xflr5 - Tragflügelberechnungen Cl, Cp, Cd......Bedeutung......???

[Modellflugpilot]

...ein echt tolles Programm für aerodynamische Berechnungen!

Aber:
Für mich als Beginner, der sich damit einmal zusammensetzten möchte und es mal ansatzweise verstehen will, gibt es Startschwirigkeiten.

Wer kann mir da helfen, oder wo wird einem geholfen?

Meine größten Stolpersteine sind zunächstmal die Begriffe Cl, Cp, CL/Cd, ....und evt. auch deren 'Zusammenhänge.
Ich weiß das man das nicht von 0 auf 100 lernen kann, aber irgendwo muß man ja beginnen.
Prinzipjelles Grundverständnis ist ja vorhanden...sozusagen nicht ganz dumm, aber eben da hackt es z. B.

Mein gennerelles Ziel ist es vorerstmal ein Profil selbst bewerten zu können bezüglich der Variablen, Eigenschaften und Verhalten.
Würde mich darüber sehr freuen wenn da ein Wissender Unterstützung gäbe.

Viele Grüße
Hans

 

[Fliegerstefan]

Moin Hans,
du hast recht, ist insgesamt recht komplex aber erlernbar. Dazu solltest du dir Fachliteratur besorgen!
Dort werden die Begrifflichkeiten und Zusammenhänge genau erklärt.
Du musst lernen was eine Profilsehne ist, der Nullauftriebswinkel, die Wölbung, Wölbungsrücklage, Profildicke usw
zb.:
CL = Lift = Auftriebsbeiwert
Cd = drag-Widerstandsbeiwert
Cp = pressure = Druckcoeffizient
Auftriebsanstieg
Re-Zahl (Reynoldszahl) - Ähnlichkeiten von Strömungen

...viel Erfolg!
Folgende Bücher finde ich zum Anfang gut (ich habe viele Bücher):

Grundlage des Modellfliegens - Alasdair Sutherland (gibts gut gebraucht bei eBay)
aerodynamic workbook - Vol1 und 2 - Tobias Pfaff
Flugmodell Aerodynamik - Martin Simons
Design, Leistung und Dynamik von Segelflugmodellen - Dr. Helmut Quabek (sehr anspruchsvoll)

und dieser Link von Hartmut Siegmann (super beschrieben mit hoher Fachkompetenz)

aerodesign.de

Aerodynamik, Design, Entwicklung und Berechnung von Fluggeräten für den Luftsport.

www.aerodesign.de

https://www.aerodesign.de/profile/profile_m.htm

und Vieles mehr!!

Jetzt hast du Futter für das Jahr 2021

Gruß
Stefan

 

[Modellflugpilot]

Servus Stefan,

ganz lieben Dank für deine Mühe. Deine Antwort macht mir schon mal Mut.
Profilsehne, Nullauftriebswinkel...sind mir schon geläufig, aber daß Cl - Ca bedeutet und Cd der Cw Wert ist...eben auf englisch?????
...da bin ich platt. Diese Begriffe sind für mich auch nicht mehr fremd.
Aber ich bin total verzweifelt mit den engl. Bezeichnungen...da stand ich einfach in einer Sackgasse.
Da bin ich jetzt echt froh über deine Hilfe
Ganz klar daß ich da erst am Anfang stecke, aber wie gesagt du machst mir Mut, und ich merke schon , um Fachliteratur komme ich da nicht rum.

Großes Mercie
Hans

 

[Fliegerstefan]

Moin Hans, ich finde es toll das es noch Modellflieger gibt, die sich intensiv mit Aerodynamik beschäftigen-wollen. Dazu gehört auch die Längsstabilität mit Schwerpunkt und EWD. Alles ist von einander abhängig und nichts darf isoliert betrachtet werden.
Wenn du Fragen hast oder diskutieren möchtest schreib mich gerne an.
Ich geb mir auch Mühe.... bin schon ziemlich lange dabei und konstruiere selber.
Gruss
Stefan

 

[Fliegerstefan]

Moin Hans, ich finde es toll das es noch Modellflieger gibt, die sich intensiv mit Aerodynamik beschäftigen-wollen. Dazu gehört auch die Längsstabilität mit Schwerpunkt und EWD. Alles ist von einander abhängig und nichts darf isoliert betrachtet werden.
Wenn du Fragen hast oder diskutieren möchtest schreib mich gerne an.
Ich geb mir auch Mühe.... bin schon ziemlich lange dabei und konstruiere selber.
Gruss
Stefan

 

[Fliegerstefan]

Ups...

 

[RainerSeubert]

Als bestes Buch für Einsteiger halte ich immer noch "Modellflug inTheorie und Praxis" aus dem VEB Verlag der ehemaligen Täterätä..

Da wird auch für Laien verständlich die Theorie erklärt und dann an Beispielen verschiedene Modelle ausgelegt, vom Freiflieger über F3B bis F3A, da dann auch mit Motor und Propeller! Und siehe da, man braucht erst Mal kein Programm, was man eh nicht richtig versteht, das geht alles von Hand, oder mit Taschenrechner!

Damit habe ich '83 meinen Satisfaction ausgelegt. Mit den berechneten Propellerdaten und gemessener Motor-Leistungskurve war dann auch sowas möglich wie Steigpolaren, max. Höhe beim senkrechten Steigen, oder Geschwindigkeitsänderung im Looping...

Rainer

PS Du kannst auch mal spaßeshalber in Phillips "Mechanics of Flight" schauen, ein englisches Flugmechanikbuch, da sind die Originalrechnungen der Spitfire drin, mit sämtlichen Formeln, eingesetzten Werten, Ergebnisse und deren Interpretation! Leider musst Du da einen sehr guten "technical Englisch" Wortschatz haben.

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
die Grundlagenwerke habt ihr ja schon genannt. Ich habe hier mal meinen "Leidensweg" zusammengefasst:

Aerodynamik/Profilauslegung Anfängerfragen

Hallo zusammen, In letzter Zeit habe ich etwas mit FLZ-Vortex sowie XFLR herumgespielt und möchte mich nun etwas mehr in das aerodynamische Verständnis von Tragflächenprofilen einarbeiten. Ich habe ein paar Fragen gesammelt, die sich mir in letzter Zeit auftaten. Es werden sicher noch einige...

www.rc-network.de

Besonders gut finde ich die Videos von "Techwinder". Ich glaube das ist der Entwickler von xflr5.
Schöne Grüße und viel Erfolg,
Johannes

 

[jmoors]

Wenn ein einfaches, gut verständliches Englisch nicht abschreckt, habe ich ein absolut geniales Buch für dich: Understanding Polars without Math.
Das Buch hilft, die Diagramme zu verstehen und Flugzeuge auszulegen. Mich wundert, dass das Buch hier in Deutschland kaum bekannt ist. Du kannst dir bei Bill (sehr freundlicher Kontakt und eine Ikone in den USA) am besten das PDF zum Download bestellen. Die Versandkosten für das Buch sind viel zu hoch im Vergleich zum Kaufwert.

Bill hat auch noch einige andere interessante Bücher, z. B.

- Aerodynamic Design of Radioguided Sailplanes
- Aerodynamics and Flight Mechanics of Aeromodels
- Structural Dimensioning of Radioguided Aeromodels

Mir haben die Bücher so gut gefallen, dass ich die PDFs ausgedruckt und gebunden habe.

VG, Jürgen

P.S.: Ein frohes, neues Jahr!

 

[Modellflugpilot]

Erstmals ein ganz großes Danke,
an alle die mir hier mit ihren wertvollen Ratschlägen zur Hilfe gegangen sind !
Ich weiß zugute wie wertvoll Zeit ist und freue mich sehr über jeden hilfreichen Kommentar.

Ich würde hier gerne, Stück für Stück ein par Diagramme abbilden, die dann von wissenden kurz etwas interpretiert werden könnten.
Ich kann mir gut vorstellen, daß es für einige von uns etwas hilfreich wäre ein Profil mit ihren Eigenschaften etwas besser zu verstehen.
Es sollte nicht der all zu tiefe Einstieg werden, aber vielleicht kann ich oder so mancher ein Profil besser deuten.

Hier habe ich zunächst eine Liste der Koeffizienten und Abkürzungen gefunden:

xflr5 6.45 nun in Deutsch: Präsentation

Hallo, Mit der neuen Version 6.45 ist xflr5 nun auch wieder mit einer deutschen Benutzeroberfläche verfügbar: Die deutsche Version soll vor allem Aerodynamik-Interessierte, die im Englischen nicht ganz so sicher sind, den Einstieg in die faszinierende Welt der Profil- und Modellberechnung...

www.rc-network.de

Viele Grüße
Hans

 

[Fliegerstefan]

Moin Hans, so viele Diagramme - du solltest erst einmal dein Ziel definieren und nicht alles Rechnen was das Programm zur Verfügung stellt!
Das sieht nachProfili aus.
Wie sieht denn dein Lastenheft für den Flieger aus?

Gruß
Stefan

 

[Faronas]

Stop! Jetzt fängt es auch für mich an interessant zu werden, daher auch von mir die Bitte, die Diagramme nacheinander durchzugehen - so viele gleichzeitig birgen die Gefahr, dass der Thread unübersichtlich wird.
Bei allen Diagrammen gibt es nur 2-3 Ecken, die spannend sind, oder auch gerade im Vergleich zweier Fälle. Ich würde mich freuen, wenn dieser Thread da Licht ins Dunkel bringt - ist nämlich auch genau das Problem, das ich mit XFLR5 habe, dass mir von den 10 Diagrammen nur 2 was sagen.

Patrick

 

[mipme_kampfkoloss]

Ich fange gerne mal an. Ich nehme an das Hans wissen möchte was die einzelnen Polaren aussagen. Ich beschränke mich mal auf das Wesentliche ohne zu große Details.

@1: Klassische T1 Polare zeigt den Auftriebskoeffizienten (Y) und den Widerstandskoeffizienten (X) für eine bestimmte Geschwindigkeit (Re) an.
Diese Darstellung eignet sich vorallem um mal schnell den Minimalwiderstand und den Maximalauftrieb zu bestimmen und um verschiedene Profile miteinander zu vergleichen.
Anmerkung: die Geschwindigkeitsspreizung ist zu groß (also 30.000 auf 300.000) bzw. sollten die Polaren für jene Re-Zahlen berechnet werden die meist gefolgen werden. Also Re 30.000 bis 750.000 wären bei einer Flächentiefe von 200mm dann 2,14 m/s bis 53,5 m/s!

@2: Anstieg von Auftrieb (Cl) und Widerstand (Cd) über den Anstellwinkel des Profils. Zweiteres hab ich noch nie gebraucht. Aus ersterem ist vorallem der Nullauftriebswinkel und die Steigung interessant für den Entwurf von Flächenstraks.

 

[Modellflugpilot]

Danke die Herren ...ich freue mich echt über eure Beiträge..

@ Stefan: Ziel ist es, Profile besser zu verstehen, so daß ich selber aus einem Diagramm etwas ableiten kann. Es soll noch kein Flieger daraus entstehen.
Vorerst reicht es mir wenn ich meinen bestehenden Flieger mit vorhandenem Profil deuten und einschätzen kann; sonst weiß ich ja garnicht was ich verbessern soll oder kann. ( Diagramm stammt aus Profili, ist aber relativ identisch mit xflr5)

@ Patrick: Sehr gut....ein Diagram nach dem anderen damit jeder seine Wünsche erfüllt bekommt und auch versteht.

@ Kampfkoloss: Guter Einstieg...mercie.

Diagramm 1 - Ich interpretiere (Bitte immer berichtigen wenn ich da was falsches verstanden habe):

- Mit steigendem Auftriebsbeiwert Cl(Ca) steigt auch der Widerstand Cd (Cw). Bei unterschiedlichen Re Zahlen eben auch unterschiedlich.
In einem Bereich von ca. Cl =0.2 - 0.6 steigt mein Auftrieb gut an ohne es mit all zu großem Widerstandzuwachs büßen zu müssen. So kann
ich auch erkennen daß ab einem Punkt der Auftrieb kaum mehr ansteigt, dafür aber nur noch der Widerstand wächst.
Im Bereich Cl kleiner als 0.2 steigt mein Widerstand ebenfallswieder an. In diesem Bereich ein Profil zu betreiben bedeutet nur ganz geringen Auftrieb, aber viel Widerstand. Für mich in der Praxis: Zu kleine EWD....Auftriebsverlust + Widerstandszuwachs.

Die Re Zahl: Da habe ich eine ganz einfache Formel zur Berechnung gefunden.

Re ~ 70 x V x l Geschwindigkeit V in (m/s) und Flügeltiefe l in (mm). Der Umrechnungsfaktor 70 gilt für ausreichende Genauigkeit für die Luftdichte und Viskosität.
Da wären wir ja fast im richtigen Bereich. Die Schnorchler und die angehenden DS flieger......

Also Re 30.000 bis 750.000 wären bei einer Flächentiefe von 200mm dann 2,14 m/s bis 53,5 m/s!

Re ~ 70 x 53,5m/s x 200 mm = 749000

Bitte noch bei Diagramm 1 bleiben bis es ausreichend interpretiert wurde!

 

[mipme_kampfkoloss]

Ich mach mal weiter - gestern war es schon spät. Es ist auch besser alle Diagramme mal beim Namen zu nennen, da man dann alles in seiner Gesamtheit betrachten kann.

@3.1: Anstieg und Abfall der Gleitzahl über den Anstellwinkel des Profils - braucht man eigentlich selten
@3.2: Momentenverlauf über den Anstellwinkel. Das ist eigentlich ein sehr wichtiges Diagramm. Es zeigt einem erst mal das Vorzeichen und in weiteren Verlauf die Größe des Profilmomentes an. Negativ bedeutet, das Profil dreht sich nach unten. 0: Das Profil dreht sich kaum, bzw. positiv: das Profil erzeugt ein aufstellendes Moment.

Wenn du nur Leitwerke fliegst: je kleiner das negative Moment, umso kleiner kann das HLW ausfallen.
Wenn du Nuris auch bedenkst: Hier muss mit dem Profil, der Flügelgeometrie und der Schränkung das Gesamtmoment entsprechend konstruiert werden.

@4: Umschlagsposition der Oberflächenströmung von laminar nach turbulent nach Geschwindigkeit (Re) und Anstellwinkel - jeweils für die Oberseite und die Unterseite. Also zB bei Re 50.000 und 5° Anstellwinkel schlägt die Strömung bei ca. 50% der Flächentiefe auf der Oberseite um.

 

[mipme_kampfkoloss]

@5: Powerfaktor bzw. Steigzahl - ist sehr nahe verwandt mit der Gleitzahl, gibt jedoch den Verlauf der "Sinkgeschwindigkeit" an.
Also bei Re. 70.000 liegt das minimale Sinken des Profils bei 6° Anstellwinkel

Wenn du einen Freiflieger oder Thermikschleicher entwickeln willst, ist diese Kennzahl dein Hauptoptimierungsfaktor!

 

[mipme_kampfkoloss]

@6: Illustration der Druckverteilung entlang der Profilkontur. Die Vektoren sind immer 90° zum Oberflächensegment. Die Länge gibt die "Größe" des Druckunterschieds an. Man sieht sehr schön den Unterdruck oben und den Überdruck an Nase, Endleiste und Unterseite.

@7: ist eigentlich besser und informativer als @6 zeigt jedoch in etwa das gleiche. Am Anfang steigen beide Drücke stark an (die Nase) und flachen dann langsam zur Endleiste ab. Was man auch beachten sollte ist die kleine Klippe im Verlauf. Dort löst sich die Strömung ab bzw. schlägt um - wenn ich es richtig weiß...

 

[mipme_kampfkoloss]

@8: diese Darstellung habe ich noch nie verwendet, aber ist recht einfach zu interpretieren: Es zeigt den Verlauf des Auftriebs- und Widerstandsfaktors für ein bestimmtes Alpha über die Fluggeschwindigkeit an (Re).

Hier sieht man ganz gut den idealen Einsatzbereich des Profils - der sollte wohl so im Bereich 250-300.000 liegen, da hier das Cl für alle Anstellwinkel maximal ist und der Widerstand kaum noch geringer wird. Genauer könnte man das bei der Gleitzahl über Re für spezifizierte Alpha sehen.

 

[mipme_kampfkoloss]

Was fängt man jetzt mit dem ganzen Zeugs an?

Also ohne ein Vergleichprofil oder ein komplett modelierten Flieger ist die Anzahl der praktisch ableitbaren Aussagen natürlich reduziert.

Wenn ich jetzt mal eine Empfehlung abgeben darf würde ich mich zwei Sachen konzentrieren:
a.) Baufehler und deren Auswirkungen und
b.) Einsatz eines Turbulators

Dazu braucht man eigentlich nur die Diagramme @1 und @7, die geschätzte Re-Zahl und den geschätzten Anstellwinkel des Profils im gewünschten Flugzustands.

@a: dazu das Diagramm @7 für die Re-Zahl und Anstellwinkel erstellen und die "Klippen" suchen. Alles was an Baufehlern / Anlenkung, etc. davor ist (Ober- und Unterseite) wirkt sich sehr auf die Performance des Profil aus. Daher sollte man sich überlegen, ob man das so lässt. Alles dahinter ist weniger wichtig, da die Strömung dort turbulent ist...

@b: Hierfür erstellt man am besten Typ 2 Polare (oder auch Typ 1 - wie die oben) für das Profil mit definiertem Umschlagspunkt. Bei XFLR kann man das getrennt für die Ober- und Unterseite einstellen. Dann vergleicht man die Polaren und schaut sich an ob sich das Profil verbessert (Polare wird nach links verschoben) oder verschlechtert. Am besten ein paar Prozent hinter der maximalen Dicke beginnen und sich in 10% Schritten der Endleiste annähern. Von der Polare mit der besten Performance (Gleitzahl, Steigzahl, etc.) den Umschlagspunkt (oben und unten) notieren und an entsprechender Position einen Turbulator am Flügel anbringen und den Unterschied beim Fliegen spüren.

Wenn die Tragfläche nicht gerade ist, entsprechend das Prozedere für die schmäleren Abschnitte für das Bestimmen der Turbulatorposition durchführen.

 

[Fliegerstefan]

So bekommst du keinen Überblick. Nimm einen konkreten Flieger und dann rechne dieses Beispiel.

gruss
Stefan