Wirksamkeit Höhenleitwerk - zu klein?

[RainerSeubert]

Man fixiert nicht generell bei 20%!

Man fixiert, um den Umschlag laminar - turbulent OHNE Blase zu bekommen (wegen Widerstand), oder um eine laminare Ablösung zu verhindern (wegen ca_ max). Die Position ist abhängig von dem, was man damit erreichen will.

Die Fixierung muss immer kurz vor der Blase sein, sonst ist sie wirkungslos. Das kann bei 20% funktionieren, aber auch bei 40%, kommt halt drauf an, wie das Profil belastet ist (ca) und wie die Kontur aussieht (Dicken-, Wölbunsrücklage, Hauptdruckanstieg).

Geht es um ca_max, musst du - pauschal gesagt- ganz vorne fixieren, wie die Freiflieger.

Ein weiterer Aspekt ist das wesentlich linearere Momentenverhalten von Profilen ohne Blase, aber da können Freiflieger mehr dazu sagen! Denn die haben damit ein richtiges Problem...

Ich sag halt: nimm Xfoil und schau dir das an, was besseres hast Du Hobby mäßig nicht zur Verfügung! Rechne das Profil (bei richtiger Re-Zahl und dem 3d-Fall angepasstem ca), und du siehst in der Druckverteilung die Blase (abhängig von ca, bzw. Alfa) . In der Blase ist cp konstant und du siehst die Kinke im cp-Verlauf, je kleiner die Re-Zahl, desto ausgeprägter die Blase. Dann packst du den Turbulator 2% davor.

 

[zettl57]

Mir ging es weniger um die 20%, als um die Frage, ob Flächen und Ruder unterschiedlich zu behandeln sind. Aber alles o.k.

 

[BZFrank]

Einen Teil davon glaub ich verstanden zu haben, was mir aber noch nicht einleuchtet ist die Wirkungsweise des Zackenbands an der Unterseite bei Ausschlag nach oben.
Bei großem Ausschlag nach oben reißt doch an der Kante Profilunterseite die Strömung ab, das Ruder steht nach oben, was wirkt da noch? Der entstandene Wirbel?

Die durch den Turbulator verwirbelte Strömung liegt besser am Ruder an. Dadurch erreichst du eine höhere Ruderwirkung bei gleichem Ausschlag.

Im Prinzip verwende ich Turbulatoren an drei Positionen, jeder hat andere Gründe und behebt andere Probleme:

- Oberseite hinten - Behebung von Blasenproblematik.

- Oberseite vorne, Aussenbereich der Fläche - Behebung von Stallproblematik, insb. Tip-Stall. "Macht den Vogel zahmer, da er nur noch zahm durchsackt aber nicht mehr über die Fläche kommt"

- Unterseite vor der Ruderfläche - Erhöht Ruderwirkung.

Insb. die letzten zwei werden von mir auch oft zusammen eingesetzt, denn man vermindert die (Quer)ruderwirkung mit einem vorliegenden Turbulator auf der Oberseite. Der auf der Unterseite vor dem Ruder kompensiert den Effekt wieder.

Und da es in der Natur niemals Freibier gibt, gibts auch Nachteile: ein Zuwachs an Wiederstand. Oftmals ist das aber irrelevant, wenn die Flugcharakteristik dafür besser wird.

 

[2m-Tom]

@2m-Tom

Wo genau hast Du jetzt das Zackenband positioniert? Ein Foto wäre ganz hilfreich.

Hier . . .

. . . und dann . . . . . . würd ich gerne noch was zur Position des Zackenbandes beitragen . . .

gelegentlich schaue ich in Youtube den einen oder anderen Beitrag zum Modellfliegen an. Da gibt es einen Beitrag von der Koryphäe in unserer Szene. (Derjenige welcher "Die Modellbauer" im TV prodziert hat. Mit den längeren Haaren, nicht der ehemalige Vertriebsleiter von Graupner, Name fällt mir grad nicht ein)
Und er hat nun an seinem Flieger - im Youtube - das Zackenband vor die Wölbklappen und Querruder geklebt. . . weil (Zitat so ungefähr) "die Grenzschicht praktisch hinten um dir Ruderklappe herum nach vorne läuft - und mit dem Zackenband wird sie dann definiert abgelöst. Damit kann er seinen Flieger langsamer fliegen.

. . . nur um noch eine Theorie beizusteuern.

Mein Problem ist wie auf den Fotos zu sehen, gelöst.


. . . und noch mal an alle anderen . . . NEIN!!!! Mein Problem hatte nichts mit den Höhenleitwerksausschlägen zu tun.
Zum Verständnis (hab das Manöver so nicht geflogen, bin mir aber sicher) Das Problem war . . . Anstechen, mit Abfangkurve fängt die Kestrel wieder an, zu steigen. Dabei wird sie immer langsamer und irgendwann taucht sie durch - OHNE DASS SICH EINE RUDERKLAPPE BEWEGT HÄTTE. Also - die ganzen Tips mit Verringerung meiner Ruderausschläge waren prinzipiell richtig und gut. Haben jedoch nicht zur Problemlösung beigetragen.

 

[Hans Rupp]

Hallo,

Hartmut Siegmann ( www.aerodesign.de ) hat die Strömung mal mit Autofahrern verglichen. Wie Autofahrer liebt die Strömung zu beschleunigen und hasst zu bremsen. Eine beschleunigte oder zumindest nicht abgebremste Strömung wird nämlich bei einer einigermaßen glatten Oberfläche laminar anliegen. Umströmt die Luft unsere Profile wird sie bis zum Punkt größter Dicke beschleunigt, danach wieder abgebremst. Jetzt schlägt die Strömung nicht beim kleinsten Bremsen sofort von laminar in turbulent um. Fliegt man schnell genug und ist das Bremsen m Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit klein genug, passiert es sogar gar nicht oder erst sehr spät. Darauf beruhen die sogenannten „bubble ramp“-Profile, die bremsen sanft über eine lange Strecke, haben dafür die Dicke weit vorne. Da man es aber oft nicht ganz verhindern kann, gibt es auch Entwürfe die an einer Profile hart bremsen und so die Strömung genau dort von laminar zu turbulent umschlagen lassen wollen. Um dann die Blase klein zu halten und sie Strömung wieder schnell anliegen zu lassen wird das dann auch noch gerne mit einem Turbulator unterstützt. Wer sich tiefer dafür interessiert sei an die Seite von Hartmut verwiesen oder er besorgt sich seine Artikelserie Profile light aus der Aufwind oder belegt Vorlesungen dazu, gibt es derzeit ja bestimmt auch per Videochat.

Betrachten wir jetzt die Sache an dem HLW-Profil. Vollsymmetrisch mit nach oben ausgeschlagener Klappe erfolgt an der Kante zur Klappe unten ein plötzlicher Druckanstieg, Druckanstieg heißt bremsen und hier dann auch noch hart, die Strömung schlägt von laminar zu turbulent um und das mit einem großen Bereich, in dem die Luftteilchen wild umherwirbeln. Das ist die Ablöseblase. Die heißt unter anderem so, weil sich die Strömung vom Profilverlauf „ablöst“ und eine gewisse Strecke dem Profilverlauf nicht folgt. Ist die Strecke so groß, dass sie bis nach der Endleiste reicht, hat das fast die gleiche Wirkung wie eine sehr, sehr dicke Endleiste. Unsere Klappe ist zwar optisch schön stark ausgeschlagen, aber das interessiert die Strömung auf der Unterseite herzlich wenig. Das fiese an der Sache ist, dass das auch die Strömung an der Oberseite beeinflusst. Das kann so weit gehen, dass der Klappenausschlag fast wirkungslos ist. Ich habe das mit dem roten Verlauf skizziert.

Jetzt platzieren wir einen Turbulator etwas vor der Kante und zwingen die Strömung schon vorher mit kleineren Wirbeln zum Umschlag. Die Blase wird dadurch kleiner, die turbulente Strömung verkraftet harte Druckanstiege besser und folgt dem Profilverlauf enger. Folglich wird auch die Oberseitenströmung weniger beeinflusst. Hurra, unser Klappenausschlag wirkt auf einmal viel besser.



Das Ganze ist in Wirklichkeit komplexer, aber uns soll hier diese Erklärung, warum der Turbulator in dem Fall nach unten gehört, genügen.

Wieso das hier geschilderte Durchsacken ohne Ausschläge ausgelöst wurde ist damit nicht erklärt. Da wird es vermutlich noch komplexer. Die Kestrel war bekannt durch ihre Einschnürung Ablösungen am Rumpf zu haben. Eine plausible Erklärung wäre, dass sich am Rumpf-Flügelübergang eine große Ablöseblase mit starken Wirbeln bildet. Wenn jetzt diese Wirbel auf das HLW treffen nimmt das großen Einfluss auf den wirksamen Anstellwinkel des HLW bis hin zum Strömungsabriß. Durch die Rücknahme des Anstellwinkels verschiebt sich der Bereich in dem das Auftritt, es tritt seltener auf. Durch die Vergrößerung der Spannweite des HLW bleibt dann ein größerer Anteil des HLW unbeeinflusst, die Auftriebslast am inneren Teil des HLW sinkt, der Abriß bleibt aus.

Hans

 

[2m-Tom]

Hallo,

Hartmut Siegmann ( www.aerodesign.de ) hat die Strömung mal mit Autofahrern verglichen. Wie Autofahrer liebt die Strömung zu beschleunigen und hasst zu bremsen. Eine beschleunigte oder zumindest nicht abgebremste Strömung wird nämlich bei einer einigermaßen glatten Oberfläche laminar anliegen. Umströmt die Luft unsere Profile wird sie bis zum Punkt größter Dicke beschleunigt, danach wieder abgebremst. Jetzt schlägt die Strömung nicht beim kleinsten Bremsen sofort von laminar in turbulent um. Fliegt man schnell genug und ist das Bremsen m Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit klein genug, passiert es sogar gar nicht oder erst sehr spät. Darauf beruhen die sogenannten „bubble ramp“-Profile, die bremsen sanft über eine lange Strecke, haben dafür die Dicke weit vorne. Da man es aber oft nicht ganz verhindern kann, gibt es auch Entwürfe die an einer Profile hart bremsen und so die Strömung genau dort von laminar zu turbulent umschlagen lassen wollen. Um dann die Blase klein zu halten und sie Strömung wieder schnell anliegen zu lassen wird das dann auch noch gerne mit einem Turbulator unterstützt. Wer sich tiefer dafür interessiert sei an die Seite von Hartmut verwiesen oder er besorgt sich seine Artikelserie Profile light aus der Aufwind oder belegt Vorlesungen dazu, gibt es derzeit ja bestimmt auch per Videochat.

Betrachten wir jetzt die Sache an dem HLW-Profil. Vollsymmetrisch mit nach oben ausgeschlagener Klappe erfolgt an der Kante zur Klappe unten ein plötzlicher Druckanstieg, Druckanstieg heißt bremsen und hier dann auch noch hart, die Strömung schlägt von laminar zu turbulent um und das mit einem großen Bereich, in dem die Luftteilchen wild umherwirbeln. Das ist die Ablöseblase. Die heißt unter anderem so, weil sich die Strömung vom Profilverlauf „ablöst“ und eine gewisse Strecke dem Profilverlauf nicht folgt. Ist die Strecke so groß, dass sie bis nach der Endleiste reicht, hat das fast die gleiche Wirkung wie eine sehr, sehr dicke Endleiste. Unsere Klappe ist zwar optisch schön stark ausgeschlagen, aber das interessiert die Strömung auf der Unterseite herzlich wenig. Das fiese an der Sache ist, dass das auch die Strömung an der Oberseite beeinflusst. Das kann so weit gehen, dass der Klappenausschlag fast wirkungslos ist. Ich habe das mit dem roten Verlauf skizziert.

Jetzt platzieren wir einen Turbulator etwas vor der Kante und zwingen die Strömung schon vorher mit kleineren Wirbeln zum Umschlag. Die Blase wird dadurch kleiner, die turbulente Strömung verkraftet harte Druckanstiege besser und folgt dem Profilverlauf enger. Folglich wird auch die Oberseitenströmung weniger beeinflusst. Hurra, unser Klappenausschlag wirkt auf einmal viel besser.

Anhang anzeigen 2321018

Das Ganze ist in Wirklichkeit komplexer, aber uns soll hier diese Erklärung, warum der Turbulator in dem Fall nach unten gehört, genügen.

Wieso das hier geschilderte Durchsacken ohne Ausschläge ausgelöst wurde ist damit nicht erklärt. Da wird es vermutlich noch komplexer. Die Kestrel war bekannt durch ihre Einschnürung Ablösungen am Rumpf zu haben. Eine plausible Erklärung wäre, dass sich am Rumpf-Flügelübergang eine große Ablöseblase mit starken Wirbeln bildet. Wenn jetzt diese Wirbel auf das HLW treffen nimmt das großen Einfluss auf den wirksamen Anstellwinkel des HLW bis hin zum Strömungsabriß. Durch die Rücknahme des Anstellwinkels verschiebt sich der Bereich in dem das Auftritt, es tritt seltener auf. Durch die Vergrößerung der Spannweite des HLW bleibt dann ein größerer Anteil des HLW unbeeinflusst, die Auftriebslast am inneren Teil des HLW sinkt, der Abriß bleibt aus.

Hans

Hallo Hans,

leider gibt es in diesem Forum kein Emoji mit dem ich mich verneigen kann. So bleibt mir nur der Thumb up

Zunächst einmal finde ich Deine Erklärung der Laminar / Turbulenten Zackenband-Zusammenhänge sehr einleuchtend. DANKE!

Und die Erklärung mit dem Rumpf - darüber hatte ich noch nie nachgedacht, leuchtet aber ein - und den daraus resultierenden HLW-Wirbeln könnte eine Erklärung dafür sein, warum das so ist wie es ist.

Es bleibt die Frage, warum ich jetzt drüber gestolpert bin und sonst keiner - aber so Sachen hatte ich auch schon bei anderen Themen . . . ist manchmal so. (beispielsweise kann ich beim Motorradfahren an der Motorcharakteristik erfühlen, daß ein Luftfilter getauscht werden soll . . . andere halten mich für bekloppt . . . )

Liebe Grüße

Tom

 

[RainerSeubert]

Hmmm, Turbumator ... habe ich genauso beschrieben. Nur, dass der Turbulator die Blase auflöst. Dass der aus einer großen ein kleine macht, ist Quatsch!

Und wie der Effekt heißt, wenn ein T-Leitwerk in den abgelösten Nachlauf einer Flügel-Rumpfkombination kommt, habe ich auch schon genannt.

Alles bekannt, aber erfindet es halt neu ...

 

[Hans Rupp]

Hallo,

ja, Rainer hatte schon alles geschrieben, aber offensichtlich hatten es nicht alle verstanden und deshalb wollte ich es einfach etwas anders erklären und mit einer Grafik darstellen. Dass mir eine Vereinfachung bzw. unsaubere Formulierung vorgehalten werden würde war mir fast klar. Hauptsache, es ist jetzt ein paar mehr klar, wieso der Turbulator in dem Fall unter sein muss.

Hans

 

[FAG_1975]

... ja, Rainer hatte schon alles geschrieben, aber offensichtlich hatten es nicht alle verstanden und deshalb wollte ich es einfach etwas anders erklären und mit einer Grafik darstellen. Dass mir eine Vereinfachung bzw. unsaubere Formulierung vorgehalten werden würde war mir fast klar. Hauptsache, es ist jetzt ein paar mehr klar, wieso der Turbulator in dem Fall unter sein muss.

Ja, mir (so oberflächlich); ist eben ein Sender - Empfänger Problem. Insofern schadet es nicht, wenn der gleiche Sachverhalt mehrfach in anderen Worten oder mit Illustrationen erklärt wird. Jede Erklärung ist dabei gleich viel "Wert" und keine "degradiert" die andere. Auch Vereinfachungen sind willkommen, denn ich möchte hier nicht Luft- und Raumfahrt studieren. Lebensnahe Pi mal Daumen Regeln reichen in der Regel ... ... und wer tiefer einsteigen will, hat damit eine "Eintrittskarte".

 

[Chrima]

Hallo Alle

Ich habe den Thread letztes Jahr entdeckt und dann auch gleich von Beginn an - normaler Weise warte ich jeweils ab - einen kleinen Turbulator auf die Unterseite des Höhenleitwerks geklebt.
Der Erstflug (über 1 Stunde) erfolgte dann ohne das beschriebene und gefürchtete Verhalten.

Da ich jetzt gerade noch am Ausmessen war für eine Rumpftasche, fiel mir auf, dass der Rumpf ziemlich genau im Massstab 1:4 gebaut ist. Länge, Höhe UND auch die Spannweite des Höhenleitwerkes (285cm : 69cm = 1:4.1 ! )
Ergo ist der 19m-Kestrel also eigentlich ein 20m-Kestrel.
Vermutlich wollte jemand einfach einen 5m-Segler und passte dann den Massstab entsprechend an auf 1:3.8.

Da mir beim Erstflug dann auch etwas Schwerfälligkeit um die Längsachse auffiel, kam ich auf die Idee nicht das HLW zu vergrössern, sondern die Flügel zu stutzen.

Ich benötige nicht unbedingt einen 5m-Segler, mir reicht auch 4.75m.
Am Liebsten hätte ich natürlich die Flügel innen gekürzt, wozu ich aber den Aufwand scheue und auch zuwenig Mut habe.
Also wird dann bei Gelegenheit der Randbogen "versetzt".
Die Verkleinerung der Flügelfläche geht dann ja auch in die positive Richtung zu einem im Verhältnis grösseren Leitwerksvolumen.

Nur noch so als eine weitere (etwas drastischere) Abänderung, aber eben mit hoffentlich zusätzlicher verbesserter Rollwendigkeit.

Grüsse
Christian