriebsbeiwert, der ja wenn möglich konstant sein soll:


Und der induzierte Widerstand/Anstellwinkel:



Für Anregungen,Beschwerden, Allfälliges hab ich immer ein Ohr offen,

Danke
Peter
 

Prop-er

User
Hallo Peter,

Ich habe auch mit FLZ Vortex versucht einiges zu berechnen.

Haben Sie auch die Tutorial von der Site von Frank Ranis bekommen?

http://freenet-homepage.de/frankranis/Vortex_Tutorial.pdf

Am Seite 16 steht:

EWD
Die Eingabe einer EWD im klassischen Sinn sucht man jedoch vergebens. Der Grund ist, dass FLZVortex
jede Fläche gleichwertig behandelt – wie die Luftteilchen ja auch. Das bedeutet aber, dass
eine EWD prinzipiell zwischen allen Flächen gemessen werden kann. FLZ-Vortex bezieht also den
Winkel der Flächen nicht aufeinander, sondern jede Fläche auf die Anströmungsrichtung. Da jeder
Fläche ein Anstellwinkel vorgegeben werden kann, ist die EWD zwischen zwei Flächen eben die
Differenz ihrer Winkel.
Hoffentlich hilft das Sie weiter.

Vincent
 
Hallo Peter,

wenn sich dein Flieger im Auslegungszustand befindet (ohne Klappenausschlag) wäre es ja schön , wenn der Rumpf nicht wie ein Pflaume in der Luft hängt , sondern schön gerade in Flugrichtung zeigt.
Nimm also die Rumpfaches als gedachte Konstruktionslinie, die sich passend zum Anstellwinkel des Flugzeuges ändert.
Steht also in der Auslegungsrechnung 0Grad Anstellwinkel hat der Rumpf auch 0 Grad , steht hier 5 Grad ist es beim Rumpf ebenso.

Ausgehend von dieser Achse stellst Du nun für jeden Flügel (Tragfläche, HLW usw.) den Einstellwinkel in der Registerkarte Flügel/Wurzel/Winkel/Einstellwinkel ein.
Die Einstellwinkel sollten dann natürlich so auf Flügel und Höhenleitwerk verteilt sein, dass sich der Anstellwinkel (bezogen auf die Rumpfachse) etwa bei 0 Grad einpendelt.

Mit folgender Methode kann man sich Schrittweise an die passende EWD heranntasten .
1)Also erst mal die Geometrie eingeben und alle Einstellwinkel der Flächen auf 0 setzten.
2)Dann in die Registerkarte Auslegungsberechnungen gehen und ein Stabilitätsmaß vorgeben z.B. 20 % und rechnen lassen.
Es ergibt sich eine Schwerpunktlage für das gewünschte Stabimaß.
3) Nun den Schwerpunkt fixieren.
4) Den Einstellwinkel einer Fläche (z.B. den des Flügels) solange ändern, bis sich das gewünschte Auslegungs-CA oder die gewünschte Fluggeschwindigkeit einstellt.
In der Regel wird nun der Anstellwinkel (in der Auslegungsberechnung) von 0 Grad abweichen.
Dieser Anstellwinkel bezieht sich aber auf unser Rumpflängsachse und diese soll ja 0 Grad sein, damit der Rumpf schön gerade liegt.
5)Den unter 4) eingegebenen Einstellwinkel nun so auf den Flügel und das HLW aufteilen , bis sich bei der Auslegungsberechnung ein Anstellwinkel von etwa 0 Grad einpendelt.

Wenn das geschafft ist, hast Du Grundauslegung für deinen Flieger erledigt.
Nun kannst Du weitere Untersuchungen durchführen, z.B. schauen wir er auf die Höhenruder, oder auf Wölbklappen reagiert und bei welchem Ausschlag das CA-max erreicht wird .
Beim Rumspielen mit den Klappen sollte dann immer der Schwerpunkt fixiert sein, denn dieser ändert sich in der Regel im Flug nicht (es sei denn , man hat einen Masseschlitten eingebaut, oder es löst sich ein Bauteil, oder der Tank eines Verbrennerflugzeuges ist an der falschen Stelle eingebaut).

Gruß

Frank
 
Hallo Vincent, hallo Frank!

ich danke euch schon für eure Antworten!

@Vincent: Das Tutorial kenn ich schon, danke

@Frank: DANKE, Du hast mir sehr geholfen, das bringt mich um einiges weiter.
Dann werde ich das mal so durchgehen und die Ergebnisse posten.

Vielleicht könntest du mir dann mal kurz drüber schauen, ob die Diagramme passen.

DANKE,
Peter
 
Hallo,
ich spiele mal wieder mit FLZ Vortex herum und bin dabei auf diesen Thread gestoßen.
Das von Frank beschriebene Kochrezept finde ich erstmal sehr gut:
Mit folgender Methode kann man sich Schrittweise an die passende EWD heranntasten .
1)Also erst mal die Geometrie eingeben und alle Einstellwinkel der Flächen auf 0 setzten.
2)Dann in die Registerkarte Auslegungsberechnungen gehen und ein Stabilitätsmaß vorgeben z.B. 20 % und rechnen lassen.
Es ergibt sich eine Schwerpunktlage für das gewünschte Stabimaß.
3) Nun den Schwerpunkt fixieren.
4) Den Einstellwinkel einer Fläche (z.B. den des Flügels) solange ändern, bis sich das gewünschte Auslegungs-CA oder die gewünschte Fluggeschwindigkeit einstellt.
In der Regel wird nun der Anstellwinkel (in der Auslegungsberechnung) von 0 Grad abweichen.
Dieser Anstellwinkel bezieht sich aber auf unser Rumpflängsachse und diese soll ja 0 Grad sein, damit der Rumpf schön gerade liegt.
5)Den unter 4) eingegebenen Einstellwinkel nun so auf den Flügel und das HLW aufteilen , bis sich bei der Auslegungsberechnung ein Anstellwinkel von etwa 0 Grad einpendelt.

Wenn das geschafft ist, hast Du Grundauslegung für deinen Flieger erledigt.
Zusätzlich habe ich mir auch das Tutorial durchgelesen. In dem Tutorial steht z.B., dass man für leichte Thermik ein Sinken von <0.5m/sek erreichen sollte.

Nun zu meinem Problem: Ich erhalte mit einer einfachen Clark-Y-Tragfläche (mit zwei Ohren, 8°-V-Form je Ohr) kaum vernünftige Werte. Angefangen habe ich mit einem 1m-breiten Mittelstück, Flächentiefe 25cm und zwei Ohren mit jeweils 50cm Länge, die in der Tiefe von 25cm auf 15cm auslaufen.
In der Summe ergibt das einen 2m-Tragflügel.
Mit der obigen Anleitung erhalte ich zwar einen plausiblen Schwerpunkt bei ca. 8cm Flächentiefe (das klassische 1/3 bei Clark-Y), komme aber keinesfalls unter 0.5m/sek Sinken. Ich hätte gedacht, dass dies mit einem Clark-Y-Thermikschleicher möglich sein müßte... so rein vom Gefühl her?!

Dann habe ich die Streckung erhöht (nur noch 20cm Flächentiefe) und die Ohren auf 10cm auslaufen lassen.
Der Schwerpunkt wandert dann bei Festlegung des Stabilitätsmaßes auf sagenhafte 14.7cm?! Den kann ich doch dort nicht "fixieren"?
Warum ist der soweit hinten bei einem Clark-Y-Profil? Wieso ist der nur durch eine höhere Streckung so extrem gewandert?

Anbei mal ein Screenshot und die Datei.

Grüße
Heiko
 

Anhänge

Hallo Heiko,

ich habe mir dein File mal angeschaut.

Das Profil ist für die Lage des Schwer- und Neutralpunktes zweitrangig.
Wichtig ist die Geometrie des Grundrisses.

Bei deinem Ersten Versuch hast Du eine plausibele Schwerpunktlage gerechnet, ca. 8cm Flächentiefe hinter der Wurzelnase der Hauptfläche.

Dann hast Du die Profiltiefen jeweils um 5cm geändert.
Als Bezugspunkt hast Du hierfür die Endleiste der Tragfläche benutzt (100%), also ist beim neuen Flügel überall die Nasenleiste um 5cm nach hinten gerückt.

Im ersten Versuch lag der Konstruktionsnullpunkt an der Wurzelnase (in der 3D-Grafik ist dieser Punkt ZP als Würfel sichtbar).

Im Zweiten Versuch liegt dieser Konstruktionsnullpunkt aber 5cm vor der Wurzelnase, weil Du ja die Flügelnase nach hinten gerückt hast.

Alle Positionsangaben (Schwerpunkt, Neutralpunkt, Position der Flügel) werden aber von Konstruktionsnullpunkt aus angegeben.

Der von dir berechnete Schwerpunkt 14.7cm ist relativ zur Wurzelnase nun 14.7cm - 5cm = 9.7cm und somit wieder plausibel

Im FLZ_Vortex ist es also schnurz, wohin man den Konstruktionsnullpunkt ZP legt.
Der kann auch 1,5km vor oder hinter dem Flugzeug liegen.
Man muß nur alle Maße auf diesen Punkt beziehen.

Zweites Thema, Sinkgeschwindigkeit vs:

Du scheibst.

>>
Mit der obigen Anleitung erhalte ich zwar einen plausiblen Schwerpunkt bei ca. 8cm Flächentiefe (das klassische 1/3 bei Clark-Y), komme aber keinesfalls unter 0.5m/sek Sinken. Ich hätte gedacht, dass dies mit einem Clark-Y-Thermikschleicher möglich sein müßte... so rein vom Gefühl her?!
<<

Bei deinem zweiten Versuch mit 200mm Wurzeltiefe und der 1/3 Daumenregel müßte der Schwerpunkt bei 0,117m hinter dem Konstruktionsnullpunkt liegen.

Also tragen wir diesen Wert mal in die Eingabezeile für den schwerpunkt ein und rechnen.
Wird wohl fliegen das Teil aber die Ergebnisse sind weniger als bescheiden.
Auslegungs-CA=0,18828
Gleitzahl=12,85
Sinkgeschwindigkeit=1,28m/s
Das Stabimaß ist mit 33,4% auch viel zu groß.

Probieren wir also erst mal was anderes um einmal grob abzustecken was der Flieger so hergibt.
Geh mal in die Karte Gesamtpolaren berechnen und hier auf Anstellwinkel-Berechnung.
Bei Anstellwinkel Start gibts Du 0°, bei Anstellwinkel Ende 10° und bei Anzahl Schritte 10 ein.
Dann die Berechnung starten.
Das Programm berechnet nun stur die Anstellwinkel von 0-10° in 1° Schritten durch.
Klick dann den Button 'Gesamtpolaren anzeigen'.

Er erscheint folgende Tabelle.
Habe mal nur Alfa, CA, Sinkgeschwindigkeit, Gleitzahl aufgetragen.
[ANSTELLWINKELBERECHNUNG]

alpha[°] CA vs[m/s] E Info
0,00000 0,25046 0,92842 15,33930
1,00000 0,33668 0,68835 17,84442
2,00000 0,42294 0,58518 18,72800
3,00000 0,50922 0,53718 18,59297
4,00000 0,59550 0,49699 18,58382
5,00000 0,68174 0,48904 17,65090
6,00000 0,76793 0,47888 16,98387
7,00000 0,85405 0,46311 16,65313
8,00000 0,94006 0,38218 19,23453
9,00000 1,02594 0,36352 19,35678 Flügel 0 Ablösungen oben 11,4%,
10,00000 1,11167 0,35911 18,82381 Flügel 0 Ablösungen oben 93,6%,
[POLAR ENDE]

Schaut man sich die Sinkgeschwindigkeiten an, so bekommt man erst ab einen CA von etwa 0,6 einen vs-Wert, der unter 0,5m/s liegt.
Die Gleitzahl liegt dann bei etwa 18.
Geht man mit dem CA höher, dann gibt es einen Gleitzahleinbruch, dieser wird durch Laminare Ablöseblasen verursacht und läßt sich nur durch gute Platzierung von Turbulatoren beseitigen.
Oberhalb von CA 0,94 ergeben sich die ersten Strömungablösungen.

Ich denke mal mit einem Auslegungs-CA von 0,5 - 0,6 wäre es einen Versuch wert.
Dann hat man nach oben und unten genug Luft zu trimmen per Klappen.

Wir gehen also in die Karte 'Auslegungsberechnung' zurück und tippen mal ein CA=0,6 ein.
Dann rechnen lassen.

Auslegungs-CA=0,6
Gleitzahl=18,46
Sinkgeschwindigkeit=0,498m/s
Das Stabimaß 10,4%, könnte noch ein wenig größer sein.

Um das Stabimaß für CA=0,6 etwas höher zu bekommen, verändern wir ein wenig die EWD.
Dazu stelle ich für den Flügel einen Einstellwinkel von 0,8° ein.

Rechnen lassen für CA=0,6.

Resultat:
CA=0,6
Stabi=15,64%
Schwerpunkt=0,14982m hinter dem Konstuktionsnullpunkt = 0,09982m = 9,982cm hinter der Wurzelnase.
Geschindigkeit=9,2m/s = 33,12km/h

Für weiter Untersuchungen mit den Höhenruder z.B. den Schwerpunkt nun bei fixiertem Schwerpunkt 0,14982m fixieren.
Die EWD ist nun 0,8° , Einstellwinkel Fläche 0,8°, HLW 0°.

Habe dem Höhenleitwerk noch ein paar Panels in Spannweitenrichtung verpasst, damit die Kräfteverteilung besser gerechnet wird.

So nun kannste weitermachen, noch ein wenig fummeln und dann bauen und berichten.

Gruß

Frank

PS: das modifizierte File im Anhang.

Anhang anzeigen SF_1_modFR.flz
 
Hallo Frank!

Vorweg: Ich habe leider noch keine Zeit gefunden, mich mal intensiv (2-3h) mit der Sache zu beschäftigen. Das zeigt m.E. aber auch, dass die Software ohne ein gewisses Grundverständnis, welches ich offensichtlich noch nicht habe, eher schwer zu bedienen ist.

Das Profil ist für die Lage des Schwer- und Neutralpunktes zweitrangig.
Wichtig ist die Geometrie des Grundrisses.
Was ist denn da in erster Linie ausschlaggebend?

Alle Positionsangaben (Schwerpunkt, Neutralpunkt, Position der Flügel) werden aber von Konstruktionsnullpunkt aus angegeben.
Aaaargh... :rolleyes:
Das habe ich übersehen. Dann sind die Ergebnisse natürlich wieder plausibel.

So nun kannste weitermachen, noch ein wenig fummeln und dann bauen und berichten.
Danke Dir für Deine Mühe. Aber ich merke schon, dass ich da nicht so schnell mit klarkommen werde.
Ich hab's immer mal wieder mit Vortex probiert, kann aber selten mit den Ergebnissen etwas anfangen bzw. weiß ich oft nicht, was ich wo drehen muß.
Mir fehlen da offensichtlich noch die Grundlagen, die ich mir erst anlesen muß. Ich werde nun erstmal wieder einen Schritt zurück machen und versuchen, meinen Telemaster in Vortex nachzurechnen. An dem kann ich EWD und SP messen und das Ergebnis von Vortex sollte dann auch wiedergeben, wie das Modell in etwa fliegt.

Da das Interesse hier eher gering scheint, werde ich das vermutlich dann eher hier posten.

Grüße und nochmals vielen Dank!
Heiko
 
Problem mit FLZ Vortex

Problem mit FLZ Vortex

Hallo,
ich habe ein Problem mit den Iterationsschritten in FLZ Vortex.
Hat jemand Zeit mir da kurz zu helfen?

Alfred
 
Problem mit FLZ Vortex

Problem mit FLZ Vortex

Hallo,
mein Problem ist folgendes:
Wenn das HLW genau im Nachlauf der Tragflächenströmung liegt, dann steigt die Polarenrechnung für gewisse HLW-Winkel aus.
Um aber die Rechnung abzuschliessen habe ich das HLW nach oben verschoben, aus dem Strömungsbereich heraus. Dann erfasst die Rechnung aber nicht die störenden Wirbel von der Tragfläche.
Wird das Ergebnis hierdurch stark verfälscht?

Danke
Alfred
 
Wenn das HLW genau im Nachlauf der Tragflächenströmung liegt, dann steigt die Polarenrechnung für gewisse HLW-Winkel aus.
Um aber die Rechnung abzuschliessen habe ich das HLW nach oben verschoben, aus dem Strömungsbereich heraus. Dann erfasst die Rechnung aber nicht die störenden Wirbel von der Tragfläche.
Wird das Ergebnis hierdurch stark verfälscht?
Sollte eigentlich nicht. Mach eine Kontrollrechnung für die Winkel, wo die Rechnung druchläuft. Wenn sich die Resultate nicht stark unterscheiden, bist Du safe.

Eigentlich ändert sich der Abwindwinkel am HLW mit geänderter Höhenstaffelung nur wenig. Und den direkten Turbulenzeinfluss durch die abfliessenden Wirbel (also z.B. Grenzschichtbeeinflussung) kann Vortex AFAIK nicht berücksichtigen. (Wohl aber die makroskopischen Einflüsse durch das Wirbelfeld, eben den Abwind. Das hat Einfluss auf den Netralpunkt (damit das Stabilitätsmass) und den Anströmwinkel am HLW.)
 
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