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Willa

RCLine User

  • »Willa« ist der Autor dieses Themas

Wohnort: Bremen

Beruf: Bastler

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1

Freitag, 30. Januar 2015, 12:49

Slowflyer Profil mit bestimmten Anforderungen (L/D ok, moment"frei")

Hallo,

ich habe hier im Forum schon einige sehr interessante und schlaue Beiträge zum Thema Flügelprofil gelesen, und ich hoffe diese Experten finden auch diesen Beitrag und möchten was dazu schreiben: Ich spiele momentan mit verschiedenen Flügelprofilen für ein langsam fliegendes Flugzeug (Spannweite ca. 220mm, Gewicht ca. 15g) herum. Das schöne dabei ist: Ich kann mir die Flügel 3D aus Styrodur fräsen, das macht das testen sehr komfortabel. Die Anforderungen sind dabei folgende: Es soll bei kleinem Anstellwinkel der Tragfläche und etwas höheren Fluggeschwindigkeiten einigermaßen effizient fliegen, andererseits aber bei sehr großen Anstellwinkel und sehr geringer Geschwindigkeit gut kontrollierbar sein (wie ein Shockflyer im "Harrier" Manöver). Die Reynoldszahl variiert hier natürlich sehr stark und liegt irgendwo zwischen 15000 und 8000. Für die erste Anforderung eignet sich eine möglichst dünne, 5% gewölbte Platte am besten. Für die zweite Aufgabe eignet sich eine ebene Platte am besten. Das bestätigt die Theorie und auch meine Flugtests: Die gewölbte Platte braucht im "Normalflug" deutlich weniger Schub vom Motor als die ebene Platte. Allerdings ist das gewölbte Profil im extremen Langsamflug sehr schwer zu kontrollieren, die Strömung reisst deutlich schlagartiger ab als bei der Platte.

Ich habe nun mit S-Schlag Profilen experimentiert, da ich damit evtl. einen guten Kompromiss finden kann: So ein S-schlag Profil (frei Hand in XFLR5 gezeichnet) hat laut Theorie ein deutlich kleineres Moment. Der Flugtest zeigt: Im "Normalflug" geht's ähnlich gut wie die gewölbte Platte, im "Harrier" gehts besser als die gewölbte Platte, aber noch nicht so gut wie die ebene Platte. Ein möglichst momentfreies Profil wäre für mein Flugzeug aber von Vorteil, da ich magnetische Aktoren am Höhenruder nutze die nur eine ziemlich begrenzte Kraft aufbringen können.



Kann mir jemand noch weitere Tipps geben wie ich das Verhalten im Langsamflug positiv beeinflussen kann? Hätten messerscharfe Vorderkanten bei so geringen Re überhaupt einen merklichen Einfluss auf das Abrissverhalten? Meiner Meinung nach bestimmt hauptsächlich die Wölbung der ersten 10% Tiefe wie leicht die Strömung abreisst (mehr Wölbung = späterer und abrupterer Abriss). Kann ich mit Flügelpfeilung das Verhalten positiv beeinflussen? Im Moment sind meine Flächen pro Seite ca. 20° nach hinten gepfeilt. Außerdem habe ich eine geometrische Schränkung von -2° im gewölbten Flügel (nicht aber bei der ebenen Platte...). Würde es wohl etwas bringen wenn ich die Wölbung in der Flügelmitte zurück nehme damit die Strömung hier zuerst abreisst...? Oder die geometrische Schränkung deutlich erhöhe....?

Ihr seht, ich habe viele Fragen die ich natürlich alle selber testen könnte... Aber ich bin sicher, dass mir jemand mit seiner Erfahrung und seinen theoretischen Kenntnissen viele Irrwege ersparen könnte... Für eure Kommentare bedanke ich mich schon mal!!
»Willa« hat folgendes Bild angehängt:
  • Unbenannt.JPG

Dix

RCLine User

Wohnort: BS

Beruf: Duft- und Schaumbadtechniker

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2

Freitag, 30. Januar 2015, 13:24

Gerade die scharfen Vorderkanten sollten eigentlich was helfen. Bei diesen kleinen Reynoldszahlen sind lange laminare Strecken vorhanden, laminare Ablösungen sind unschön, da diese ungleichmäßig ablaufen. Ablösungen turblenter Grenzschicht sind zu bevorzugen, da zumeist ortsfest. Damit wird für Dich als Pilot das Verhalten berechenbar. Mit der spitzen Nasenleiste hast Du daher bei einem sehr kleinen kleinen Anstellwinkel keine Ablösung, darüber eine nasenparallele liegende Wirbelwalze, welcher dahinter die Strömung zum Wiederanlegen zwingt. Der Wirbel wächst mit dem Anstellwinkel.
Diese Prinzip kommt buchstäblich bei z.B. Delta-Flügeln zum Tragen! Und deshalb fliegen die Plattenbauten auch ohne Profilform. (*)
Der Widerstand sollte kleiner sein, als bei einem Flügel mit eckiger Plattendicke an der Nase.

Auch wenn es nicht Deine ursprüngliche Frage trifft:
Ein adaptives Profil kann Deine Zwecke wahrscheinlich am besten erfüllen.
Umsetzbar wäre es sogar sehr leicht, indem Du bei Deinem Flachprofil-Schocky die Querruder parallel fährst und damit Deinen Flügel verwölbst. Ansteuern kannst Du das als z.B. Flugphase oder über Mischer Höhe->Flap.


(*) oder frei nach Al Bundy: "Wenn der Pilot kein Profil hat, dann braucht der Flieger auch keines!"
Liebe Grüße
Dirk

JaRa

RCLine User

Beruf: Physiker

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3

Freitag, 30. Januar 2015, 14:27

Ein S-Schlag dürfte für Deine Anforderungen wegen des geringeren Maximalauftriebs nicht die beste Lösung sein. Wenn Du das Moment statt dessen mit einer ausreichend dimensionierten Dämpfungsflosse abfängst, kommt bei einem Hochauftriebsprofil unterm Strich mehr raus.
Wenn das Modell im Langsamflug schlecht kontrollierbar ist, liegt das bei so geringen Re-Zahlen fast immer an Ablösungen und dann spielt das Moment eh verrückt. Daher würde ich eher Maßnahmen zur Strömungsstabilisierung ergreifen, z. B. einem Faden als Turbulator. Ich hatte bei einem Shocky mal mit gezackter Flügelvorderkante experimentiert, also praktisch eine Reihe von Sägezähnen. Gefühlt flog das Ding bei hohen Anstellwinkeln sauberer, aber das Problem bei solchen "gefühlten" Verbesserungen ist, dass sich ihre Stärke hauptsächlich an den Erwartungen orientiert, daher kann ich zur Wirkung nichts objektives sagen.

Willa

RCLine User

  • »Willa« ist der Autor dieses Themas

Wohnort: Bremen

Beruf: Bastler

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4

Samstag, 31. Januar 2015, 14:57

Danke für eure Kommentare!

Zitat

Gerade die scharfen Vorderkanten sollten eigentlich was helfen.

Okay, probiere ich mal. Vielleicht ist die Reynoldszahl ja hoch genug. Denn ich bin mir ziemlich sicher, dass der Einfluss der Vorderkantengeometrie mit Re skaliert.

Zitat

Ein adaptives Profil kann Deine Zwecke wahrscheinlich am besten erfüllen.

Auch eine sehr schöne und naheliegende Idee. Aber ich kann (vorerst) nur zwei Aktoren verwenden, da nehme ich Seite und Höhe, damit lässt der sich sehr schön steuern!

Zitat

Ein S-Schlag dürfte für Deine Anforderungen wegen des geringeren Maximalauftriebs nicht die beste Lösung sein. Wenn Du das Moment statt dessen mit einer ausreichend dimensionierten Dämpfungsflosse abfängst, kommt bei einem Hochauftriebsprofil unterm Strich mehr raus.

Hm, da hast du bestimmt recht... Aber wenn ich das Leitwerk deutlich vergrößere, dann steigt das Gewicht des Leitwerks und auch die Kraftanforderungen an den (Magnetspulen)Aktor. Deswegen dachte ich, dass es eine gute Idee wäre möglichst momentfrei unterwegs zu sein. Aber ich werde das mal testen.

Zitat

z. B. einem Faden als Turbulator. Ich hatte bei einem Shocky mal mit gezackter Flügelvorderkante experimentiert

Auch eine gute Idee die ich mal testen werde!

Jürgen Be

RCLine User

Wohnort: Vaihingen/Enz

Beruf: Postler

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5

Samstag, 31. Januar 2015, 15:21

Nur mal so als Idee, hast du dir die Geschichte mit den Kline-Fogleman-Profilen mal angesehen?

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1117276

Evtl. wäre ein KFm3 für dein Vorhaben möglich ???
Ein recht interessantes Video ist hier zu sehen

https://www.youtube.com/watch?v=KsKDz0istMY

https://www.youtube.com/watch?v=wHOCFrsRGig&feature=youtu.be


Gruß Jürgen :w
Mein Verein:
http://hmsv.net/

Dix

RCLine User

Wohnort: BS

Beruf: Duft- und Schaumbadtechniker

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6

Montag, 2. Februar 2015, 09:44

Hm, da hast du bestimmt recht... Aber wenn ich das Leitwerk deutlich vergrößere, dann steigt das Gewicht des Leitwerks und auch die Kraftanforderungen an den (Magnetspulen)Aktor. Deswegen dachte ich, dass es eine gute Idee wäre möglichst momentfrei unterwegs zu sein.


Bei jedem Profil hast Du Druckpunktwanderungen! Diese kannst Du nur beeinflussen/verhindern, indem Du das Gesamtsystem betrachtest. Dem wandernden Druckpunkt musst Du begegnen, indem Du ein Gegenmoment erzeugst. Hierfür brauchst Du einen Höhenruderausschlag. Entweder baust Du ihn direkt in Dein Profil ein (=S-Schlagprofil. Weniger Maximal-Auftrieb, Rumpf kürzer, Leitwerk entfällt --> Leichter) oder Du machst einen Rumpf mit Leitwerk dran (Hochauftriebsprofil am Flügel, Rumpf, kleineres Leitwerk, schwerer).
Welcher dieser Aspekte dominieren wird, hängt vom Gesamtkonzept ab und lässt sich aus dem Bauch heraus erstmal nicht sagen. Erfahrungsgemäß sind die ollen "schweren" Leitwerkler garnicht so schlecht.

Zitat von »JaRa«

z. B. einem Faden als Turbulator. Ich hatte bei einem Shocky mal mit gezackter Flügelvorderkante experimentiert

Die Ergebnisse der gezackten Vorderkante sind plausibel. Das sind ja lauter kleine Deltaflügel. Und diese sind bekannt dafür, stabile Strömung bei extremen Hochauftrieb (und umgekehrt) zu liefern.
Der Schocky (=Platte) hat eine rechteckige Profilnase. Das ist schon ein Turbulator. Da besteht einfach keine Chance, eine laminare Strömung auf der Oberseite zu haben.

Übrigens: Du willst den Harrier machen - soll das etwa torquen, 3D-turnen sein? - nur mit Höhe Seite!?
Liebe Grüße
Dirk

Willa

RCLine User

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7

Mittwoch, 4. Februar 2015, 08:19

Jürgen, das klingt interessant, gucke ich mir mal an!

Zitat

Bei jedem Profil hast Du Druckpunktwanderungen! Diese kannst Du nur beeinflussen/verhindern, indem Du das Gesamtsystem betrachtest. Dem wandernden Druckpunkt musst Du begegnen, indem Du ein Gegenmoment erzeugst. Hierfür brauchst Du einen Höhenruderausschlag. Entweder baust Du ihn direkt in Dein Profil ein (=S-Schlagprofil. Weniger Maximal-Auftrieb, Rumpf kürzer, Leitwerk entfällt --> Leichter) oder Du machst einen Rumpf mit Leitwerk dran (Hochauftriebsprofil am Flügel, Rumpf, kleineres Leitwerk, schwerer).

Ich dachte halt an eine Art "Mischung"... S-Schlag Profil macht das System "momentarm" und verringert damit die Anforderungen an mein Leitwerk. Ein reiner Nurflügler wird schwierig, denn ich brauche ein Seitenruder und ein Höhenruder direkt im Propellerstrom für den extremen Langsamflug.

Zitat

Übrigens: Du willst den Harrier machen - soll das etwa torquen, 3D-turnen sein? - nur mit Höhe Seite!?

Meines Wissens nach ist ein "Harrier-Manöver" so etwas hier:

https://www.youtube.com/watch?v=za_VIfUhvJ4#t=44
Also sehr langsames fliegen mit (teil)abgelöster Strömung.

Und das habe ich mit meinem aktuellen Entwurf schon ziemlich schön mit Seite und Höhe machen können. Ich war selbst überrascht :)

Dix

RCLine User

Wohnort: BS

Beruf: Duft- und Schaumbadtechniker

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8

Mittwoch, 4. Februar 2015, 08:54

In der großen Fliegerei heißt das "flying on the 2nd Wave".
Die Auftriebspolare bricht nach dem uns bekannten ca_max erstmal ein. Weil auf der Flügeloberseite die Strömung abreißt. Das Unterdruckfeld bricht zusammen, jedoch auf der Flügelunterseite der Überdruck steigt weiterhin. Weil der Zusammenbruch auf der Oberseite stärker ist, als die Zunahme auf der Unterseite, gibt es in der Summe den Auftriebseinbruch.

Hat man genug Motorleistung und treibt das Spiel weiter, dann gewinnt irgendwann der Druck auf der Unterseite und es gibt einen größeren Auftrieb als das uns bisher bekannte ca_max. Das interessiert nur niemanden, weil es 1. sehr unrentabel ist wegen abartigem Widerstand und weil 2. der Flieger einen so großen Anstellwinkel fliegt, dass der Schubvektor einen signifikaten Anteil am Auftrieb übernimmt.
Bleiben also nur die Militärs und die Modellflieger, die sich für sowas interessieren.

Die X-31 war das Forschungsprojekt dazu.

Übrigens: Mit einem gewölbten Profil kannst Du den Flieger niemals senkrecht hinhängen, da Du im Luftschraubenstrahl über dem Flügel immer Auftrieb haben wirst.
Liebe Grüße
Dirk

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