Motorisierten Flug im Nürflügel von Ranis simulieren

[Dennis Schulte Renger]

Hallo Zusammen,

Ich beschäftige mich gerade nach langer langer Zeit wieder mit Nurflügeln bzw. mit aerodynamischer Auslegung

Dazu spiele ich gerade mit dem Nürflügelprogramm von Ranis rum und versuche zu verstehe was dort passiert.

Eine grundlegende Frage dazu. Bitte verzeiht, meine vielleicht dummen Fragen.
Ich bin ein ordentlicher Mechaniker (hoffe ich), aber leider kein Aerodynamiker. Hatte zwar Strömungslehre im Studium, aber leider nicht tief genug für sowas. Da es mich immer sehr geärgert hat, dass ich meist (nicht immer) auf fremde Hilfe bei der aerodynamische Auslegung angewiesen war, möchte ich mich nun tiefer damit beschäftigen.

Das Programm simuliert ja einen Flügel im Segelflug.
Ich halte das Stabilitätsmaß fest (10%) und es ergibt sich, bei gegebenen Gewicht, ein Flügelanstellwinkel, ein Ca und eine zugehörige Geschwindigkeit.
Soweit ich das verstehe, ist das quasi der stationäre Segelflug.

Wie simuliert man nun einen angetrieben Flügel?

Sagen wir es ergeben sich folgende Werte für einen Beispielflügel (ein völlig imaginärer Flügel ohne Bezug auf ein geplantes Projekt natürlich )

Anstellwinkel: 3,7°
Ca: 0,23
Stabilitätsmaß: 10% (festgehalten)
Geschwindigkeit: 19,5 m/s

Nun ist mein laienhaftes Verständis, wenn ich diesen Flügel einen Motor einbaue (wir nehmen mal an, dass das Gewicht gleich bleibt) und horizontal fliege/trimme steigt die Geschwindigkeit, der Anstellwinkel geht runter.

Kann man sowas simulieren?
Also quasi den angetrieben Flug?
Die Werte und Berechnungen (Auftriebsverteilung ect.) müssten sich doch deutlich zu den reinen Seglerdaten unterscheiden, oder?

Gruß
Dennis

P.s.:
Wenn jemand gute Seiten bzw. Literatur kennt, wo an Praxisbeispielen der Umgang mit diesen Programmen (nicht speziell nur das Nurflügelprogramm) erklärt wird, bin ich immer offen. Das Thema fuchst, mich, wie gesagt, schon viele viele Jahre.

 

[UweH]

Kann man sowas simulieren?
Also quasi den angetrieben Flug?
Die Werte und Berechnungen (Auftriebsverteilung ect.) müssten sich doch deutlich zu den reinen Seglerdaten unterscheiden, oder?

Hallo Dennis,

ganz vereinfacht ausgedrückt: im Prinzip optimiert man ein Motorflugzeug als Gleiter für den angestrebten Motorflug-Einsatzbereich und fügt dann den dafür notwendigen Antrieb hinzu.
Die Simulationsdaten unterscheiden sich meist etwas von Seglern, vor allem wenn Segler auf ein anderes Gewichts- und Geschwindigkeitsfenster optimiert werden als Motorflugzeuge....das ist aber nicht notwendigerweise so.

Gruß,

Uwe.

 

[Dennis Schulte Renger]

Hallo Uwe,

ein Motorflugzeug als Gleiter für den angestrebten Motorflug-Einsatzbereich

Da hab ich ein Knoten im Kopf.
Ich hab da ne Zeit drüber nachgedacht und im Nurflügelprogramm gesucht.

Ich habe, um das Programm nachvollziehen zu können, einen vorhandenen Flieger nachgebaut und bekomme eben folgende Werte (als Gleiter):

Anstellwinkel: 3,7°
Ca: 0,23
Stabilitätsmaß: 10% (festgehalten)
Geschwindigkeit: 19,5 m/s

Zusätzlich natürlich eine irgendwie geartete Zirkulationsverteilung (die mir komisch vorkommt, aber das sei mal hier nicht Thema) Sie ist halt wie sie ist. Ist ja ein real existierender Flieger.

Nun weiß ich aber aus der Realität, dass der Flieger eher 50-60m/s anstatt ca. 20m/s fliegt. Eben durch den Antrieb. Dadurch mit deutlich niedrigerem Ca und kleinerem Anstellwinkel.

Du schreibst oben "im angestrebten Motorflug-Einsatzbereich"
Wie bekomme ich die Simulation denn dahin, dass sie bei gegebener Geometrie im angestrebten Einsatzbereich rechnet?
Wenn ich das Ca auf 0,1 reduziere, dann ändert sich das Stabilitätsmaß, auf Werte die ja nicht realistisch sind. Ich kann ja nur einen Wert festhalten.

Hab da Verständnisprobleme.
Die einzige Idee die ich hatte war, die Klappen auf Tiefe auszuschlagen. Aber ist das Realistisch? Ich muss ja im Motorflug nicht ständig Tiefe halten.
Irgendwie hab ich das Gefühl ich simuliere nur den "Landeanflug" ohne Motor, aber finde nicht den richtigen Knopf wie ich den Schnellflug (=niedriger Ca) simuliere.

Gruß
Dennis

 

[UweH]

Du schreibst oben "im angestrebten Motorflug-Einsatzbereich"
Wie bekomme ich die Simulation denn dahin, dass sie bei gegebener Geometrie im angestrebten Einsatzbereich rechnet?

Hallo Dennis,

zuerst einmal: vergiss den Anstellwinkel, denke in cA. Wenn man in cA denkt, dann ist der Anstellwinkel nur noch ein Wert den man aus der Simulation in die Konstruktion übernimmt, das macht vieles einfacher.

Wenn Dein Flieger in der Simulation, also der aerodynamischen ..... äääääähhh....Optimierung auf einen Betriebspunkt 20 m/s fliegt, aber in der Realität 50 m/s, dann ist die Differenz das was der Motor schiebt und diese Differenz ist auch der Unterschied zwischen der Optimierung auf den falschen Betriebspunkt beim Entwurf und dem Betriebspunkt auf den er eigentlich hätte optimiert werden sollen.

Das Stabilitätsmaß=Schwerpunktlage ist der einzige Wert der Simulation der sich während des Flugs nicht von außen verändern lässt, deshalb ist es richtig diesen zu fixieren.
Das Programm "Nurflügel" kann die Energiezufuhr des Motors nicht in die Simulation integrieren, aber Du kannst Dir damit behelfen dass Du die Energiezufuhr des Antriebs durch eine höhere Bewegungsenergie im Gleitflug ersetzt.
Erhöhe das Fluggewicht mit fixiertem Stabilitätsmaß und fixierter Klappenstellung bzw. "gemessener" Klappenstellung" so weit dass sich die "gemessene" Fluggeschwindigkeit einstellt, dann erhältst Du das mit Motor geflogene cA, dazugehörige Zirkulationsverteilung usw.

Abgesehen davon dass ich mit dieser Behelfs-Methode schon Motorflieger behelfsmäßig gerechnet habe ergibt sich bei der Auslegung von DS-Modellen ein ähnliches Problem der Energiezufuhr von außen und ich löse es auf die gleiche Art. Die Ergebnisse sind im Rahmen der Genauigkeit des Simulationsprogramms durchwegs plausibel.

Zur grundsätzlichen Festlegung von Simulationsparametern kannst Du Dir auch mal das hier durch lesen. Da gehts zwar um den Anstellwinkel den Du eigentlich vergessen solltest und seine Übernahme in die Konstruktion, aber es beschreibt auch warum man so simulieren sollte wie das Flugzeug tatsächlich fliegt: https://www.rc-network.de/threads/perlan-2.11856886/page-2#post-12144965

Gruß,

Uwe.

 

[Prometheus]

Ein Motorflugzeug ist kein Segelfluzeug und umgekehrt.
Wenn Du mit der Ranis SW eine Auslegung für einen motorisierten Nurflügler machen willst dann stimmen weder Kräfte- noch Momentenbilanz.
Es mag zwar sein, daß Du z.B. mit erhöhter Geschwindigkeitsvorgabe, Klappenstellung oder ähnlichem vielleicht "etwas" näher an das richtige Ergebnis kommst, letztendlich sind das alles aber immer Krücken, ein rumstochern im Nebel. Und wie weit weg Du vom richtigen Ergebnis bist weisst Du letzlich auch nicht. Die Ausleguns/Arbeitspunkte für einen Segler und einen Motorflieger sind ebenfalls Unterschiedliche. Bei derlei Optimierungsaufgaben die von mehreren Parametern abhängen ist meistens alles irgendwie mehr oder weniger von allem abhängig. So auch in diesem Falle. Mit solchen "Näherungskrücken" lassen sich vielleicht in einigen Fällen Ergebnisse in Richtung Optimum erzielen aber ein korrektes Ergebnis darf man hier allerdings nicht erwarten weil es matematisch einfach inkorrekt ist.

Meine Empfehlung in deinem Falle : Auf alternative Tools zurückgreifen oder mit der oben beschriebenen "Probiermethode" leben (was in vielen Fällen nicht mal das schlechteste ist)

 

[fireeye]

Aerodyn. Beiwerte im Fluge


Hallo Dennis,
ich nutze Vortex seit Jahren, vermute, dass Nurflügel.. und Vortex von F. Ranis ähnlich arbeiten.

....Nun ist mein ...Verständnis, wenn ich (in) diesen Flügel einen Motor einbaue … und horizontal fliege/trimme, steigt die Geschwindigkeit, der Anstellwinkel geht runter. ..

Wenn ich richtig verstanden habe, möchtest Du die aerodyn. Beiwerte für den Motor-/Kraftflug wissen. Nein, so etwas lässt sich bei Vortex(Nurflügel...) nicht simulieren.

Wozu brauchst Du diese Daten, vielleicht kann ich trotzdem weiterhelfen?
Gruss und tschö wa, Hans.

 

[kioto]

Hallo,
Ich glaube, Ihr unterliegt einem Fehlschluss. Die Programme rechnen doch nur aus, in welchem Flugzustand und mit welchen Parametern Ca, Schwerpunkt, Fluggeschwindigeit, also mit welcher Auslegung, das Modell im Gleichgewicht ist. Ob Motormodell oder Segler ist egal. Die zum Beibehalt dieses Zustandes nötige Motorkraft berechnet Vortex in einem Extramodul. Ist sie kleiner, sinkt das Modell, ist sie größer, steigt es. (Ja, ich weis, so fliegt kein Modellflieger). Klappen natürlich immer neutral, außer man will spezielle Flugzustände simulieren. Beim Segler ist es der Sinkflug, der die Energie liefert. Wie der ausfällt, ergeben die Parameter Sinkgeschwindigkeit etc.
Wie das Gewicht abweichend vom Original geändert oder an Klappen rumgespielt, liefert das Programm Murks.
Gruß Werner

 

[fireeye]

Kräfte in Vortex

Hallo Werner,
alles korrekt, was Du schreibst.
Wenn ich Dennis richtig verstanden habe, will er die Beiwerte wissen, die sich im Kraftflug "einstellen". Ich weiß aber nicht, wozu die gut sein sollen.

Der "Einbau" von Kräften in Vortex wäre dann sinnvoll, wenn ein Flieger am Flügel Motorgondeln hat, deren Kräfte das Momentengleichgewicht beeinflussen. Leider habe ich Frank Ranis bisher nicht überreden können, diese Funktion zu programmieren.
Ich hänge ´mal einen Enwurf hier an, bei dem diese Funktion sinnvoll wäre.
Gruss und tschö wa, Hans.

Mein Vortex besitzt folgende Hilfsprogramme, die ich aber bisher nicht nutze:
< Antriebsauslegung für SInk- und Steigflug,
< EWD-Berechnung,
<Phygoidenberechnung,
< Skalierung mm/inch
< Modell-Editor.

 

[Dennis Schulte Renger]

Hallo zusammen,

Erstmal muss ich mich entschuldigen, dass ich auf die Fragen hier im Thread so lange nicht beantwortet habe. Leider kam eine Corona Infektion dazwischen, die mich ziemlich erledigt hat.

Das Problem ist aber für mich immer noch existent.

Vielleicht erkläre ich mal etwas besser, was ich vor hatte herauszufinden.

Es geht um folgenden Flieger:




Ein Impellerjet, den ich früher schonmal geflogen habe und nun wieder neu konstruiere und baue.

Profile und Geometrie stehen fest und werden von damals übernommen.

Ich kann mich aber leider nicht mehr erinnern, mit welchem Einstellwinkel (oder war Anstellwinkel? ) ich die Flächen am Rumpf hatte.
Klar kann man nun einfach nach Erfahrung und Daumen konstruieren. Aber das war mein Gedanke beim Erstellen des Threads. Ich wollte einfach gucken, ob man das auch simulieren kann. Gerade weil man den Winkel nachher kaum noch verändern kann, wennd er Rumpf nciht gerade ind er Luft liegen sollte.

Ich habe aktuell einen Winkel von 1 Grad an der Wurzel vorgesehen (-0,5° Schränkung nach aussen) und hoffe, dass der Rumpf damit halbwegs gerade im Schnellflug in der Luft liegt.

Ich nehme aber aus dem Thread mit, dass man diese Aufgabenstellung (motorisierter Flügel im Schnellflug) nicht ohne weiteres mit dem Nurflügelprogramm simulieren kann.
1 Grad sollte erfahrungsgemäß passen (wenn jemand eine andere Meinung hat, gerne her damit).
Der Thread war eine Mischung aus leichter Unsicherheit ob 1 Grad wirklich passt und die Neugierde ob man sowas simulieren kann.

Gruß
Dennis

 

[axgi]

Moin Dennis

Wenn du den stationären Gleitflug rechnest und damit Sinkgeschwindigkeit Vz des Flugzustands erhältst, kannst du doch durch Multipilkation mit der Masse und Erdbeschleunigung den Leistungsbedarf für den horizontalen Flug mit der vorgegebener Geschwindigkeit V ermitteln (Fz*Vz). Einfache Energieerhaltung.

Grüsse, Axel

 

[Rallef]

Ich denke Dennis, das kann die Ranis Software ausrechnen.

Wenn du im das Stabilitätsmaß und das Gewicht vorgibst, stellt sich ein Gleichgewicht ein mit einem bestimmten Anstellwinkel und der dazu passenden Geschwindigkeit im antriebslosen Gleitflug.
Aber auch im angetriebenen Flug muss ein Gleichgewicht herrschen, sonst würde das Flugmodell in irgendeine Richtung beschleunigen (laut Newton). Da du jetzt durch den Schub schneller fliegst, muss das Ca runtergehen, da der Gesamtauftrieb ja gleich bleibt - der Flieger wiegt ja immer noch das gleiche, wie im Gleitflug. Zu jedem Ca gehört ein Anstellwinkel. Der muss also kleiner sein, als im Gleitflug ohne Antrieb.
Da es dir nur um den Anstellwinkel geht, stellst du einfach deine Geschwindigkeit auf den gewünschten Wert ein. Damit kriegst du ein viel höheres Stabilitätsmaß (also ein starke Schwerpunktvorlage - was du einfach ignorierst) und damit auch wieder das passende Ca zu dieser Geschwindigkeit und somit auch den dazugehörenden Anstellwinkel.

Beispiel: Die übliche 1m Spannweite Rechteckfläche mit MH45 mit einer Masse von 0,5kg fliegt bei Stabilitätsmaß von 5% mit ca. 18m/s und einem Flügel-Ca von 0.118 im stationären Gleitflug, was einem Anstellwinkel von 1.35° entspricht.
Wenn du nun die Geschwindigkeit auf 30m/s erhöhst, sinkt dein Ca auf 0.044, weil ja der Gesamtauftrieb gleich bleiben muss. Ca und Anstellwinkel sind ja direkt verbunden und daher geht der Anstellwinkel auf 0.32° zurück.

Ich denke, für diese Fragestellung sollte die Vorgehensweise passen.

Die höhere Fluggeschwindigkeit mit höherem Gewicht einzustellen, passt hier nicht glaube ich. Denn das erfordert einen höheren Auftrieb und somit den gleichen Anstellwinkel wie beim leichteren Modell im Gleitflug.

Klingt das logisch?

Gruß Ralf

 

[mipme_kampfkoloss]

Probier mal

OpenVSP

Da gibt es auch ein Open vsp aero und man kann den gesamten Flieger mit Körper und prop simulieren. Gibt sehr gute Tutorials auf YouTube

 

[Dennis Schulte Renger]

Hallo zusammen,

Ich habe es jetzt so gemacht wie Ralf es beschrieben hat.

Die Werte erscheinen mir sinnig. Mir war nur nicht klar, dass ich für meinen Anwendungsfall das Stabilitätsmaß ignorieren kann.

Bei einem Stabilitätsmaß von 7 % kommt ein CA von 0,367 mit 17m/s und 5,4° Anstellwinkel raus.
Bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit von 60m/s kommt ein CA von 0,029 mit einem Anstellwinkel von 0,4° raus (und einem Stabilitätsmaß von 87% )

Hört sich von mich soweit schlüssig an.
Wie ich oben sagte, am Ende kommt es nicht auf das letzte Zehntel Grad an.
War eher neugierig, ob man die Info rausziehen kann. Und man ist ja immer beruhigter, wenn man solche "unveränderlichen" Dinge vorher irgendwie durch Rechnung bestätigen kann

Danke an alle und Gruß
Dennis

 

[Rallef]

Ja klingt stimmig.
Würdest du das Stabilitätsmaß von 87% einstellen, dann wäre der Flieger im Gleitflug tatsächlich mit 60m/s unterwegs. Allerdings mit einem ziemlich steilen Gleitwinkel...
Aber das kannste wirklich ignorieren.

Gruß Ralf