Tragfläche - Auslegung - Teil 4
Tragflächenrechnung mit Xflr5
Eigentlich müssten wir jetzt alle Daten zusammen haben, um in Xflr5 die Tragfläche zu definieren und eine aerodynamische Berechnung durchzuführen (bei der auch die kleinste Ablöseblase berücksichtigt wird
).
Leider kann aber Xflr5 die Zwischenprofile, die sich durch die Segmentierung der Tragfläche ergeben, nicht automatisch bestimmen. Man muss daher nun eine Entscheidung treffen zwischen
- Einer stark vereinfachten Fläche mit nur 3 Trapez-Segmenten für die 4 vorhandenen Profile des Profil-Straks. Dadurch ergibt sich aber abschnittsweise eine hohe Abweichung von der bisher ausgetüftelten Tiefenverteilung …
- Mehr Segmente definieren und die 4 Profile so gut wie möglich verteilen. Dies ist besser bzw. genauer als Variante 1 – aber wird vielleicht nicht dem Profil-Strak gerecht.
- Mehr Segmente definieren und die zusätzlich notwendigen Zwischenprofile errechnen.
Wir entscheiden uns hier für Variante 3. Allerdings ist diese ohne maschinelle Unterstützung kaum lange durchzuhalten. Der manuelle Klick-Aufwand wird schnell sehr hoch, insbesondere wenn die Fläche noch mit Klappen oder anderen Profilvarianten durchgerechnet werden soll.
Häufig kommt man dabei an einen Punkt, an dem man sagt „Jetzt rutsch mir doch den Buckel runter! Das Ding wird schon irgendwie in der Luft bleiben.“ Da hilft dann nur eine beruhigende Tasse Tee…
Zur Unterstützung gibt’s zum Glück das kleine Tool
Xfoil_Worker mit dem sich, eingepackt in einen Batch-Job, einige Arbeitsschritte automatisieren lassen:
- Erzeugen von Zwischenprofilen durch prozentuales Mischen („Blending“) zweier Grundprofile
- Setzen der Klappe an einem Profil – zur Vereinfachung wurde nun eine konstante Klappentiefe von 25% definiert
- Erzeugen der notwendigen Xfoil-Polarenschar eines Profils.
Sowohl die erzeugten Profile als auch alle zugehörigen Polare lassen sich dann jeweils "in einem Rutsch“ in Xflr5 einlesen, so dass danach die Tragflächen-Analyse direkt gestartet werden kann.
Eine Anmerkung noch zum Mischen zweier ähnlicher Profile, um ein neues Zwischenprofil zu erzeugen: Es ist erstaunlich – oder eben nicht -, wie gut sich durch das geometrische Mischen auch die aerodynamischen Eigenschaften der beiden Profile im gleichen Verhältnis “mischen“.
Erscheint dann schließlich die Tragfläche in ihrer ganzen Pracht auf dem Bildschirm …
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… kann es mit den Berechnungen losgehen. Wichtig: Da bisher nur die Tragfläche modelliert wurde, sind die Ergebnisse nur für qualitative bzw. vergleichende Betrachtungen, wie beispielsweise die Auswirkung unterschiedlicher Tiefenverteilung, geeignet. Ändert sich bei einer Variante der Tragflächeninhalt, muss das Gewicht nachjustiert werden, um die Flächenbelastung der Flächenvarianten konstant zu halten.
Um diesen Bericht einigermaßen kompakt zu halten, möchte ich an dieser Stelle auf eine Betrachtung und Diskussionen unterschiedlicher Polare und Verläufe der Kennwerte entlang der Spannweite verzichten. Angehängt ist die Xflr5-Projektdatei mit der der Leser selbst in die Daten „eintauchen“ kann.
Nur beispielhaft sei eine typische Betrachtung herausgegriffen – verbunden mit einer kleinen Quizfrage:
Ist man theoretisch bei mittleren Bedingungen schneller entweder …
- unballastiert mit Klappen im Strak,
- leicht ballastiert mit 1 Grad Klappeneinsatz
- oder ziemlich ballastiert mit 4Grad Klappen zu fliegen?
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Finaler 2D Grundriss
Die Auslegungsarbeiten sind nun abgeschlossen. Mit dem 2D-Grundriss wird in diesem abschließenden Design-Schritt die finale „Optik“ der Tragfläche festgelegt.
Schön wäre es, wenn die Tragfläche eine gewisse Eigenständigkeit im Vergleich zu den verbreiteten Entwürfen besitzt und dabei natürlich auch in den Augen – zumindest der Erbauer – Gefallen findet. Leider sind der künstlerischen Freiheit durch die bereits getroffenen Festlegungen:
- Flächentiefenverteilung
- Rudertiefenverteilung
- Winkel der Ruderlinie
sehr enge Grenzen gesetzt. Hinzu kommt, dass die Krümmung des Grundrisses möglichst stetig sein sollte, um im nachfolgenden 3D-Design Artefakte zu vermeiden.
Zunächst werden die Segment-Geometrien aus Flz-vortex in das 2D-CAD übernommen. Mit Splines wird dann versucht, einen Grundriss zu formen, der möglichst nahe an den Segment-Geometrie herankommt. Die Splines sollten für einen harmonischen Verlauf möglichst wenig Kontrollpunkte haben. Bei V-JX haben die Splines jeweils daher nur 2 Kontrollpunkte an den dann noch Steigung und Krümmung des Splines festgelegt. Der Flächenspitze wird mit zusätzlichen, kleinen Hilfs-Splines die finale Form des äußeren Randbogens gegeben.
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Nach diesem optischen Feintuning nimmt die Rudertiefe nicht mehr ganz linear von der Wurzel zur Flächenspitze ab, sondern ist bis zum Querruder praktisch konstant, um dann bis zur Flächenspitze abzunehmen.
Mit der finalen Festlegung des Grundrisses kann man einige Zeit verbringen. Die Forderungen eines stetigen Krümmungsverlaufes führt immer wieder auch zu Feinkorrekturen der Tiefenverteilung im Bereich +-1mm und damit zu einem „Zurück auf Los“ (Flz_vortex-Berechnung). Insgesamt wurden sieben Iterationen durchgeführt…
Es fehlen nur noch die Profile...
Für die 3D-Konstruktion ist es empfehlenswert mit ein paar Zwischenprofilen zu arbeiten, um sicherzustellen, dass das „Darüberlegen“ der Oberfläche in 3D nicht zu geometrischen Verzerrungen unseres Profil-Straks führt (der 3D-Profilstrak sollte entlang der Tiefenverteilung und nicht entlang der Spannweitenposition erfolgen).
Für die Tragflächenwurzel wurde das Grundprofil JX-GS-15 noch von 7,6% leicht aufgedickt, um die Statik zu unterstützen und ein wenig variabler bezüglicher der Verbinderhöhe zu werden:
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Uff - Ok! Jetzt müsste eigentlich alles beieinander sein, damit Meister Mario endlich loslegen kann.
Mario, wie sieht’s aus?
Hast Du alles für’s 3D-Design?
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