Software für Tragflächendesign

[henning86]

Nochmal kurz zu den Re-Zahlen:
Also an der Wurzel habe ich 170000 bis 200000 (letzteres ohne Wölbung) und das fällt dann langsam ab nach außen. Am Übergang zum dritten Trapez (das ist 40 cm lang) habe ich dann noch 110000 bis 130000. Bis ganz außen fällt das dann noch auf 55000 ab, aber es geht erst 9 cm vor Flügelende auf unter 70000. Konnte die Verteilung leider gerade nicht exportieren im FLZ glaube ich.

@Frank
Ich habe nochmal ein anderes FLZ-File angehängt. Es hatte sich nämlich ein kleiner Fehler in der Geometrie eingeschlichen. So rechnen wir dann wenigstens mit der gleichen Datei.

Herr Quabeck hat mir übrigens nach einer kurzen Anfrage versichert, dass sich die gesamte HQDS-Serie auch bei Re-Zahlen von 100000 und darunter trotz der hohen Laminarität in der Praxiserprobung erstaunlich gutmütig erwiesen hat.
Ich bin dazu geneigt, dieses Profil jetzt auch mal einer Praxiserprobung zu unterziehen, wenn nicht jemand ein gravierendes Gegenargument hat. Schließlich heißt es ja auch: Wer nicht wagt, der nicht gewinnt.

Gruß Henning

 

[MarkusN]

Herr Quabeck hat mir übrigens nach einer kurzen Anfrage versichert, dass sich die gesamte HQDS-Serie auch bei Re-Zahlen von 100000 und darunter trotz der hohen Laminarität in der Praxiserprobung erstaunlich gutmütig erwiesen hat.

Gutmütig stimmt zweifellos. Damit bezeichnet man normalerweise das Abreissverhalten, und die ersten Laminarprofile haben diesbezüglich einen schlechten Ruf. Wenn wir der XFOIL-Polare glauben schenken wollen (das ist im Bereich der hohen ca wie gesagt nicht immer angebracht) dann bekommt man, nach dem ersten Zwischenmaximum bei ca=1.05, noch über weitere 3° zusätzlichen Auftrieb, und erst dahinter ist mit Strömungsabriss zu rechnen.

Meine Kritik bezieht sich vor allem auf den mittleren Schnellflug und das Beschleunigungsverhalten.

Aber ich will Dir das Profil um Gottes Willen nicht ausreden. Jemand muss ja schliesslich die Erfahrungen machen.

 

[henning86]

Ach das ist gemein!

Ich will doch nur nen schön fliegenden Segler. Aber das hört sich immer alles gleich so schrecklich an: "Mittlere Geschwindigkeit und Beschleunigungsverhalten" sind schon Sachen die sich toll anhören und die man gerne gut hätte

 

[henning86]

Noch mal eine weitere Frage:
Was genau ist eigentlich der Ca_max (bzw auch Ca_min) Wert? Und wie findet man den heraus? Ist das generell eine Profilkonstante?

 

[MarkusN]

Ist der maximale Auftrieb(sbeiwert), den ein Profil liefern kann. Dieser ist verantwortlich für die Minimalgeschwindigkeit und enge Flugmanöver.

Herausfinden tust Du ihn in der Polare als höchsten Punkt, oder auch als Maximum der ca(alfa) Kennlinie.

Und leider ist er alles andere als konstant. Zum einen nimmt mit sinkender Re-Zahl die Haftungsfähigkeit der Grenzschicht ab; sie löst sich bei kleineren Anstellwinkeln ab, womit der maximal erreichbare Auftrieb abnimmt. Dazu kommen noch Effekte an der Endfahne, die wegen der Grenzschichtdicke für die Strömung nicht mehr scharf ist; auch das lässt den Auftrieb mit sinkendem Re mehr und mehr zurückbleiben.

Und dann hast du es mit der Bauqualität in der Hand, wie hoch er werden kann. Die Abreisseigenschaften werden wesentlich von der Form der Profilnase mitbestimmt. Mit den modernen Schalenfliegern kann man sich z.B. ein schöne Ei legen, wenn man den Nasengrat nicht suber verputzt. Das ist eine wunderbare Stolperkante für die Strömung, die dort mit Höchstgeschwindigkeit um die Ecke sausen muss.

Und selbstverständlich ist er auch von der Klappenstellung abhängig.

 

[Frank Ranis]

Hallo Henning,

ich habe mit dein letztes File geladen und dann angeschaut.
Durch deine Änderung ergab sich jetzt bei einer Schwerpunktlage von 109mm und einer EWD ein CA-gesamt von über 0,7.
Das war mir ein wenig viel , ich wollte ja CA=0,6 haben und darum habe ich dein Einstellwinkel der Tragfläche etwas zurückgenommen.
Dieser liegt nun bei 1,750Grad.
Man würde also das Höhenleitwerk mit 0 Grad Einstellwinkel und die Tragfläche mit 1,75 Grad fest einbauen.
Das geänderte File anbei.

In Bild4 ist die ca-Verteilung über dem Tragflügel entlang der Spannweite zu sehen.
Die grüne durchgezogene Linie ist die Berechnete ca-Verteilung und die gestrichelte Linie oberhalb das ca-max , bei dem die Strömung abreisst, hier ist also genug Luft.
Im Flug ohne Klappenausschlag wäre das Modell nun mit folgenden Daten unterwegs.
CA 0,6
Geschwindigkeit 12,635m/s = 45,486km/h
Gleitzahl 22,2379
Sinkgeschwindigkeit 0,568 m/s

Machen wir das Modell nun mal ein wenig langsamer und schauen was passiert.

Achtung : bei den folgenden Rechnung in der Auslegungskarte den Schwerpunkt fixieren.

Dazu Wählen wir das Höhenleitwerk an und dann in die Karte Flügel / Segment / Klappen gehen.
Hier tragen wir nun in das Feld Klappenwinkel mal -3 Grad ein.
Dann wieder in die Karte Auslegungberechnung und eine neue Rechnung anstoßen.
Duch den Höhenruderausschlag wird das Modell nun mehr angestellt.
Die Tragfläche erzeugt nun ein CA von 1,017.
Die nötige Geschwindigkeit beträgt nun 9,706m/s = 34,940km/h.
Die Gleitzahl ist gestiegen , auf 23,0075
Die Sinkgeschwindigkeit ist nun 0,4218m/s

In Bild5 die neue ca-Verteilung.
Schaut man sich nun die durchgezogene grüne Linie und darüber die gestrichelte an, so sieht man, das im Bereich der Flügelmitte noch jede Menge Luft ist, aber an es an den Flügelspitzen langsam eng wird.

Schlage ich die Höhenruderklappe noch um 1 Grad mehr nach oben aus (also -4 Grad) und mache eine neue Rechnung, dann ergibt sich Bild6.
Die Strömung reißt an Außenflügel ab, nicht gut , weil hier oft die Querruder eingebaut sind , diese verlieren dann ihre Wirkung und das Modell läßt sich nicht mehr richtig steuern .
Im Landeanflug fatal.
Die nun von FLZ_Vortex berechneten Beiwerte und Polare darf man jetzt nicht mehr verwenden, weil ich die Profilpolare jenseits des Strömungsabrisses nicht mehr richtig berechnen kann (eventuell in Zukunft mal).
Sollte jetzt eine eine asymmetrische Störung duch eine Bö oder so vorhanden sein , dann kippt das Modell nach einer Seite weg.

Das nächste Ziel sollte also sein , den Flügel so zu modifizieren , das das ca-max weg von den Flügespitzen zur Flügelmitte hin verschoben wird.
Reißt in der Flügelmitte die Strömung zuerst ab, dann nickt das Modell zwar nach unten , aber an den Flügelenden , da wo die Querruder sitzen bleibt eine gesunde Strömung anliegen und ich behalte die Kontrolle.

Frage:
Auf welche Art und Weise könnte man das erreichen ?
Ich habe ein paar Ideen, will aber mal schauen , was euch so einfällt.

Gruß

Frank

 

[henning86]

Hallo Frank,

erstmal was Konzeptionelles:
Wieso gerade die Auslegung auf Ca = 0,6? Was ja anscheinend kein besonders toller Bereich für dieses Profil ist, wenn ich das richtig verstanden habe.
Außerdem ist mir aufgefallen, dass du die Masse des Höhenleitwerkes auf 0 gesetzt hast. Ist das sinnvoll? Ich frage mich sowieso schon die ganze Zeit wie stark die Massen da überall reinspielen, da diese ja ohnehin nur grob geschätzt sind.

Zu dem Problem mit dem Strömungsabriss fällt mir jetzt auf Anhieb mal Verwindung (?) ein.

Die EWD von 2,5° wurde mir übrigens von HQ als die EWD für bestes Gleiten und langsamen Thermikflug empfohlen.

Ich bin gespannt wie es weitergeht

Gruß Henning

PS: Wie sieht es eigentlich mit Winglets aus, die soll die Kiste evtl auch noch bekommen, wenn sie was nutzen.

 

[henning86]

Also ich habe mal ein bisschen rumexperimentiert mit der Verwindung und konnte das angehängte Ergebnis erzielen. Allerdings habe ich dafür das zweite Trapez um -3,5° und das dritte Trapez um -7° verwunden, das kommt mir gefühlt sehr viel vor

Ich habe auch mal die Datei angehängt. Habe die Tragflächenmasse um 0,2kg erhöht, damit die Gesamtmasse wieder 5kg ergibt und noch Winglets drangebastelt. Aber die kannst du ja auch wieder löschen, wenn du willst. Bzw einfach bei deiner Datei die Masse erhöhen.

Die angehängte Auftriebsverteilung ist jetzt sogar für einen Höhenruderausschlag von -4,2°.

Gruß Henning

 

[Frank Ranis]

Hallo Hennig,

>Wieso gerade die Auslegung auf Ca = 0,6?
>Was ja anscheinend kein besonders toller Bereich für dieses Profil ist, wenn ich das richtig verstanden habe.
OK , Du kannst ja auch wieder in einen für dich optimaleren Bereich wechseln.
Die 0,6 habe ich mehr so aus dem Bauch heraus gewählt, weil das so in etwa auf der Hälfte des fliegbaren CA-Bereiches liegt .
Ich muß gestehen , dass ich jetzt auch nicht so der Seglerexperte bin, mir geht es hier eher darum eine mögliche Vorgehensweise, im Umgang mit dem Programm aufzuzeigen.
Ob sich CA 0,7 nachher als besser rausstellt , kann gut sein.
Man kann sich ja , wenn wir denn mal bei der Gesamtpolarenberechnung angekommen sind einen besseren Betriebspunkt aussuchen.

>Außerdem ist mir aufgefallen, dass du die Masse des Höhenleitwerkes auf 0 gesetzt hast. Ist das sinnvoll?
Nö , ein Versehen, also bitte wieder einbauen.

>Die EWD von 2,5° wurde mir übrigens von HQ als die EWD für bestes Gleiten und langsamen Thermikflug empfohlen.
OK, dann bau sie wieder ein .

>Zu dem Problem mit dem Strömungsabriss fällt mir jetzt auf Anhieb mal Verwindung (?) ein.
Gute Idee, fummel mal ein wenig mit der Verwindung der beiden äußeren Flügelsegmente herum und dann stell deine Erkenntnis hier wieder rein.

Bilder und dein neues FLZ_File.

Man könnte hier auch eine Klappe vorsehen und diese dann nach oben aussschlagen.
Käme auf den Versuch an , man muß dabei aber auch auf die Polare schauen, was besser ist , eine feste oder variable Verwindung über Klappe.

Gruß

Frank

PS: Jetzt will ich antworten , aber Henning war schneller.

 

[henning86]

Also ich will dich nicht immer aus dem Konzept bringen Frank. Es geht ja wirklich nur darum, dass ich mal lerne wie man bei der Auslegung vorgeht. Also ist das mit den EWDs ja jetzt im Prinzip egal.

Wollte nur wissen, ob das was ganz schlaues ist mit dem CA 0,6 und der Höhenleitwerksmasse, was ich nicht verstanden habe.

Ich habe jetzt noch die Änderungen durchgeführt. Also wieder die Masse ins Höhenleitwerk und die EWD größer. Die Fläche ist wie beschrieben verwunden und einzige angestelle Klappe ist das Höhenruder mit -3°. Von da können wir ja jetzt mal weitermachen.

Auf die Idee mit den Klappen bin ich auch gekommen, aber das ist doch wieder ein größerer technischer Aufwand. Ich meine sicherlich wäre es für die Querruder und das Verwölben auch von Vorteil. Ich will aber das äußerste Flügelsegment als Ansteckflügel bauen, weil ich sonst Probleme mit meinem Auto bekomme. Deswegen wollte ich mir da außen weitere Elektronik sparen

Aber mal sehen! Gruß Henning

 

[Chrima]

Man könnte hier auch eine Klappe vorsehen und diese dann nach oben aussschlagen.

Hallo
Hier mit Klappenausschlag (-2/-3). Scheint aber kaum zu helfen. Wohl, weil einfach die RE-Zahl zu gering ist ?


Gruss
Christian

 

[Frank Ranis]

Hallo Henning,

>Also ich habe mal ein bisschen rumexperimentiert mit der Verwindung und konnte das angehängte Ergebnis erzielen. Allerdings >habe ich dafür das zweite Trapez um -3,5° und das dritte Trapez um -7° verwunden, das kommt mir gefühlt sehr viel vor
Ja , dann nimm doch einfach weniger Verwindung.

Aber ich seh schon, so ganz allmählig , fummelst Du dich in die Software rein.

Noch was zu den Verwindungen:
Die Verwindung eines Segmentes betrifft die äußere Rippe, diese Einstellung ist dann auch für die innere Rippe des nächsten Segmentes hin zur Flügelspitze gültig.

Wenn Du also für das letzte in der Ebene liegene Segment -4° Verwindung eingetragen hast und nun kommt als letztes Segment das Winglet, welches eine V-Form von 90 Grad hat.
Das Wurzelprofil des Wingles hat nun auch eine Verwindung von 4°, so das eine Art Vorspur entsteht.
Soll das gesamte Winglet aber ohne Verwindung da stehen, dann mußt Du ein kleines Zwischensegment mit wenigen mm Breite einfügen und verpasst diesem Zwischensegment dann auch eine V-Form von 90 Grad und eine Verwindung von 0Grad.

Du hast aber mit deiner Verwindung gesehen, das man mit dem ganzen Flügel noch ein paar Grad mehr Anstellwinkel herausholen kann und auf diese Art auch ein wenig mehr Leistung in Bezug auf die Polaren.

Gruß

Frank

PS: kannst Du deinem Entwurf noch ein Seitenleitwerk verpassen ?
Das wir später mal brauchen, wenn wir mit Schiebewinkeln und Querrudern rumspielen.

 

[kurbel]

Ich würde da außen ein Profil einsetzten, das speziell bei den kleineren Re-Zahlen noch genug Ca liefern kann.
Verwindung kostet sonst im Schnellflug viel zu viel Leistung.

Die verschiedenen Wege, wie man das Grundprofil auf kleinere Re-Zahlen ausrichten kann sind Geschmacksache.
Was eigentlich immer hilft sind Wölbungs- und Dickenmaximum zur Nasenleiste hin verschieben.
Weitere mögliche Maßnahmen hängen vom Grundprofil ab.
Man kann ggf. Wölbung und/oder Dicke vergrößern, muss aber genau auf den Einzelfall schauen, ob es sinnvoll ist.

Kurbel

 

[Hans Rupp]

Hallo,,

kleines Kochrezept:

1. Startkonfiguration eingeben (ist ja da)

2. Auslegung bei Klappen im Strak und HLW neutral

• Gewünschtes Ca festlegen
• EWD Fläche/Rumpf HLW/Fläche iterativ ermitteln
• Auftriebsverteilung ansehen, wenn nicht o.k.
  - Flügel verwinden , aber nur moderat
  - Profile anpassen
  - zurück zu EWDs anpassen
  wenn o.k. zum nächsten Schritt

3. Auslegung Klappen positiv gewölbt wie für Thermik sinnvoll laut Profilpolare

• HLW Ausschlag anpassen, bis hohes Ca + Rerserven bis zum Teilabriß am Flügel sich einstellt / Minimales Sinken sich sich einstellt
• Auftriebsverteilung ansehen, wenn nicht o.k. Klappen unterschiedlich ausschlagen
• Wenn Klappen sehr unterschiedlich ausgeschlagen werden müssen Geometrie/Profile anpassen und zurück zu 2.

4. Auslegung gutmütiger Abriß

• bei Neutralstellung HLW Ausschlag anpassen bis Teilabriß am Flügel sich einstellt
• Auftriebsverteilung ansehen, Teilabriß innen /fürht zum abnicken o.k., sonst innere WK zum HLW zumischen bis o.k.
• bei Thermikstellung HLW Ausschlag anpassen bis Teilabriß am Flügel sich einstellt
• Auftriebsverteilung ansehen, Teilabriß innen /führt zum abnicken o.k., sonst innere WK zum HLW zumischen bis o.k.
• höherer Wert von beiden bestimmt Zumischung WK zu HLW-Klappe

5. Klappenstellung Speedflug anpassen analog zu oben

Damit erreichst Du
- bestmögliche Auftriebsverteilung bei den Stellungen neutral und Thermik
- beim Aushungern / Überziehen Abriß innen über WK-Zumischung garantiert

Wenn man WK hat, sollte man sie nutzen. So bekommt man i.d.R. bei etwas geschickte Profilwahl einen nahezu unverwundenen Flügel hin, der in allen Situationen unkritisch ist. Zuviel Verwindung + Torsion führt sonst zu Hängeohren im Schnellflug.

Hans

P.S. Rechne mal mit und ohne Winglet. Das Wingelt nimmt Einfluss auf die Schränkung ganz aussen, Unverfehrt hat beim Co9 aussen 5° erflogen und es passte mit der Simulation von Siggi perfekt überein.

 

[henning86]

So, ich habe mal ein Seitenleitwerk eingefügt und die Verwindung der Winglets korrigiert.

Zu weiterer Optimierung à la Hans (danke für die ausführliche Anleitung) bin ich noch nicht gekommen. Muss leider auch mal was anderes schaffen.

Bin trotzdem gespannt wie es aus deiner Sicht weiter geht Frank.

Gute Nacht, Henning

 

[Frank Ranis]

Hallo Henning,

prima mit dem Seitenleitwerk.
Mit deiner derzeitigen Schränkung (ca -Verteilung 1. Bild) hast Du es ein wenig übertrieben.
Ich habe nun folgende Verwindung eingebaut , Segment-Mitte 0Grad, 1-Segment -1Grad, 2_Segment -5 Grad.
Im zweiten Bild nun die neue ca-Verteilung.
Und das geänderte Flugzeugfile im Anhang.
Irgendwie sieht das alles aber noch nicht so ganz pralle aus.
Wenn das nicht ein Scale-Nachbau wäre, dann würde ich hier mal ein wenig an der Grundrissform rumbiegen.
Hier rächt sich, glaube ich, der Versuch ein Großflugzeug als Modell nachzubauen, wir haben am Außenflügel Re-Zahlen, die eine umdenken erfordern.
Eventuell ist noch einmal der Gedanke angesagt, hier einen Profilstrak mit unterschiedlichen Profilen einzubauen, um die doch erhebliche Schränkung am Wingletfuß zu mindern, da fragst Du aber besser noch mal die Profilexperten.

OK, lassen wir das mit der Verwindung mal so stehen und machen nun mal ein Abstecher zur Gesamtpolarenrechnung.
Man kann die Polaren-Kurven auch durch Einzelrechnungen erhalten und sich dann per Hand in eine Tabelle eintragen oder als Grafik aufzeichnen, aber mit der Automatik (Gesamtpolarenrechnung) gehts halt einfacher.

Also bitte einmal in die Registerkarte 'Gesamtpolaren berechnen' gehen.
Dann das Unterregister 'Klappenberechnung'.
In Klappengruppe wird nun die Klappengruppennummer des Höhenleitwerkes (in unserm File ist das die Gruppennummer 4).
In die Felder min.-max.Winkel tragen wir mal -5° und +5Grad ein, bei Anzahl Schritte 20 und fixieren den Schwerpunkt.
Nach dem Start der Berechnung fängt das Programm an und stellt den größten Winkel (+5°) am Höhenruder ein, macht den eine Komplettrechnung .
Dann je nach Anzahl der Schritte mit +4,5° , +4° usw. bis -5° Höhenruderwinkel.
Nach jedem Rechendurchlauf werden die Polardaten gespeichert und stehen dann am Ende zu Verfühgung.
Je nach Rechnergeschwindigkeit kann es nun leider eine Weile dauern.

Wählt man nun den Button 'Gesamtpolaren anzeigen' öffnet sich ein neues Fenster un man kann zwischen Tabellen und Grafik-Darstellung wählen.

Hier nun der Tabellenausdruck:
Zu Steuerung des Flugzeuges wurde in diesem Fall nur die Höhenruderklappe verwendet.
Man kann aber auch z.B. Untersuchungen mit gesetzter Wölbklappe machen , dann wären dort weitere Klappengruppen belegt.

[KLAPPENBERECHNUNG]
FLUGSZENE=HQ-DS-25-11_mod_Frank3.flz
SCHWERPUNKT FIXIERT
BEMERKUNG=
GR.4 Höhenruder
GR.0
GR.0
GR.0

Alfa[°] GR.4[°] GR.0[°] GR.0[°] GR.0[°] CA CW v [m/s] vs [m/s] E e Gleitw.[°] XS. [m] Stabi.[%] Info!
-4,4815 5,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0642 0,0161 39,3733 10,7413 3,6656 0,8903 15,2594 0,1090 15,3064
-3,7791 4,5000 0,0000 0,0000 0,0000 0,1294 0,0174 27,7264 4,0673 6,8169 2,3511 8,3454 0,1095 15,0062
-3,0958 4,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,1928 0,0196 22,7147 2,5130 9,0388 3,8053 6,3132 0,1093 15,0313
-2,4102 3,5000 0,0000 0,0000 0,0000 0,2564 0,0194 19,6966 1,6193 12,1636 5,9054 4,6999 0,1092 15,0147
-1,7215 3,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,3203 0,0204 17,6233 1,2213 14,4300 7,8299 3,9643 0,1091 14,9779
-1,0292 2,5000 0,0000 0,0000 0,0000 0,3845 0,0215 16,0847 0,9788 16,4327 9,7696 3,4824 0,1091 14,9284
-0,3325 2,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,4491 0,0227 14,8831 0,8181 18,1921 11,6888 3,1463 0,1091 14,8694
0,3693 1,5000 0,0000 0,0000 0,0000 0,5142 0,0244 13,9100 0,7196 19,3313 13,2897 2,9612 0,1090 14,8026
1,0770 1,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,5797 0,0255 13,1001 0,6262 20,9204 15,2713 2,7367 0,1090 14,7287
1,7912 0,5000 0,0000 0,0000 0,0000 0,6458 0,0273 12,4115 0,5711 21,7322 16,7439 2,6346 0,1090 14,6483
2,4113 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,7029 0,0289 11,8972 0,5331 22,3165 17,9375 2,5657 0,1086 14,7821
3,1842 -0,5000 0,0000 0,0000 0,0000 0,7744 0,0316 11,3343 0,5031 22,5311 19,0094 2,5413 0,1088 14,5838
3,9554 -1,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,8457 0,0342 10,8462 0,4774 22,7207 20,0321 2,5201 0,1089 14,4167
4,7252 -1,5000 0,0000 0,0000 0,0000 0,9167 0,0373 10,4176 0,4610 22,5971 20,7427 2,5339 0,1090 14,2731
5,4937 -2,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,9875 0,0406 10,0374 0,4488 22,3673 21,3095 2,5599 0,1090 14,1476
6,2614 -2,5000 0,0000 0,0000 0,0000 1,0580 0,0443 9,6970 0,4413 21,9738 21,6694 2,6057 0,1090 14,0363
7,0285 -3,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1,1283 0,0438 9,3899 0,3969 23,6609 24,0962 2,4201 0,1090 13,9362
7,7953 -3,5000 0,0000 0,0000 0,0000 1,1985 0,0450 9,1111 0,3721 24,4883 25,7022 2,3384 0,1089 13,8451 Flügel 0, Ablösungen oben 92,1%
8,5622 -4,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1,2684 0,0480 8,8563 0,3644 24,3067 26,2455 2,3559 0,1088 13,7612 Flügel 0, Ablösungen oben 98,6%
9,3293 -4,5000 0,0000 0,0000 0,0000 1,3382 0,0498 8,6222 0,3488 24,7230 27,4197 2,3162 0,1087 13,6830 Flügel 0, Ablösungen oben 98,6%
10,0971 -5,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1,4078 0,0525 8,4062 0,3412 24,6354 28,0245 2,3245 0,1086 13,6097 Flügel 0, Ablösungen oben 98,6%
[POLAR ENDE]

Die beste Gleitzahl E von 23,6609 wird bei einem Höhenruderausschlag von -3° Höhenruderausschlag erreicht.
Danach kommt gleich ein 90% Abriss am Flügel.
Was aber auch schön zu sehen ist, bei -1° Höhenruder gibt es ein Buckel mit einer Gleitzahl von 22,7207, danach fällt sie dann wieder etwas ab , um dann bei -3° Ausschlag ihr endgültiges Maximum zu erreichen.

Das kleinste Sinken von 0,3969 m/s wir bei einem Höhenruderausschlag von -3° erreichnet .
Danach ist dann sofort der Abriss an der Fläche da.

Im dritten Bild sehen wir eine CA-E-Kurve (Auftriebsbeiwert X-Achse, Gleitzahl Y-Achse).
Kleine Dreiecke zeigen an , das es irgendwo an den Flächen einen Strömungsabriss gibt, die genaue Position muß man mit einer Einzelrechnung sichtbar machen.
Man kann schön den Buckel bei einem CA von 0,8457 erkennen.

Im vierten Bild dann noch die Kurve v / vs .

Diese Rechnung wurde nun ohne irgend welchen Einsatz von Wölbklappen oder sonstigen Flaps gemacht.
Wenn ihr mögt, dann probiert es einfach mal mit Klappeneinsatz aus.

Eventuell kann nun Hans Rupp noch ein paar Vorschläge machen (mit Wölbklappe oder Flap), wie gesagt der Super-Seglerexperte bin ich nicht.

Gruß

Frank

 

[henning86]

Hallo,

also im Prinzip ist es nur ein "semiscale" Nachbau. Der Discus hat in echt ja auch keine Wölbklappen. Ich muss mich also nicht millimetergenau an die Geometrie halten. Nur weiß ich jetzt nicht wie groß die Änderungen sein müssten, damit sie auch wirklich was bringen. Ein dreifach Trapez sollte die Fläche schon noch bleiben ;-)
Ich kann halt die ganzen Zahlen auch nicht so gut einschätzen. Bin ganz allgemein noch kein Experte
Aber mit anderen Straks kann ich ja mal experimentieren, vielleicht finden sich da ja noch Ideengeber Ich weiß leider bisher noch nicht wie man bestehende Profile verändert.

Irgendwie sieht das alles aber noch nicht so ganz pralle aus.

Was genau meinst du denn eigentlich? Die Auftriebsverteilung? Wiegesagt, ein bisschen was ließe sich schon machen.

Ich muss mich heute leider noch ein wenig mit anderen Dingen beschäftigen, habe morgen noch eine letzte Prüfung. Aber ab morgen bin ich dann wieder voll dabei und kann die Sache vorantreiben.

Viele Grüße, Henning

 

[Frank Ranis]

Hallo Henning,

>Was genau meinst du denn eigentlich? Die Auftriebsverteilung? Wiegesagt, ein bisschen was ließe sich schon machen.
Aua ha , da hat der Aerodynamik-Beginner den Halbfachman wieder voll erwischt.

Die Experten schocken die Anfänger hier also mit Begriffen , wie CA (Auftriebsbeiwert) , Gamma (Zirkulationsverteilung) und weiterem Zeug .

Was sagt uns das CA (Auftriebsbeiwert).
Im Prinzip alles und gar nichts, da kann ein Modell bei einem CA von 0,5 unterwegs sein , aber auch ein manntragender Segler.
Erst wenn man weitere Daten zu den Flugzeugen hat, kann man aus dem CA etwas brauchbares machen.

Was wirklich intessiert, sind doch die Kräfte in Newton , die an so einem Flugzeug auftreten.
Da ist z.B. die Gewichtskraft , sie wird berechnet
Gewichtskraft [N] = Masse [kg] * 9,81 [m/s^2]
Hier muß man also die Masse (nicht Gewicht , sondern Masse) des Modelles in kg kennen , einfach auf die Personenwage stellen und ablesen.

Nehmen wir also mal ein Modell mit einer Masse von 1,5kg , das mal 9,81[m/s^2) machte eine Gewichtskraft von 14,715 kg*m/s^2 = 14,715 N.

Die Tragfläche des Modelles muß nun durch seine Auftriebskraft in der Lage sein diese Gewichtskraft zu kompensieren.
Dies Kraft haben wir ja schon, sie entspricht der Gewichtskraft des Modelles , also auch 14,715N.

Ziel soll es sein sein das CA zu berechnen, welches für das Modell gebraucht wird.

Dazu braucht man zunächts einmal die Größe (Flächeninhalt) der Tragfläche in m^2.
Nehmen wir einfach mal ein Spannweite von 2,5m und eine Flächentiefe von 0,2m.
Daraus ergibt sich ein Flächeninhalt von Fläche [m^2] = 2,5m * 0,2 m = 0,5m^2

Damit das Modell überhaupt oben bleibt, muß die Tragfläche mit einer bestimmten Geschwindigkeit umströmt werden.
Entweder bewegt sich das Modell durch die stehende Luft (unser Normalfall) , oder die Luft bewegt sich um das stehende Modell (Windkanal) .

Suchen wir uns diese Geschwindigkeit einfach mal aus , z.B. 10m/s oder mal 3,6 = 36km/h.

Das letzte was wir nun noch brauchen ist die Dichte des Mediums , durch das sich unser Modell bewegen soll.
Wir haben Luft , und die Dichte der Luft beträgt in Bodenähe etwa 1.225kg/m^3.
In 25km Höhe sind es nur noch 0,040kg /m^3, man muß also schon in etwa wissen in welcher Höhe man unterwegs ist.

Also noch mal die nötigen Daten .
Benötigte Auftriebskraft = 14,715 N
Flügelfläche = 0,5 m^2
Luftdichte in Höhe 0m = 1,225kg/m^3
gewünschte Modellgeschwindgkeit = 10m/s

Die Formel für das CA lautet.
CA = 2 * Gewichtskraft[N] / (Geschwindigkeit[m/s] * Geschwindigkeit[m/s] * Luftdichte[kg/m^3] * Flügelfläche[m^2] ).

CA = 2 * 14,715 / (10 * 10 * 1,225 * 0,5 ) = 0,481.

Für das gleiche CA bei einem manntragenden Flugzeug muß man Auftriebskraft , Geschwindigkeit und Flächengröße ändern.
Der Beiwert beider Flugzeuge ist zwar gleich , aber alle anderen Parameter sind völlig unterschiedlich.

Auftriebsverteilung:
Das dumme bei einem Flügel mit endlicher Spannweite ist, das es an den Flügelspitzen eine Umströmung (Druckausgleich) gibt.
Die Luftpartikel wollen von Bereichen mit hohem Druck (Flügelunterseite) in Bereiche mit niedrigem Druck (Flügeloberseite) strömen.

So passiert es , das man an der Flügelwurzel eine fast vollständige Auftriebskraft zur Verfühgung hat , die dann zu den Flügelspitzen hin stetig geringer wird.
Die Aufgabe der Berechnungsverfahren (Vortex-Lattice, Multhopp, Laschka/Wegener , Truckenbrodt usw.) ist es nun die Kraftverteilung (Auftriebsverteilung) entlang der Spannweite (oder noch besser Flächenverteilt) zu berechnen.

Die Kraftverteilung kann man sich in der Kurve (Gamma / Zirkulationsverteilug) darstellen lassen.
Das lokale-gamma (lokal , ein Flügelschitt entlang der Spannweite) berechnet sich aus der Formel
gamma_lokal = ca_lokal * profiltiefe_lokal / 2 .
Dabei ist gamma keine Kraft in Newton , denn hier fehlt die Geschwindigkeit und die Luftdichte.
Aber mit der Zirkulationsverteilung kann man aber die Kräfteverhältnisse am Flügel sichtbar machen, in FLZ_Vortex ist es die rote Linie.

Also noch mal zusammen.

CA ist ein Beiwert , den man gerne zum Vergleich von Flugzeugen und Profilen herannzieht.
Das Ca ist aber ein dimensionsloser Wert , der ohne eine Flächen- Geschwindigkeits- und Luftdruckangabe , ein recht nichtssagender Wert ist.

Einen Eindruck (aber immer noch keine Kraft in N) über die Kräfteverteilung am Flügel erhält man , wenn man aus ca*t/2 die Zirkulationsverteilung (oder Auftriebsverteilung !! ) gamma berechnet.

Nimmt man zur Zirkulationsverteilung noch die Geschwindigkeit und den Luftdruck hinzu, kann man die tatsächliche Kraft in Newton für einen Flügelschnitt berechnen .

Und mit dieser Kenntnis kann man dann Gesamt-Auftriebskräfte , Momente usw.usw. berechnen .
Wenn man das ganze noch weiterspinnt, kann man die Kräftverteilung auch dazu benutzen die Statik (Bauteiledimensionierung usw.) zu berechnen.

Beim CW-Wert (Widerstandsbeiwert) verhält sich die Sache genau wie beim CA auch.
Zunächst ist CW nur ein schöner Wert der da duch die Gegend gschmissen wird.
Erst wenn man eine Fläche , eine Geschwindigkeit und einen Luftdruck dazunimmt , wird daraus eine Widerstandskraft , die dann richtigen Nährwert hat .
Und dieser Kraft in Newton kann ich dann nehmen und mir z.B.einen passenden Antrieb für mein Motormodell auszusuchen.

Gruß

Frank

 

[henning86]

Hallo Frank, das war nochmal eine tolle Zusammenfassung! Zu den einzelnen Begriffen hatte ich mich ja schon eingelesen. Aber das mit der Zirkulationsverteilung ist sehr hilfreich

Die Frage war etwas anders geartet: Welche Werte sehen denn gar nicht gut aus? Meinte ich damit. In welche Richtung sollte ich mich nach Verbesserungen umsehen. Also eigentlich jetzt wieder etwas Segelflieger-theoretische Fragen.

Viele Grüße Henning

 

[kurbel]

Hier mal ein paar Dinge, nach denen ich normalerweise kucke.

Verwindung vermeide ich, wo es nur geht.
Denn die ist immer nur für einen Anstellwinkel respektive ein Ca richtig.
Wenn der Flügel insgesamt null Auftrieb macht, dann sollte auch die Zirkulationsverteilung über die gesamte Spannweite null oder nahezu null sein.

Wenn die Verteilung der Flügeltiefe dann dazu führt, dass ein Strömungsabriss zuerst am Außenflügel passiert, reagiere ich darauf mit einem angepassten Profilstrak.
Dafür ist es zweckmäßig zuerst ein möglichst gutes/passendes Profil für den Außenflügel zu finden.
Es muss die zu erwartenden geringen Re-Zahlen vertragen und das gewünschte Ca-Spektrum mit möglichst geringem Profilwiderstand abdecken können.
Wobei man im Hinterkopf behalten sollte, dass der Profilwiderstand bei den geringen Ca-Werten des Schnellflugs viel entscheidender sind, als bei hohen Ca-Werten in der Thermik.
Ein möglichst nur moderat negativer Momentenbeiwert des Profils hilft hier, Torsion des Flügels im Schnellflug zu vermeiden.

Wenn man nun ein Außenflügelprofil hat und weiß, was man von ihm bestenfalls erwarten kann, wählt man ein Innenflügelprofil, welches dazu passt.
Das heißt, wenn der Außenflügel beispielsweise eh nur Ca=0.9 schafft, ist es nicht zweckmäßig ein Innenflügelprofil zu wählen, dass gleichviel oder mehr schafft.
Das, was man an Ca_max nicht braucht steckt man dann beim Profildesign (oder der Profilauswahl) lieber in geringeren Profilwiderstand (insbesondere für Schnellflug, also bei geringem Ca).

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