Jojo26
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„Where have all the cowboys gone?” – der Song kam mir in den Sinn als ich über die aktuelle Nurflügelszene nachdachte: „A-Bow, B-Bow, C-Bow, es bowed allenthalben, Pfeil mit Winglets, Pfeil ohne Winglets. Ja Herrschaftszeiten! Gibt‘s denn nur noch diese verbogenen, gepfeilten Fluggeräte? Kann den keiner mehr einen echten, rassigen, eben den wahren Nurflügel bauen?“ … nachdem ich mich solchermaßen in Rage gesteigert hatte – Anmerkung: Diese dunklen Gedanken würde ich natürlich nie aussprechen, geschweige niederschreiben. Das gäbe einen ziemlichen Aufschrei der Bow-Faktion. Und ja, ich weiß, irgendwie fliegen die Dinger verdammt gut. Mmh – nachdem ich also sozusagen auf 180 war, kam es über mich wie ein Blitz: Ein neuer Nurflügel musste kommen. Einer der die versammelten Bows und Pfeile für immer auf den Dachboden befördert!
… ja, auch so entstehen manchmal Pläne für ein neues Projekt
Amokka-JX – Teil 1
Eine weiterer Amokka? Gibt’s denn nicht schon genügend Variationen dieses einmaligen Entwurfs von Peter Wick? Mit Amokka Wood hat ich bereits sehr viel Freude beim Design, Bau und Fliegen.
Aber gerade bei den Flugleistungen beschlich mich ab und an das Gefühl „Da müsste noch etwas gehen!“. Als ich dann das machte, was man mit einem solchen Nurflügel gerade nicht machen soll: Bei einem Nullschieber am Hang noch versuchen „herumzuwürgen“ und Amokka Wood dann prompt mit herzzerreißenden Holzsplitter-Geräusch einschlug, reiften die Gedanken, wie denn ein würdiger Nachfolger aussehen könnte…
Erste Designideen entstanden. Für bessere Flugleistungen sollte er ein wenig größer und weiter gestreckt sein. Aber nicht zu groß, um auch an kleineren Hängen noch eine gute Wendigkeit zu haben. Bei meinen ersten Gehversuchen in der Nurflügelprofil-Entwicklung, die nochmal eine Schippe im Vergleich zur Entwicklung von „normalen“ Profilen drauflegt, nahmen mich Peter Wick und Tobias Schill tollerweise in die Mitte bis ich selbst „springen“ konnte. Als Nebenprodukt erfolgte in der Zeit die Verbesserung von Xoptfoil-JX, um gezielter noch mit den Spezifika von Nurflügelprofilen umgehen zu können.
Als ein erster Entwurf so weit stand, fragte ich Peter, ob der Entwurf den ehrenvollen "Amokka" tragen dürfte. „Es wäre mir eine große Freude“, antwortet Peter prompt, „wenn der Amokka-Entwurf weiter in die Zukunft getragen würde“. Und so bekam das neue Projekt den Namen „Amokka-JX“.
Amokka-JX ist wie bereits Amokka Wood ein „Open Source Projekt“. Alle Pläne, Profile, Daten sind (bzw. werden im Lauf des Berichts) auf Github veröffentlicht. Da die Sprache auf Github Englisch ist, werden Grafiken und Diagramme hier auf RCN auch in Englisch veröffentlicht, um ein wenig den Dokumentationsaufwand in Grenzen zu halten - ich hoffe, das ist Ok.
In diesem Thread wird nur das Design von Amokka-JX beschrieben werden. Der Bau, auch möglicher Varianten bekommt dann einen eigenen Thread.
Design Ziele
Die eingangs erwähnten Ziele von Amokka-JX nochmals zusammengefasst bzw. ergänzt:
Design Grundauslegung
Die Spannweite von ca. 240cm ist ein Kompromiss aus den beiden Zielen „Gleitleistung“ und „hohe Wendigkeit“. Ich denke, ein solcher Nurflügel wird besonders gerne am Hang zum Herumturnen – auch mal zum Flotten DS – eingesetzt, und sollte daher noch einigermaßen kompakte Abmessungen haben.
Die Streckung ist mit 13 für diese Größe eines Bretts relativ hoch. Eine noch höhere Streckung würde die Flächentiefe, insbesondere auch an der Wurzel zu weit verringern, was wiederum eine „momentenstabile“ Auslegung erschweren würde.
Der Grundgedanke von Amokka-JX ist auch, ein modulares System aus Fläche, Rumpf und Seitenleitwerk wobei die einzelnen Komponenten je nach Einsatzzweck und Bauweise untereinander „gemischt“ werden können. Beispielsweise könnten die Flächen in GFK-Bauweise, ein (Elektro)Rumpf in 3D-Druck oder Holzbauweise entstehen. Bereits bei Amokka Wood hat sich das steckbare Seitenleitwerk sehr bewährt. Es verringert zum einen die Packmaße, zum anderen lädt es zu weiteren Variationen ein.
Die t/4-Linie ist über eine lange Strecke fast gerade und wandert dann leicht zurück. Der Verlauf der t/4Linie bestimmt letztlich auch das Maß der Vorpfeilung der Hinterkante – daher auch der „krumme“ Wert von 3,2 Grad. Im Vergleich zu einer F3B/F3F-Fläche mit der typischen 0°-Ruderlinie hat die t/4-Linie von Amokka deutlich weniger Rückpfeilung, was die Torsionsbelastung verringert.
Über die aerodynamischen bzw. flugmechanischen Auswirkungen der speziellen Amokka-Form werden wir weiter unten noch zurückkommen.
Momenten-Haushaltsführung
Ein Leitwerksflieger hat’s gut. Hier sorgt ein Höhenleitwerk am langen Hebelarm des Rumpfs dafür, dass das lästige negative Profilmomente, das den Flügel nach unten wegtauchen lassen will, kompensiert wird. Bei einem Brettnurflügel gibt es nur die eine Lösung: Das Profil muss „sich selbst kompensieren“ mit dem bekannten S-Schlag. Dummerweise kostet dieser S-Schlag richtig Leistung bei zunehmenden Auftriebswerten.
Eine gute Stelle, um sich die Sache mit den Momenten bei einem Brettnurflügel nochmal klarzumachen ist die dazugehörige Webseite von Martin Hepperle.
Die Überlegung bei Amokka-JX, um diesem brett-typischen Problem ein wenig zu begegnen, besteht darin, die „Momentenkompensation“ dort vor allem zu machen, wo sie am Wirkungsvollsten ist: Nahe der Flächenwurzel wo der Abstand der wirksamen Hinterkante zur t/4-Line am Größten ist. Zur Flächenspitze hin, wird dieser Abstand immer kleiner, d.h. auch ein möglicher Beitrag der Profile weiter außen zur Kompensation wäre eher gering.
Dieser Ansatz bildet dann auch eine zentrale Vorgabe für die anschließende Entwicklung des optimierten Profilstraks von Amokka-JX.
Höhere Profilwölbung --> größeres negatives Profilmoment --> größerer S-Schlag zur Kompensation --> geringere Leistung
Aus dieser Nummer kommt man einfach nicht heraus. Drum ist es besser, sich gleich zu Beginn ehrlich zu machen und mit einer niederen Wölbung eher die Leistung im unteren Ca-Bereich – Schnellflug – ins Visier zu nehmen als auf beste Gleitleistung zu optimieren.
Eine Anpassung an unterschiedliche Flugsituation – von Auch-mal-Thermikfliegen bis rasantes Herumturnen am Hang soll durch eine anpassbare Flächenbelastung – Ballastierung – erfolgen können.
Die Wölbung des Profilsstraks bewegt sich daher auch um 1,3%. Die Dicke bewegt sich eher im konservativen Bereich um 7,5%. Hier wurde bewusst auf den letzten Komma-Prozentpunkt verzichtet zu Gunsten guter Allroundeigenschaften und einfacherer baulichen Umsetzung. Auch freut sich die Unterseite des Profils über ein wenig Bauch und bedankt sich dafür mit guten laminaren Laufstrecken bei kleinen, bzw. negativen Anstellwinkeln.
Wie bereits im vorherigen Abschnitt zum „Momentenhaushalt“ angerissen, haben die Profile entlang der Spannweite abweichende Anforderungsprofile:
Für den gesamt Flügel sollte eine neutrale Auslegung für Ca = 0,3 und einem Stabilitätsmaß von 3% erreicht werden, d.h. bei relativ zügigen Gleiten sollten die Ruder in Neutralposition stehen können. Bei Amokka Wood war es erforderlich auch bereits in diesem Auftriebsbereich die Klappen leicht nach oben zu stellen. Das sollte bei Amokka-JX vermieden werden.
Um diesen unterschiedlichen Anforderungen an die einzelnen Flügelabschnitte gerecht zu werden, wurde eine neuer Profilstrak mit Xoptfoil-JX entwickelt, das hierzu noch ein wenig getweakt wurde, um die spezielle Optimierungsaufgabe „Profilmoment“ besser durchführen zu können.
Als Referenzen für die Profilentwicklung wurden unter anderem die sehr guten Profile des PW 2019 Straks, als auch die originalen Amokka Profile PW Rennbrett – beide von Peter Wick – verwendet.
Herausgekommen ist der Profil JX-RS bestehend aus 3 Profilen:
Schaut man sich die Momentenpolare cm(cl) der 3 Profile an, erkennt man sehr die Arbeitsteilung entlang der Spannweite:
Das Hauptprofil JX-RS des Straks ist sehr stark auf Leistung getrimmt und liefert eine richtig gute Performance bis ca = 0,5 bei einem gerade noch hinreichend positiven Moment.
Das Wurzelprofil JX-RS-Root ist das „Momentenarbeitstier“ des Straks und zeigt dabei eine gute Allroundleistung.
An der Flächenspitze kann das JX-RS-Tip trotz der geringen Re-Zahl dort noch schön mithalten und liefert mit einem hohen alpha max eine willkommene Reserve für sicheres Überziehverhalten (zusätzlich ist ja der effektive Anstellwinkel durch den außen starken induzierten Anstellwinkel reduziert).
So weit zunächst zu dem entwickelten Profilstrak. Die 3 Profile können bei Github heruntergeladen werden .
Im Nächsten Abschnitt geht es dann zunächst um die Ruderauslegung ...
Viele Grüße
Jochen
… ja, auch so entstehen manchmal Pläne für ein neues Projekt
Amokka-JX – Teil 1
Eine weiterer Amokka? Gibt’s denn nicht schon genügend Variationen dieses einmaligen Entwurfs von Peter Wick? Mit Amokka Wood hat ich bereits sehr viel Freude beim Design, Bau und Fliegen.
Aber gerade bei den Flugleistungen beschlich mich ab und an das Gefühl „Da müsste noch etwas gehen!“. Als ich dann das machte, was man mit einem solchen Nurflügel gerade nicht machen soll: Bei einem Nullschieber am Hang noch versuchen „herumzuwürgen“ und Amokka Wood dann prompt mit herzzerreißenden Holzsplitter-Geräusch einschlug, reiften die Gedanken, wie denn ein würdiger Nachfolger aussehen könnte…
Erste Designideen entstanden. Für bessere Flugleistungen sollte er ein wenig größer und weiter gestreckt sein. Aber nicht zu groß, um auch an kleineren Hängen noch eine gute Wendigkeit zu haben. Bei meinen ersten Gehversuchen in der Nurflügelprofil-Entwicklung, die nochmal eine Schippe im Vergleich zur Entwicklung von „normalen“ Profilen drauflegt, nahmen mich Peter Wick und Tobias Schill tollerweise in die Mitte bis ich selbst „springen“ konnte. Als Nebenprodukt erfolgte in der Zeit die Verbesserung von Xoptfoil-JX, um gezielter noch mit den Spezifika von Nurflügelprofilen umgehen zu können.
Als ein erster Entwurf so weit stand, fragte ich Peter, ob der Entwurf den ehrenvollen "Amokka" tragen dürfte. „Es wäre mir eine große Freude“, antwortet Peter prompt, „wenn der Amokka-Entwurf weiter in die Zukunft getragen würde“. Und so bekam das neue Projekt den Namen „Amokka-JX“.
Amokka-JX ist wie bereits Amokka Wood ein „Open Source Projekt“. Alle Pläne, Profile, Daten sind (bzw. werden im Lauf des Berichts) auf Github veröffentlicht. Da die Sprache auf Github Englisch ist, werden Grafiken und Diagramme hier auf RCN auch in Englisch veröffentlicht, um ein wenig den Dokumentationsaufwand in Grenzen zu halten - ich hoffe, das ist Ok.
In diesem Thread wird nur das Design von Amokka-JX beschrieben werden. Der Bau, auch möglicher Varianten bekommt dann einen eigenen Thread.
Design Ziele
Die eingangs erwähnten Ziele von Amokka-JX nochmals zusammengefasst bzw. ergänzt:
- Schneller Nurflügel mit besten Gleitleistungen für einen Nurflügel dieser Größe
- Hohe Wendigkeit, gutmütiges Flugverhalten
- Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten durch Veränderung der Flächenbelastung (Ballastierung)
- Sicheres, kurzes Landen durch Spreizklappen
Design Grundauslegung
Die Spannweite von ca. 240cm ist ein Kompromiss aus den beiden Zielen „Gleitleistung“ und „hohe Wendigkeit“. Ich denke, ein solcher Nurflügel wird besonders gerne am Hang zum Herumturnen – auch mal zum Flotten DS – eingesetzt, und sollte daher noch einigermaßen kompakte Abmessungen haben.
Die Streckung ist mit 13 für diese Größe eines Bretts relativ hoch. Eine noch höhere Streckung würde die Flächentiefe, insbesondere auch an der Wurzel zu weit verringern, was wiederum eine „momentenstabile“ Auslegung erschweren würde.
Der Grundgedanke von Amokka-JX ist auch, ein modulares System aus Fläche, Rumpf und Seitenleitwerk wobei die einzelnen Komponenten je nach Einsatzzweck und Bauweise untereinander „gemischt“ werden können. Beispielsweise könnten die Flächen in GFK-Bauweise, ein (Elektro)Rumpf in 3D-Druck oder Holzbauweise entstehen. Bereits bei Amokka Wood hat sich das steckbare Seitenleitwerk sehr bewährt. Es verringert zum einen die Packmaße, zum anderen lädt es zu weiteren Variationen ein.
Was macht eigentlich eine Amokka zu einer Amokka?
Kennzeichnend, auch optisch prägend, ist die vorgepfeilte, gerade Tragflächenhinterkante. Bei Amokka-JX beträgt die Vorpfeilung 3,2°. Baut man auf dieser Hinterkante nun eine (leicht über-) elliptische Tiefenverteilung über die Spannweite auf, entsteht der typische „Amokka-Grundriss“ mit der leichten Vorpfeilung der Vorderkante im ersten Drittel der Spannweite und einer leichten Rückpfeilung im letzten Drittel.Die t/4-Linie ist über eine lange Strecke fast gerade und wandert dann leicht zurück. Der Verlauf der t/4Linie bestimmt letztlich auch das Maß der Vorpfeilung der Hinterkante – daher auch der „krumme“ Wert von 3,2 Grad. Im Vergleich zu einer F3B/F3F-Fläche mit der typischen 0°-Ruderlinie hat die t/4-Linie von Amokka deutlich weniger Rückpfeilung, was die Torsionsbelastung verringert.
Über die aerodynamischen bzw. flugmechanischen Auswirkungen der speziellen Amokka-Form werden wir weiter unten noch zurückkommen.
Momenten-Haushaltsführung
Ein Leitwerksflieger hat’s gut. Hier sorgt ein Höhenleitwerk am langen Hebelarm des Rumpfs dafür, dass das lästige negative Profilmomente, das den Flügel nach unten wegtauchen lassen will, kompensiert wird. Bei einem Brettnurflügel gibt es nur die eine Lösung: Das Profil muss „sich selbst kompensieren“ mit dem bekannten S-Schlag. Dummerweise kostet dieser S-Schlag richtig Leistung bei zunehmenden Auftriebswerten.
Eine gute Stelle, um sich die Sache mit den Momenten bei einem Brettnurflügel nochmal klarzumachen ist die dazugehörige Webseite von Martin Hepperle.
Die Überlegung bei Amokka-JX, um diesem brett-typischen Problem ein wenig zu begegnen, besteht darin, die „Momentenkompensation“ dort vor allem zu machen, wo sie am Wirkungsvollsten ist: Nahe der Flächenwurzel wo der Abstand der wirksamen Hinterkante zur t/4-Line am Größten ist. Zur Flächenspitze hin, wird dieser Abstand immer kleiner, d.h. auch ein möglicher Beitrag der Profile weiter außen zur Kompensation wäre eher gering.
Dieser Ansatz bildet dann auch eine zentrale Vorgabe für die anschließende Entwicklung des optimierten Profilstraks von Amokka-JX.
Profilauslegung
Im Vergleich zur Entwicklung eines leistungsfähigen Nurflügelprofils ist die Entwicklung eines klassischen Profils (für eine Flugzeug mit Leiwerk) nachgeradezu „easy going“. Alle Ansätze mit höherer Profilwölbung zu guten Gleitzahlen im mittleren und oberen Ca-Bereich zu kommen, werden durch die „Momentenvorgabe“ konterkariert:Höhere Profilwölbung --> größeres negatives Profilmoment --> größerer S-Schlag zur Kompensation --> geringere Leistung
Aus dieser Nummer kommt man einfach nicht heraus. Drum ist es besser, sich gleich zu Beginn ehrlich zu machen und mit einer niederen Wölbung eher die Leistung im unteren Ca-Bereich – Schnellflug – ins Visier zu nehmen als auf beste Gleitleistung zu optimieren.
Eine Anpassung an unterschiedliche Flugsituation – von Auch-mal-Thermikfliegen bis rasantes Herumturnen am Hang soll durch eine anpassbare Flächenbelastung – Ballastierung – erfolgen können.
Die Wölbung des Profilsstraks bewegt sich daher auch um 1,3%. Die Dicke bewegt sich eher im konservativen Bereich um 7,5%. Hier wurde bewusst auf den letzten Komma-Prozentpunkt verzichtet zu Gunsten guter Allroundeigenschaften und einfacherer baulichen Umsetzung. Auch freut sich die Unterseite des Profils über ein wenig Bauch und bedankt sich dafür mit guten laminaren Laufstrecken bei kleinen, bzw. negativen Anstellwinkeln.
Wie bereits im vorherigen Abschnitt zum „Momentenhaushalt“ angerissen, haben die Profile entlang der Spannweite abweichende Anforderungsprofile:
Für den gesamt Flügel sollte eine neutrale Auslegung für Ca = 0,3 und einem Stabilitätsmaß von 3% erreicht werden, d.h. bei relativ zügigen Gleiten sollten die Ruder in Neutralposition stehen können. Bei Amokka Wood war es erforderlich auch bereits in diesem Auftriebsbereich die Klappen leicht nach oben zu stellen. Das sollte bei Amokka-JX vermieden werden.
Um diesen unterschiedlichen Anforderungen an die einzelnen Flügelabschnitte gerecht zu werden, wurde eine neuer Profilstrak mit Xoptfoil-JX entwickelt, das hierzu noch ein wenig getweakt wurde, um die spezielle Optimierungsaufgabe „Profilmoment“ besser durchführen zu können.
Als Referenzen für die Profilentwicklung wurden unter anderem die sehr guten Profile des PW 2019 Straks, als auch die originalen Amokka Profile PW Rennbrett – beide von Peter Wick – verwendet.
Herausgekommen ist der Profil JX-RS bestehend aus 3 Profilen:
Schaut man sich die Momentenpolare cm(cl) der 3 Profile an, erkennt man sehr die Arbeitsteilung entlang der Spannweite:
Das Hauptprofil JX-RS des Straks ist sehr stark auf Leistung getrimmt und liefert eine richtig gute Performance bis ca = 0,5 bei einem gerade noch hinreichend positiven Moment.
Das Wurzelprofil JX-RS-Root ist das „Momentenarbeitstier“ des Straks und zeigt dabei eine gute Allroundleistung.
An der Flächenspitze kann das JX-RS-Tip trotz der geringen Re-Zahl dort noch schön mithalten und liefert mit einem hohen alpha max eine willkommene Reserve für sicheres Überziehverhalten (zusätzlich ist ja der effektive Anstellwinkel durch den außen starken induzierten Anstellwinkel reduziert).
So weit zunächst zu dem entwickelten Profilstrak. Die 3 Profile können bei Github heruntergeladen werden .
Im Nächsten Abschnitt geht es dann zunächst um die Ruderauslegung ...
Viele Grüße
Jochen
Genau der Flieger, auf den ich schon lange warte 
. Und es geht weiter an der Brett-Front!!!
), zwei Anmerkungen meinerseits, die ich als überzeugter Amokka-(Amokka 202)-Pilot für eine Weiterentwicklung mitgeben möchte:
) soll ja gerade nicht momentenneutral sein, er wirkt ausgefahren deutlich aufnickend.
