Flügelprofil für ein langsam fliegendes Modell

[F1H-NFlyer]

Gewölbte Profile

Gewölbte Profile

Hallo Motorski,
Die Anrede im Forum ist übrigens das Du. Schieß mal nicht so schnell los! Deine Tipps bez. Literatur und den Bautipps finde ich gut, aber die RC-Flieger generell der Unkenntnis über Re-Zahl-Einfluß zu bezichtigen, ist nicht fair; siehe:"Harte Worte..."
Im übrigen sind tragende Höhenleitwerke entgegen deiner Meinung immer noch das Mittel der Wahl im Freiflug. Hier kommt sogar noch das Goe 417a bzw. noch stärker gewölbte Spezialprofile ("Wöbbeking-") zur Anwendung. Hintergrund ist z.B., daß bei Auslösen der Thermikbremse der Druckpunkt des Flügels bei 50%t zu liegen kommt. Die Schwerpunktlage ist dementsprechend um die 50%. Die Trimmung erfolgt dann so, daß das Höhenleitwerksprofil in der Mitte seines Anstellwinkelbereichs arbeitet. Bei kleinen Re-Zahlen haben gewölbte Profile einen größeren Anstellwinkelbereich als symmetrische Profile und einen größeren Auftriebsanstieg sowie einen kleineren Widerstand im Arbeitspunkt. Damit ist die Wirksamkeit erhöht. Eine kleine Einbuße (<2%) an Flügelauftrieb ist allerdings hinzunehmen und die Gierstabilität im Hochstart ist wegen der erforderlichen Schwerpunktrücklage verschlechtert.

Peter

 

[Gast_30958]

Hallo F1H-NFlyer,

hatte leider keine Zeit gehabt, um gleich auf die Ausführungen zu antworten.
Die Aussagen: Druckpunkt des Flügels bei 50% zu liegen kommt", etc. kann ich nicht nachvollziehen, hat das jemand gesehen, hat es jemand vermessen oder gar analytisch abgeleitet? Bei den Modellfliegern werden schnell Aussagen getroffen, die in den meisten Fällen physikalisch nicht untermauert werden können. Ich bleibe dabei, die meisten Modellflieger haben leider unzureichende Kenntnisse bezüglich kleiner Re-Zahlen. Das liegt auch daran, daß leider (auch viele Freiflieger) fertige Flugmodelle kaufen (ARF), so dass keine Zeit übrig bleibt, sich mit dem theoretischen Schrifttum auseinander zu setzen.

Motorski

 

[F1H-NFlyer]

Hallo Motorski,
Die Geschichte mit dem Druckpunkt bei 50% tm ist ganz einfach herzuleiten. Bei 90° Anstellwinkel (Sackflug) befindet sich der Druckpunkt des Flügels im Mittelpunkt, weil die Umströmung dann symmetrisch um diesen ist. Probiers mal mit einem Stück Papier. Ich denke mal, daß die nicht ausreichende Beschäftigung mit der Theorie auch an der, meist unzureichenden Didaktik und, wie mir´s passiert ist, auch an falscher Darstellung der Zusammenhänge liegt. Das Fliegen macht ja auch mehr Spaß und der kommt ja auch dank der ARF- und EPP-Welle nicht zu kurz.

Peter

 

[Gast_30958]

Hallo F1H-NFlyer,

so ganz kann ich immer noch nicht Deinen Ausführungen folgen, weil gleichzeitig der Sackflug mit Thermikbremse
und dann der Gleitflug beschrieben wird. Das mit dem 50% Druckpunkt des Tragflügels
im Sackflug (mit Thermikbremse) ist so weit in Ordnung, was den Schwerpunkt betrifft, so bleibt er im Gleit-
und im Sackflug an der gleichen Stelle. Jetzt stellt sich die Frage, wie das Höhenleitwerk
(nach dem Auslösen der Thermikbremse) arbeitet. Das ist zunächst abhängig von dem Ausschlagwinkel
des Höhenleitwerks (meistens bei ca. 45° zur Rumpfachse); wird er deutlich größer kann durchaus Auftrieb durch
die Anströmung am Höhenleitwerk entstehen und einen kleinen Vortrieb am Modell erzeugen; wird er deutlich kleiner wird das
Modell meistens "pumpen". Viele Modelle rotieren nach dem Auslösen der Thermikbremse um die Hochachse (Autorotation),
so daß zum Teil Auftriebszonen am Tragflügel entstehen können. Ich habe bereits zu Beginn der 80er Jahre mit verschiedenen
Höhenleitwerken bei Wakefield-Modellen experimentiert: Profile gewölbt, halb- und symmetrisch, verschiedene Streckungen
und Höhenleitwerksflächen. Dabei habe ich die Leitwerke bis auf 1,6 dm² verkleinert (Profil: ähnlich "ebene Platte"), Schwerpunkt bei etwa
40-45%. Der Steig- und Gleitflug waren gut, aber bei stärkerer Thermik flogen die Modelle meistens (mit Thermikbremse) davon...
Mit 2,4 dm² Höhenleitwerksfläche (fast symmetrisches Profil) habe ich dann einen guten Kompromiss für alle Flugzustände herausgefunden.
Betrachtet man die Entwicklung der Freiflugmodelle der letzten Jahre, so geht eindeutig die Tendenz zu kleineren, "symmetrischeren" Höhenleitwerken.
Das wurde bereits in den 70er Jahren ausführlich in dem DDR-Buch "Modellflug in Theorie und Praxis" von Schulze/Löffler/Zenker
diskutiert. Bereits vor 60 (!) Jahren hat es auch F.W. Schmitz in seiner Veröffentlichung beschrieben.
Egal welche Höhenleitwerke die Modellflieger verwenden; Hauptsache, es wird noch viel experimentiert.
"Der Windkanal des Freifliegers ist die freie Luft"

Gruß

Motorski

 

[flieger-ralf]

Diesen thread sollte man schließen - Wenn ich selber baue, brauche ich 400 Stunden für ein F1A-Modell, wenn ich es fertig kaufe, habe ich natürlich keine Zeit, mich mit der Theorie zu beschäftigen, außer den 400 Stunden, die ich einsparen würde!!!!!
Die Tendenz zu kleiner symmetrischeren Höhenleitwerken konnte ich bisher nicht feststellen. Es fliegt auch niemand mehr mit symmetrischem Leitwerksprofil oder mit der gewölben Platte- jedenfalls nicht im Freiflug.
Wo die Leute das alles her haben .........

flieger-ralf

 

[Bernhard_2nd]

Hallo zusammen,

ich bedanke mich noch mal bei eurer Diskussion. Insbesondere das Buch "Aerodynamik des Flugmodells" versuche ich einmal aufzutreiben.

Leider fing das Jahr für mich mit vielen Überstunden an, so dass ich kaum Zeit hatte mich meinem neuen Hobby zu widmen .
Ich möchte die Bauphase noch etwas herausschieben, da ich nicht auf gut Glück bauen will, sondern die Physik dahinter verstehen will (die interessiert mich mittlerweile umso mehr).

Hier im Wiki habe ich schon einiges gelesen und gelernt. Zwei Fragen konnte ich mir aber dennoch nicht beanworten, da brauche ich vermutlich eure Hilfe:
1. Frage:
Zur Berechnung von Kräften am Flügel benötigt man den Auftriebs- bzw. Widerstandsbeiwert. Diese hängen nach dem Wiki-Artikel von der Flügelgeometrie bzw. dem Profil und der Flügelanstellung ab und werden in einem Diagramm ("Polare") aufgetragen. Wie kann man beispielsweise für das Goe417 Profil (oder ein anderes) diese Beiwerte für konkrete Berechnungen ablesen?

2. Frage:
Um den induzierten Widerstand zu reduzieren, soll man Flügel mit hohen Streckungen verwenden. Gleichzeitig verschlechtern sich mit steigenden Streckungen die Re-Zahlen. Gibt es bei dieser gegenläufigen Bewegung eine Art "Break-Even-Punkt"? Welche Streckung hat sich in der Praxis (für meinen Anwendungsfall - kleine, leichte Flieger) besonders bewährt?

Ich würde mich freuen, wenn Ihr mir meine Fragen beantworten könnten.

Vielen Dank & Grüße,
euer Bernhard.

 

[MarkusN]

Wie kann man beispielsweise für das Goe417 Profil (oder ein anderes) diese Beiwerte für konkrete Berechnungen ablesen?

Die Frage verstehe ich nicht ganz. Wie man die Werte aus dem Diagramm liest, ist klar, nehme ich an. Die Polaren zu bekommen ist nicht immer einfach, aber für das Goe417a gibt es sie z.B. als gemessene Polaren im von Dir erwähnten Buch. Ob allerdings für Zimmerflug-Re-Zahlen... Dann berechnet man aus der Profilpolaren und den Zusatzwiderständen eine Flugzeugploare. Dazu nimmst Du einen Punkt auf der Profilpolare, und rechnest die verschiedenen Korrekturen dazu (Induzierter Anstellwinkel, Induzierter Widerstand, Rumpfwiderstand, etc. pp.) Das für ein paar Punkte der Profilpolare ergibt dann die Flugzeugpolare. Da Konstruktionsentscheidungen Einfluss darauf haben, ist das ganze IDR ein iterativer Prozess: Design festlegen, Leistung abschätzen, korrigieren.

Aber ehrlich: Bei Zimmerflug ist Hands On wahrscheinlich die bessere Methode: Theoretisch abschätzen, welche Design Features gut sein könnten, und dann einfach mal probieren.

Um den induzierten Widerstand zu reduzieren, soll man Flügel mit hohen Streckungen verwenden. Gleichzeitig verschlechtern sich mit steigenden Streckungen die Re-Zahlen. Gibt es bei dieser gegenläufigen Bewegung eine Art "Break-Even-Punkt"? Welche Streckung hat sich in der Praxis (für meinen Anwendungsfall - kleine, leichte Flieger) besonders bewährt?

Dazu orientierst Du Dich am besten an erfolgreichen Designs (z.B. Saalflugmodelle) für solche Kleinstflugzeuge landest Du wahrscheinlich irgendwo bei 6..8.


Noch ein Tip: http://www.whitewings.com/
Das Buch geht auch auf Aerodynamik etwas ein und enthält wirklich gute Konstruktionen.

 

[Gast_30958]

Hallo flieger-ralf,

Zitat:
"Wo die Leute das alles her haben ........."

Antwort: Aus dem Vergleich von Freiflugmodellen der letzten 40-50 Jahre.......
Man braucht dazu etwas Zeit und die Baupläne aus den Freiflug-Zeitschriften, z.B. Thermiksense, Vol Libre, Aero Modellerer Annual, F.Zaic Year Books etc.
F1A Klasse:
Die Höhenletwerke sind kleiner geworden, die Profile der Höhenleitwerke sind zwar nicht ganz symmetrisch, aber die Wölbung ist kleiner geworden.
Man schaut sich nur beispielsweise die Entwicklung der Modelle von S. Makarov an;
Das letzte Modell (Weltmeister 2009, Thermiksense 4/2009) hat ein sehr kleines Höhenleitwerk von nur 3,42 dm². Das wäre schon etwa die Größe von älteren F1B Modellen. Das Profil zu diesem Leitwerk wurde leider nicht abgebildet.

F1B-Klasse:
Auch hier sind die Höhenleitwerke kleiner geworden, für die Profile gilt das gleiche wie bereits oben beschrieben.

F1C-Klasse:
Dito.
Dazu die Streckungen und die Größe der Tragflügel steigend, weil keine Flächenbegrenzung wie bei F1A und F1B.
Übrigns: B. Gieskieng jr. (USA) baute ca. 1978 einen F1C-Flapper (!) mit einem symmetrischen Höhenleitwerk. Den Plan dazu gibt es im Aeromodeller Annual 1978-79, Seite 27. Ein wirklich modernes, innovatives F1C-Flugmodell auch für unsere Zeit!

Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, daß die Herstellung symmetrischer Höhenleitwerke schwieriger ist, weil eine ebene Unterseite fehlt. Wahrscheinlich ist das einer der Gründe, weshalb die Freiflieger diese Bauweise nicht einsetzen. Ich habe das bei meinen F1B Flugmodellen so umgangen, saß ich etwa 2/3 der Unterseite bis zur Austrittskante eben gestaltete, die Nase des Profils ca. 2% nach oben angehoben hatte. und die Oberseite des Profils leicht gekrümmt oder eben gestaltete. Ca. 1/4-1/3 des Profils von der Eintrittskante aus gemessen war profiliert. Beispiel F1B:
Leitwerksgröße: 2,4 dm², Gewicht: 2 g, Profil symmetrisch (oder fast symmetrisch),
Schwerpunkt 40-50%, abhängig von der Auslegung.
Luftschraube: D=700, H= 920-960, Schmallblatt, zwei Propellerblätter.

Wer die Möglichkeit hat, ältere Freiflugzeitschriften zu lesen, der sollte es tun, es lohnt sich.

Gruß

Motorski

 

[Bernhard_2nd]

Hallo Markus,

Die Frage verstehe ich nicht ganz. Wie man die Werte aus dem Diagramm liest, ist klar, nehme ich an. Die Polaren zu bekommen ist nicht immer einfach, aber für das Goe417a gibt es sie z.B. als gemessene Polaren im von Dir erwähnten Buch. Ob allerdings für Zimmerflug-Re-Zahlen... Dann berechnet man aus der Profilpolaren und den Zusatzwiderständen eine Flugzeugploare. Dazu nimmst Du einen Punkt auf der Profilpolare, und rechnest die verschiedenen Korrekturen dazu (Induzierter Anstellwinkel, Induzierter Widerstand, Rumpfwiderstand, etc. pp.) Das für ein paar Punkte der Profilpolare ergibt dann die Flugzeugpolare. Da Konstruktionsentscheidungen Einfluss darauf haben, ist das ganze IDR ein iterativer Prozess: Design festlegen, Leistung abschätzen, korrigieren.

Der Aufbau des Diagramms ist eigentlich klar, das stimmt. Das erste Problem ist tatsächlich die Polaren erst einmal zu bekommen. Leider gibt es das Buch in allen Bibliotheken im Umeld nicht mehr, vielleicht ist es einfach zu alt. Ich werde da wahrscheinlich noch etwas googlen müssen, um ein Polar-Diagramm zu finden.
Aber mal angenommen, ich habe die Polare vor mir liegen. Wenn ich beipsielsweise die Auftriebs- und Widerstandskraft berechnen wollte, hilft das Polaren-Diagramm, in dem ja cw über ca aufgetragen ist, noch nicht all zu viel. Ich brauche ja ein konkretes Wertepaar für die Beiwerte ca und cw, um die Kräfte zu berechnen. Das Diagramm liefert aber nur einen Beiwert, wenn ich den anderen vorgebe.
Daher bin ich noch etwas unschlüssig, wie ich da nun weitermachen kann.

(Mir ist klar, dass Ausprobieren wahrscheinlich schneller zum Erfolg führt. Aber ich derzeit auch an der Physik interessiert.)

Viele Grüße,
Bernhard.

 

[MarkusN]

Das Diagramm liefert aber nur einen Beiwert, wenn ich den anderen vorgebe.

Genau. Vorgeben tut man normalerweise ca. Denn das bestimmt die Fluggeschwindigkeit. Die Fragestellung ist also z.B.: "Wie sind die Leistungen bei 6.5 m/s?"

Hast Du dann die Flugzeugpolare, kann man weitere Fragen stellen: "Bei welcher Geschwindigkeit habe ich die maximale Gleitzahl?" "Wie hoch ist diese?" Dito für die niedrigste Sinkgeschwindigkeit, die Mindestgeschwindigkeit u.ä.

Polarendaten bekommst Du z.B. bei der University of Illinois, M. Selig:

http://www.ae.illinois.edu/m-selig/uiuc_lsat/products.html

Die Polare für das Goe417a könnte ich Dir scannen.


In einer Volksbibliothek wirst Du das Buch kaum finden, da zu speziell. Über die Universitätsbibliotheken müsste es aber zu beschaffen sein. Käuflich ist es auch wieder.

 

[Gast_30958]

Hallo Bernhard_2nd,

Das gesuchte Buch "Aerodynamik des Flugmodells" von F.W. Schmitz, Tragflügelmessungen I+II wird zur Zeit
bei ebay (gebraucht) für ca. 30 Euro angeboten. Darüberhinaus kann man es auch im Internetantiquariat bei ZVAB.com
erwerben, dort sind zur Zeit einige Angebote enthalten. Dort findet man auch zahlreiche andere vergriffene Bücher.
Man sollte aber immer die Preise im Internet vergleichen.

Für sehr klene Re-Zahlen (bis auf 1000) gibt es einige Polaren in dem amerikanischen Buch der AIAA:
"FIXED AND FLAPPING WING AERODYNAMICS FOR MICRO AIR VEHICLE APPLICATIONS"
Edited by Thomas J. Mueller. Man kann es bestellen z.B. über Amazon.

Empfehlenswert ist auch das Buch: "INSEKTENFLUG" von W. Nachtigall, Springer-Verlag,
Es gibt davon jede Menge als Neuauflage.

Ich bezweifle aber, das man die in den Büchern dokumentierten Tragflügel-Profile exakt baulich in der Praxis umsetzen kann,
Man kann sich aber an den Profilformen orientieren und mit Depronplatten und Balsabrettchen experimentieren, damit kommt
man schneller zum Erfolg. Man kann wie bereits beschrieben, die Platten etwas anschleifen und dann geringfügig biegen, fertig.

Mein Vorschlag für den Anfang wäre:

Tragflügel Rechteck: Depron 3mm, 100x400 (oder 500) mm, Nasenleiste aus einer 3x3 Balsaleiste, in der Mitte mit Kartunstreifen verstärkt,
leichte V-Form,
Höhenleitwerk (+Seitenleitwerk 40x60) Rechteck: Balsaplatte 0,6-1 mm, 50x150 mm, Die Ecken kann man leich kappen oder abrunden,
Rumpf: Balsabrett 3-5 mm oder Balsaleiste mittelhart 5x10 etwa 500mm lang, zum Leitwerk verjüngt,
Trimmknetmasse an der Nase.
Fertig
Gewicht etwa 15-30g

Viel Spaß

Motorski