Horten "wippt" um Querachse

[Frank Ranis]

Hallo,

habe das Profil SG 6041 auch mal durchs Profili gejagt, mit RE 50.000 / 100.000 / 150.000 und 200.000 .
Einmal ohne Turbulator in den Farben schwarz,rot,gün,blau.
Einmal mit Turbulator (Oberseite bei 2%, Unterseite bei 5%) in den Farben orange, pink,grau, lila .

Widerstand:
Der Einbau von Turbulatoren spricht Bände, erst ab RE 150.000 und hohen Ca-Werten ist das Profil ohne Turbulator beim Widerstand besser.
Man könnte ja Ausfahrbare Turbulatoren einbauen, bei einem hohen Ca zieht man sie ein und beim Schnellflug raus damit.

Momente:
Schau ich mir die Momentenkurve an , so ist ein Turbulator bei allen Modellbautypischen-Re-Zahlen angesagt .

Auftrieb:
Ohne Turbulator ergibt sich, so wie ich das sehe, nur im Rückenflug so ab RE 150.000 eine Verbesserung beim Ca.

Nach Punkten hat der Turbulator die Nase vorne, auch wenn das am Modell schei.... aussieht.
Aber was solls, schaut euch mal die Großflieger an , da wird auch mit häßlichen Grenzschichzäunen / Haifischfolien und so nem Schnickschnack rumgetrickst, oder die Vögel, das Gefieder ist auch nicht Aalglatt.

@Walter Ludin (landebahnpflug)
Beim Anstellwinkelnicken sieht es so aus, als ob jemand schnell hintereinader an dem Höhenruder rumzippelt (drücken, ziehen, drücken, ziehen).
Da der Pilot das nicht macht, muß es eine Aerodynamische Ursache haben.
Rund um ein Profil greifen Kräfte an , die Summe all dieser Kräfte erzeugen zum einen einen Auftrieb (ca) und zu zweiten ein Nickmoment (cm).
Wenn man nun ca und cm hernimmt und durch die Druckpunktformel jagt, dann kann man den Druckpunkt (Luftangriffspunkt) für das Profil berechnen, also die Stelle wo die Gesamtkraft angreift.
Durch aufsummieren der lokalen Einzelkräfte und Momente (die diese Kräfte erzeugen) kann man dann den Gesamtdruckpunkt des Flugzeuges berechnen und hat dann für den Auslegungsfall eine Schwerpunktangabe.

Meine Überlegung war folgende:
Wenn einer der beiden Werte (ca oder cm) eine nicht schön gleichmäßige Kurve aufweist (Kurven ohne Turbulator) , sondern extreme Sprünge , dann eiert der Druckpunkt mal nach vorne und mal nach hinten, im schlimmsten Fall geschieht das Ruckartig , je nachdem welcher Anströmwinkel gerade vorhanden ist.
Bei kleinen RE-Zahlen entstehen Strömungszustände rund um das Profil, die die Kontur und damit die Profileigenschaften stark verändern.
Wenn nun der lokale Druckpunkt mal nach vorne und mal nach hinten springt, könnte es zu solchen Phänomenen wie dem Nicken und im schlimmsten Fall zum Flatten kommt (verbiegen , Torsion) .
Der Gesamtdruckpunkt des Flugzeuges wandert dann mit, der eingestellte Schwerpunkt passt dann nicht mehr und das Flugzeug versucht dies durch Nicken auzugleichen.
Die Beschleunigung von Massen spielt dabei dann auch noch mit rein.
Baut man Turbulatoren an , dann wird der Effekt mit den stark welligen Kurven gemindert und die Sprünge in der Druckpunktlage sollten verschwinden oder zumindest geringer ausfallen.

Das war jetzt nur die Theorie und man muß dies mit einem Praxistest untermauern, die Aufgabe von Josef (bimmjo).

Gruß

Frank

 

[kurbel]

Für Re=150.000 würde ich, wenns um Flugleistung geht, die Turbulenz auf der Oberseite bei 60% und an der Unterseite bei 80% erzwingen.
Die Zackenbänder müssten dafür wahrscheinlich noch einige Prozent weiter vorne liegen.

Bei diesem Profil dürfte der Momentenverlauf in der praktischen Anwendung keine große Rolle spielen.
(Bei Nurflügeln wäre das freilich anders.)

BTW, ausfahrbare Turbulatoren gibt es in Form von schaltbaren Ausblasturbulatoren.

Für die Anregung des Wippens bin ich mir nicht sicher, ob die diskutierten Effekte verantwortlich sind.
Fest steht für mich nur, dass es deshalb nur bei Nurflügeln auftritt, weil sie eine besonders geringe Dämpfung um die Querachse haben.
Alles weitere ist bis jetzt Spekulation.

Kurbel

 

[MarkusN]

Schnelles Wippen tritt auch bei Ungepfeilten auf. (Hatte es selbst z.B. bei einem Brettchen.) Flattern (ausser der Ruder die waren da aus 5 mm breitem, weichem Balsa. Dagegen spricht aber, dass es im Langsamflug auftrat.) würde ich da eher ausschliessen. Sieht also nach einem aerodynamisch labilen Zustand aus.

Dass das relativ spezifisch für Nurflügel ist, hat wohl mit den kurzen Hebelarmen zu tun, und dass die Auftriebserzeugende Fläche gleichzeitig den Momentenhaushalt im Gleichgewicht halten muss. Während eine instationäre Ablöseblase bei einem Leitwerkler am Flügel allenfalls akustisch in Erscheinung tritt (Das System ist zu träge, als dass der Effekt zu sichtbaren Änderungen in der Längsneigung führen könnte.) und am Leitwerk den Trimmbereich etwas einschränkt, schlägt sie beim Nurflügler sehr direkt auf die Längsneigung durch.

Edit: Auch wenn das jetzt so aussieht: Das ist keine direkte Antwort auf kurbel, sondern wurde parallel geschrieben.

 

[fireeye]

Andre,
Danke für die Kurven. Der Vergleich mit der Messung zeigt vorab folgendes:

Von 0° bis 10° Anstellwinkel steigt CmAC linear/geradlinig an.
Bei 0°, CmAC=-0,07; bei 10° CmAC=-0,03

Von 0° bis -2°: Anstieg CmAC von -0,07 auf -0,05

Von -2° bis -8° CmAC=0,04, konstant.

Die Wellenlinie im Cm-Verlauf verschwindet erst ab Re~300k.

Später die kompletten Diagramme.
Gruß und tschö wa, Hans.

 

[fireeye]

Hallo Landebahnpflug,
es wäre schön, wenn man Dich mit einem Vornamen anreden könnte.
Sei´s drum, ich versuche die hier diskutierte Problematik einfach darzustellen.
Bei einigen Nuri-Modellen wurde festgestellt, dass sie bei bestimmten Geschwindigkeiten mit der Nase rauf- und runterschwingen. Sie drehen, schwingen um die Querachse. Der Winkel, mit dem der Flügel angeströmt wird, ist einmal positiv und dann negativ. Es entsteht Auftrieb und kurz danach Abtrieb am Flügel.

Eine solche Schwingung nennt man Anstellwinkelschwingung.

Dieses Flugverhalten wurde auch bei Leitwerklern beobachtet. Piloten haben berichtet, dass sie ihr Modell nicht in einen "waagerechten" Horizontalflug trimmen konnten. Entweder flog das Modell runter oder es flog rauf.
Da Leitwerkler fast immer das symmetrische Profil NACA 0009 verwenden und Nuris häufig am Flügelende ebenfalls symmetrische Profile besitzen, wurde hier im Forum vermutet, dass dieses NACA-Profil und andere symmetrischen Profile bei kleinem Anstellwinkel, um Null Grad, nicht weiß, "ob es Auftrieb oder Abtrieb erzeugen soll".

Dieses aerodynamische Verhalten wird als Auftriebsloch bezeichnet, wer´s in Englisch mag, soll oben bei KURBEL nachlesen. Messungen aus den USA, Göttingen/Köln und Stuttgart haben dieses Verhalten bestätigt, allerdings nicht nur bei symmetrischen Profilen.

Es wurde hier vermutet, dass das Auftriebsloch mit einer künstlichen Turbulenz verschwinden würde, das zeigen jedenfalls einige Rechnungen.
Im Augenblick vergleichen wir Rechenergebnisse mit Messungen, um den Einfluß der Turbulenz auf das Auftriebsloch und damit auf die Anstellwinkelschwingung zu klären. Eine endgültige Bewertung steht noch aus.

Nun geht die Geschichte einen Schritt weiter. Alle vorangegangen Betrachtungen bezogen sich nur auf das reine Profil, was auch sinnvoll war, da die Betrachtungen direkt auf Bretter übertagen werden können, die meist duchgehende Profile haben.

Gepfeilte Nuriflügel haben außen meist ein anderes Profil als in der Mitte, zudem sind sie häufig stark geschränkt. Die Folge ist, das je nach Flugsituation an den Flügelhälften Auftrieb und Abtrieb gleichzeitig auftreten. Hinzu kommen jetzt noch verschiedene Momente, auf die ich nicht eingehen will.

Das Problem der Anstellwinkelschwingung ist nur ein Schwingungs-, Flatterproblem an Flugmodellen. Die anderen sind teilweise schon angesprochen worden. Einen guten Eindruck über die Gesamtproblematik geben die Videos aus den USA, siehe Link von KURBEL, Seite 2.

Ich hoffe, Du kannst mit meiner Schilderung etwas anfangen. Die Experten mögen mir die Vereinfachungen und Ungeauigkeiten nachsehen.
Gruß und tschö wa, Hans.

 

[kurbel]

Mir erscheint es wichtig, nochmal darauf hinzuweisen,
dass das 'Wippen' eine Starrkörperbewegung ist,
eine Anstellwinkelschwingung des gesamten Modells ohne elastische Verfomung.
Macht sich eben bemerkbar durch nervöses mehr oder weniger andauerndes leichtes Auf- und Abnicken.

Die für gepfeilte Nurflügel typische Art Flattern ist mit elastischer Verformung verbunden,
nämlich im Wesentlichen einer Durchbiegung des Flügels (längs des Flügels), die mit dem Körperfreiheitsgrad 'Nicken' koppelt.

Diese zwei paar Stiefel sollten wir hier klar auseinanderhalten.

Kurbel

 

[Chrima]

Ich hoffe, Du kannst mit meiner Schilderung etwas anfangen.

Hi Hans
Ja so gehts, ist doch gaanz einfach also...

Ne, vielen Dank, jetzt kann ichs ja auch noch einmal probieren und les es noch einmal durch !

Grüsse
Christian

 

[Gast_7088]

zusammenfassend

zusammenfassend

wenn ich das so mal versuche das ganz zu erfassen redet ihr eigentlich über mehrere Ursachen für die gleiche Beobachtung.

1. Ein Strömungstechnisches Problem ( Ablösungen, Blasenbildung was auch immer)
2. Ein Festigkeitsproblem Fläche "biegt durcht" (hebt senkt die Spitze) dadurch resultiert u.U 1.
3. Ein Festigkeitproblem der Fläche die durch die wirkenden Kräft tordiert und dann quasi Quer oder Höhen Rudereffekte erzeugt
4. oder eine Kombination von Teilem oder allem wobei die Kausalität strittig ist

Mal ne ganz unbedarfte Idee was passiert eigentlich wenn sich im Flug das Profil verändert, weil z.B. eine Beplankung nicht wirklich festgeleimt ist und nicht konstant anliegt ?

 

[MarkusN]

wenn ich das so mal versuche das ganz zu erfassen redet ihr eigentlich über mehrere Ursachen für die gleiche Beobachtung.

Nein, eben nicht. Elastische Verformungen des ganzen Flügels treten IDR bei hohen Geschwindigkeiten auf und sind dann meist katastrophal angefacht. Kleinräumige Verformungen wie Du sie für die Beplankung / Bespannung ansprichst, können einen Anteil haben.

 

[Frank Ranis]

Hallo ,

@Andre (Krubel)
>Die für gepfeilte Nurflügel typische Art Flattern ist mit elastischer Verformung verbunden,
>nämlich im Wesentlichen einer Durchbiegung des Flügels (längs des Flügels), die mit dem Körperfreiheitsgrad 'Nicken' koppelt.
>Diese zwei paar Stiefel sollten wir hier klar auseinanderhalten.
Es könnte aber die gleiche Ursache haben, je nach Steifgkeit der Kostruktion und der Masseverteilung ist das Resultat ein anderes ,einmal gibt es nur ein lästiges Nicken und beim anderen Mal fängt die Struktur an zu schwingen und sich zu verbiegen und im schlimmsten Fall zerlegt sich der Flieger in der Luft.

@Walter Ludin (landebahnpflug)
>Mal ne ganz unbedarfte Idee was passiert eigentlich wenn sich im Flug das Profil verändert, weil z.B. eine Beplankung nicht wirklich festgeleimt ist >und nicht konstant anliegt ?
Davon wollen wir mal nicht ausgehen.
Aber, allein durch die Strömungsvorgänge (Grenzschicht) rund um das Profil wird die Kontur und damit die Eigenschaft des Profiles verändert.
Das sieht man ja ganz deutlich an den Profilpolaren.
Würde es keine Profilveränderung geben (Reibungsfreie Berechnungen ohne Berücksichtigung der Grenzschicht), dann wären die Polaren alle schön linear , beim Auftriebsbeiwert (ca) und auch beim Nickmomentbeiwert (cm) gäbe es nur gerade Linien.
Nur bei sehr großen Re-Zahlen und kleinen Anstellwinkeln kann man das beobachten.
Bei großen Re-Zahlen ist die Grenzschicht dünner und weicht daher weniger stark von der Orginalkontur ab.
Dummerweise fliegen wir mit unseren Modellen ab oft bei sehr kleinen Re-Zahlen und da bleibt von ursprünglichen Profilkontur nicht sehr viel übrig.
Die Aufgabe der Aerodynamiker ist es nun geeignete Mittel und Wege zu finden, diese Grenzschicht so zu manipulieren , dass wir damit leben können und Konturänderungen durch diese Grenzschicht minimiert werden.
Spezielle Profilformen (für den Modellflug wurden solche entwickelt) , Turbulatoren usw. können da helfen, die Effekte bei kleinen Re-Zahlen zu mindern.
Es ist z.B. keine gute Idee, bei ein Skale-Nachbau die Orginalprofile einfach zu verkleinern , diese sind nicht für den Modellflug gedacht.
Da muß man dann schon genau hinsehen, ob ein Profilwechsel angesagt ist, manchmal geht es gut mit dem Orginal, machmal aber auch nicht.

Gruß

Frank

 

[Gast_7088]

Walter

Walter

schweiz. Journalist, Redakteur, Aphoristiker u. Buchautor, geb. 1945
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Die meisten nenen mich "Pflugi" oder "der schwatte" oder kurz Jan.
aber wo ist der Unterschied zwischen einem verteiltem namen oder einem Nick um jemanden anzusprechen...
just my 2 cent

 

[kurbel]

'Der schwatte' gefällt mir.
Klingt auch erdig.

Kurbel

 

[fireeye]

Hallo Andre,
wir sind wohl an einem Punkt, an dem einer die bisherigen Ergebnisse zusammenfassen müßte. Für die "Deutschen" unter uns clustern! Willst Du das nicht überbernehmen?
Ich habe mir gestern die Flattervideos wiederholt angesehen, auch das Video mit den verschiedenen Modes. Man müßte die Videos lansamer laufen lassen, analysieren und in einem größeren größeren Kreis diskutieren, fals eine vergrößerte Betrachtung nicht zu unscharf wird.
Denk´ mal drüber nach. Anfang der nächsten Woche werde ich Dir die Diagramme von SELIG schicken. Vielleicht ist dann der richtige Zeitpunkt für eine Zwischenbilanz.
Gruß und tschö wa, Hans.