Frage zu Polarenberechnung

[Aryane]

Kollegen,

ich bin neu hier im Board und habe gleich eine Frage zu einer Berechnung des Aufriebs.- und Gleitwinkels.
Mich interesiert vor allem der markierte Bereich in der Grafik Noch_nicht_Gebaut01.jpg). Ich kann mir den "Sprung" einfach nicht erklären.

Zur Erläuterung
Ich plane gerade einen Segler mit 5,0m Spannweite, Gesamtgewicht bei 5-6Kg (ohne/mit E-Antrieb)
Der Plan ist soweit fertig, Bauweise wird überwiegend Holz sein (bei den Holmen logischerweise nicht)
Statik dazu ist ebenfalls fertig.

Die genaueren Informationen hierzu könnt ihr im Anhang "Noch_nicht_Gebaut02.jpg" und "Noch_nicht_Gebaut.jpg" sehen.

Bin schon gespannt was so an Kommentaren und Informationen hier ankommt

[Bernd H]

Du rechnest mit Balsenbildung.
Weit vor Deinem roten kringel hast du den ertsen knick in der Kurve da beginnt es mit Bblösungen und Blasen Bildung angezeigt durch die Roten 3ecke über der Tragfläche .
Blasen bremsen mehroder weniger je nachdem wie groß ssie sind une ob sich die grenzschicht hinter den Blasen weider anlegt wird auch enstprechend der Auftrieb schlechter.
In deinem Kringel wo der Auftrib weider Ansteigt geht es in wirklcihkeit los mit Starken ablösungen vor dem Abriss am der Flügelnase nachdem da keien Blasen mehr sind rechnet Vortex dort auch die Blasewiderstände nicht mehr und die berchnung ist in dem Bereich eher nicht mehr so ganz nah am Fliegbaren geschehen.

So vom Laien erklärt vileicht kommt noch eien Antwort von den Spezialisten.

Was ich bis jetzt mit Vortex Gerechnet, Gebaut und geloggt habe liegt immer ein Paar Prozent unter den errechneten Gesamtergebnissen, die Tendenz mit den von Dir eingegebnen Rumpfweiderständen ist aber sehr gut für so ein "verinfachtes" rechnverfahren.
Aus den Loggs geht hervor das beim anstellen des Modells is kurz vor den Abriss(( das Modell begitt um die lägsachse zu Zappeln)der berich nach deinem roten Keis) tasächlich das Sinken nochmal abnimmt, die gesamtwiederstnde sin aber so hoch das die Gelitzahlen nicht mehr Merkenswert ansteigen.

Zu deien Klappen als Wölbklappen :
Bis ungefähr 4° grad absenken rechnet Vortex recht gut, darüber ist es sehr"optimistich" mit dem Ca und dem entsehenden Wiederstand.
Ich empfehele für eien genauere Abschätzung unbedingt die Xfoil Funktionen von Xflr5 zu verwenden . Wenn dort der Ca ansteig zu dem ergebniss von Vortex
passt sieht das in der Luft auch recht ansprchend aus.

At last
Die vortex version ist nicht die neusete Farnk Ranis hat die Einbelndung der Cirkulationsvorgabe ermöglicht, da gibt es noch ein Biischen was zu hohlen.Galube ich
Edit der link zum neueren http://www.embeh.de/flzvortex/flz_vortex.html

[Kayb]

Das FLZ-Vortex beruht auf der "Wirbelgitter" Theorie. Siehe: http://www.embeh.de/flzvortex/flz_vortex.html

Das FLZ-Vortex funktioniert recht gut, wenn es um die Flugstabilität, also Bestimmung von Schwerpunkt, EWD etc., geht. Auch Auftriebsverteilungen lassen sich damit ganz gut berechnen.

Wenn es um die Flugleistung, welche nicht unwesentlich vom Profil abhängt, geht, kann das FLZ-Vortex aufgrund der einfachen Theorie keine präzisen Vorhersagen treffen. Insbesondere Ablöseblasen kann das FLZ-Vortex nicht berechnen.

Grade die Berechung der Profilpolaren, kann von allen frei erhältlichen Programmen, einigermaßen zufriedenstellend, nur das Xfoil treffen. Deshalb besser zur Abschätzung der Flugleistung das XFLR5 verwenden.

[Bernd H]

@ kayb
Ich glaube der meist gemachte fehler in vortex ist die zu niedrige anzahl der Tragflächenpaneele


9 über die proiltierfe im cos, oder 11bringen deutich bessere Abschätzungen als die meist ververwendeten 3 oder 4.
Das selbe gilt selbvertändlich auch für die panele auf die Spannweite.
Wenn du schon sagts das Vortex die Balsweiderstände nicht berchnenen kann wie kommtsdann das die Xfl5 Simulationen bei gleichen Re zahlen die blasen anzeigen wie auch vortex das macht.

Das xfl5 mit zu werwenden ist ist aber kein Nachteil.
Leider laufen auf meien Pc die komplett Modell berechnugen nicht ..annähernd.

Ich bin neugierig Klär mich Bitte auf!

[UweH]

Hallo Bernd,

das X-Foil ist das derzeit genaueste Freeware-Programm zur 2D-Profilberechnung in unserem Bereich, aber Frank Ranis hat es bisher nicht geschafft das X-Foil in das FLZ_Vortex zu integrieren weil die Simulation nicht zuverlässig durchläuft. Frank benutzt eine einfachere Routine um die Viskosität bei den Profilwiderständen zu simulieren, aber er verrät nicht wie er das gemacht hat und er ist selbst nicht mit dem Ergebnis zufrieden, denn das Verfahren ist bei weitem nicht so gut wie das X-Foil.

Gruß,

Uwe.

[Aryane]

Danke schon mal für die Antworten.

@Bernd H
Die Ablösung habe ich mir bereits angesehen. Die Beginnen genau rechts von dem Kringel (das erste Dreieck sagt mir eine Ablösung vo 17% voraus)
Das komische ist, wenn ich die Werte aus dieser Berechnung nehme und als Einzelrechnung in Vortex nachvollziehe, kann ich den Abrissbereich sehen.
Was nicht auftaucht ist eine Blasenwarnung (Siehe Bild, das ich angehängt habe).Das Höhenruder steht dabei genau bei -3 Grad.

@ kayb
Ich glaube der meist gemachte fehler in vortex ist die zu niedrige anzahl der Tragflächenpaneele

Die Einstellungen sind bei mir bereits entsprechend hoch.
XFL5 habe ich mir noch nicht angesehen.

[Bernd H]

Abrisse bei ca 1,1 wären auch ok aber so weit aussen? Die werden eigentlich durch die Dreicke in der Polrenkurve angezeigt alsonach dem Ende des Kringels.
Abhilfe um den Erstabriss zur Flügelmitte zu versschieben.
Wölbungsvorlage im Berich des Abrisses und zum Aussenflügel hin.
Ev etwas Entwölbenam Aussenflügel.
Dafür solltest du dich jetzt mit Xfoil oder xflr5 beschäftigen

Wie siehts mit verwölbten Klappen aus?

Wenns ums geringste Sinken geht wäre die Polrenkurve mit v/s oder Steigzahlen intressanter.

Der blasen knick in der Polare sieht heftig aus HQprofile?

[Aryane]

Hallo Bernd,
Danke für deine Antwort.
Du hat recht, es sind HQ-Profile. Um genau zu sein, bis zum Querruder ist es das HQ 3/12 und danach ein HQ 3/11.
Die Polarenkurve unter Verwendung der Klappen kann ich gerne liefern.
Xflr5 habe ich mir schon kurz angesehen. So wie es aussieht habe ich da einiges an Arbeit vor mir. Aber, das Programm hat einiges zu bieten.

Ich bin eigentlich nicht nur an der reinen Steigleistung interessiert. Mir geht es mehr darum einen einigermaßen Allrounder zu bauen. Logischerweise kann man an der Profilwahl sehen, dass das Model eher in die Richtung Thermik geht. Ein weiterer Grund für die Profilwahl war, das ich hier einen Holm gut unterbringen kann.

Der Grund für die Auslegung als Allrounder ist eher der Geographie geschuldet. Ich wohne in der Nähe von Augsburg.
Also somit an der Grenze zum bayrischen Voralpenland. Hier gibt es zwar Hügel aber auch sehr viele Ebenen, aber auch eine nicht zu unterschätzende Thermik (wenn man weis wo)

[Bernd H]

Dei hqs sind alle nicht so sonderlich gut bei neidrigen re zahlen .
Auf gorßen Scale böcken sieht das ganz gut aus für leichte thermikdingens mal bei mark drela guggen

[Aryane]

Das Tool Xflr5 ist eigentlich nicht so schwer wie es zunächst aussieht. Die Doku dazu gehört aber mal richtig überarbeitet.
Anbei das Ergebniss meiner "Arbeit"

[Kayb]

optisch schick wird die Fläche so...

allerdings ist das Abrissverhalten dem, was ich deinen Bildern entnehmen kann, schlecht, da das größte Ca bei ca 60% der Spannweite liegt.

Das Ca sollte nach außen hin abnehmen. Ich hab demonstrationshalber kurz das Nurflügel angeworfen. In der Grafik ist nur der verlauf des CA über eine Halbspannweite zu sehen. in der Mitte ist es verhältnismäßig konstant. nach außen nimmt es ab.

Gruß Ruben

5m.JPG (19.62 KiB) 6890 mal betrachtet

[Aryane]

Du meinst mehr so diese Richtung (da bin ich aber am limit zum Strömungsabriss)

[Kayb]

jopp, die Rechnung ist vom Abrissverhalten heer deutlich besser als dein neuster Entwurf.

Gruß Ruben

[Aryane]

Na, dann werde ich mal auf dieser Basis weiter Arbeiten.
An der Lastberechnung ändert sich prinzipiel nichts. Nur den Plan muss ich dann noch anpassen

[Aryane]

Hallo Kollegen,

nach einem Jahr mit einigen Überraschungen komme ich doch noch dazu mein Thema weiter zu verfolgen.
Meine Vorstellung über das was ich geistig geplant habe sieht wie folgendermassen aus:

Bauweise:
Flügel und Runpf überwiegend in Holz (nur da wo es Sinn macht mit Kohle und/oder Glas, z.B. am Holm)

Spannweite: 5,0 m (Flügel mehrfach geteilt, wegen Transport)

Gewicht:
Irgendwo zwischen 5,0 Kg und 6,5 Kg (ohne/mit E-Antrieb)

Profil:
Flügel mit einem angepassten RG15 (hat eine schöne runde Nase), Beplankung mit 2,0 mm Balsa
Leitwerke sind HQ/A 0/11 bzw 0/12

Auslegung: Ich lege durchaus Wert auf brauchbares Gleiten, da ich keinen vernünftigen Starthang zur Verfügung habe (deshalb auch die E-Variante)
Geschwindigkeitsbereich: so im Bereich bis max. 30 m/s

Statik: Mache ich selbst

Ich habe dazu auch eine Ranis-Datei anghängt. Ich hätte die Bitte an euch sich das mal anzusehen.
Kritk und Verbesserungsvorschläge sind erwünscht (solange sie sachlich sind)

Nächste Phase ist dann, dass in ein CAD-Programm zu hämmern.

[Bernd H]

auf die schnelle 3 dinge die mir aufallen.
Da die auslegung an dem Schlanken flügel recht Themiklastik ist ist das Rg 15 nicht die beste Wahl da mag gerne höhere re zahlen.
Um richtig zu fukionieren.
Am Auseenflügel letztes drittel 12%Profildicke .? Ist das statisch nötig , für die widerstandbilanz sicher nicht das beste.

Hast du mit xfoil gepalnt?

Satbilitätsmaß 22 und ewd riesengroß soll das ein Freifliger werden.
Zudem ist da flug an recht hohem Ca mit hohem anstellwinel , du hast ja wölbklappen geplant, dabei nimmt der die nase noch weiter hoch.
Satbiltätsmaß 14 und um die 0,4° ewd siht da schon besser aus und wölbklppen werden sinvoll einstezbar.

Seitenleitwerk erschient mir recht klein.

Xflr5 hakelt leider auf dem Pc deswegen kann ich die profile nicht analysieren.

Uwe H hat ein Paar Top Segler mit so großer Steckung ausgelegt.... vilecht lässt er dich mal reinspionieren was er da aus der Profilkiste zaubert.

Optisch ist das schon mal ne schönheit in rippenbauweise ein Traum mit Durchsichtigen Folien

[UweH]

Uwe H hat ein Paar Top Segler mit so großer Steckung ausgelegt.... vilecht lässt er dich mal reinspionieren was er da aus der Profilkiste zaubert.

Sorry, kein Kommentar, hab keine Zeit.

Gruß,

Uwe.

[Aryane]

Hallo Bernd,

schon mal danke für deine Reaktion.
Ich nehme deine Verbesserungsvorschläge gerne an (schließlich zählen nicht nur optische Werte).
Meine Planung sollte tatsächlich einen dursichtigen Flügel ergeben. Mir ist auch klar,
dass das RG15 nicht unbedingt das idealste Profil ist, aber es mit der runden Nase sehr schön zu bauen.

Ich mache mich jetzt mal an die Modifikationen. Ich melde mich dann, wenn ich der Meinung bin fertig zu sein.

@Uwe H.
wäre schön wenn du auch einen Blick darauf werfen würdest.
Mir geht es darum einen vernünftigen Segler zu bauen.

[Bernd H]

Warum ist eine dicke runde nase schön zu bauen?
Ich halte es für viel einfacher wenn die Nasenrundung klein ist.

[Kayb]

Beim Flugzeug hängt vieles von vielen Dingen ab. Um da beim Entwurf nicht zu stolpern, solltest du weitestgehend möglich ein gradliniges Entwurfsverfahren anwenden.
Ich hab das unten mal einigermaßen ausführlich und allgemein gehalten beschrieben.

Pflichtenheft
Hier gehören alle Anforderungen an den Flieger rein.

Hier gehört unter anderem rein:
Größenvorstellung vom Flieger
Ungefähres Gewicht
Flugaufgabe -> Optimierungsziele
Geschwindigkeitsbereich
Kunstflugtauglichkeit (Reichten Loop, Turn, Rolle oder müssen Negativloops gut gehen oder willst du gar gerissene und gestoßene Figuren Fliegen)
Bauweise
Harmlosigkeit / Deine Flugerfahrung / Bauerfahrung
Anzahl Klappen
Sonstiges/Spezialitäten (irgendwas hab ich bestimmt vergessen)

Hier hast du schon einiges im Thread geschrieben.

Vorauslegung
Eine einfache Fläche, hier reicht ein 1 oder 2-Fachtrapez, rechnen. Ich verwende dafür das Ranis Nurflügel. Dabei wird mal grob eine Streckung und Zuspitzung gewählt. Profil brauchst du dafür nicht. Ich lass da einfach die Ebene Platte drin. Es stimmt dann ohnehin nur der Anstellwinkel nicht.

Am Ende sollten die auftretenden Reynoldszahlen und Auftriebsbeitwerte für die jeweiligen Geschwindigkeiten bekannt sein.

Profilauswahl
Mit den Daten aus der Vorauslegung kann man jetzt anfangen Profile zu suchen.
Hier kann man sich erstmal an Profilen orientieren die ähnliche Flugzeuge oder verwandte Wettbewerbsklassen benutzen, oder Profile mit denen man selbst schon gute Erfahrungen gemacht hat. Nun kann man auch noch mal suchen was man selbst so findet.

Nun wird das X-Foil angeschmissen und bei den oben ermittelten RE-Zahlen die Profile verglichen. Ich verwende hier das XFLR5, da ich damit später ohnehin weiter mache. Meist fallen dann schon einige Profile direkt raus. Wenn ein anderes beispielsweise einfach überall besser geht. Typ 2 Polaren bilden den Stationären Gleitflug gut ab. Für eine Vorauswahl geht das am schnellsten.
Es wird aber immer Profile geben, welche in einzelnen Punkten sehr gut sind, in anderen dafür von anderen geschlagen werden. Hier muss man dann eben überlegen, welches Profil das beste Gesamtpaket bietet.
Oft bleiben auch mal 2 oder 3 Kanidaten übrig, das kann man dann entscheiden wenn die Flächengeometrie in der Leistungsrechung ist. Hier kann man schon auch nochmal vergleichen.

Ne grobe Profildiskussion hab ich mal hier geschrieben.
viewtopic.php?f=22&t=1156&start=19


Flächengeometrie
Nun kann man die Flächengeometrie weiter optimieren. Ich mach das immernoch im Ranis Nurflügel weils schön schnell ist. Im allgemeinen ist eine elliptische Auftriebsverteilung am Widerstandsärmsten. Jedoch, ohne dass Schränkung verwendet wird, beim Abrissverhalten kritisch. Grob gesagt gilt: Größtes Ca innen. Danach nach außen abfallend gibt ein harmloses Abrissverhalten. CA von außen nach innen konstant reißt sicher kribbelig. Hängt auch vom Profil ab wieviel man zuspitzen kann. Einige Profile verlieren viel CA_Max, wenn die RE-Zahl kleiner wird. Andere dagegen kaum. Profile die hier viel verlieren brauchen größere Außentiefen.
Irgendwo zwischen total harmlosen Abrissverhalten(bsp. Rechteckfläche) und der Elliptischen Tiefenverteilung wird das Optimum liegen *g*.

Leistungsrechnung
Nun nehm ich die Fläche und tipp sie ins XFLR5. Damit lässt sich momentan am besten die Flugleistung rechnen. Auch kann man nochmal das Abrissverhalten kontrollieren, da XFLR5 besser rechnet, als das Nurflügel. (besonders interessant wenn unterschiedliche Profile verwendet werden)
Damit kannst du das Gleiten/Sinken der Fläche rechnen. Auch die CW-Werte im schnellen Gleitflug und im Speedflug sind interessant.
Jetzt kann man auch die Streckung und Flächenbelastung variieren und entsprechend vergleichen.
--> sollte sich hier deutlich was ändern. Nochmals über die Profilauswahl und die Flächengeometrie drüberkucken.

Leitwerk EWD Schwerpunkt
Wenn die Fläche fertig ist, kann man sich an das Leitwerk machen. Geht sowohl mit dem XFLR5 als auch mit dem FLZ-Vortex.
Prinzipiell kuck ich mir als Grundlage aber meinst bestehende Konstruktionen an. Am besten welche, deren Flugverhalten mir aus eigener Erfahrung als gut bekannt ist.
Die exakte Leitwerksgröße lässt sich dann im Vergleich zu einem anderen Flieger skalieren. Ich skaliere dabei meist den Hebelarm des Leitwerks mit der Spannweite der Fläche, die Spannweite des Leitwerks mit der Spannweite der Fläche und die Tiefe des Leitwerks mit der Flächentiefe.

Nun kann der Schwerpunkt bestimmt werden. Man krallt sich ein entsprechendes Stabilitätsmaß (in deinem Fall täte ich mal 12-15% probieren, wahrscheinlich liegts eher etwas Tiefer.) und haut da den Schwerpunkt hin. Im FLZ geht das automatisch. Im XFLR etwas umständlicher.
Jetzt bestimmt man sich den stationären Flugzustand den der Flieger jetzt hat. Hier ist vor allem wichtig welches CA auf der Fläche anliegt. Nun passt man die EWD so an, dass das CA im stationären Flugzustandauf einen Wunschwert kommt. Bei großen Seglern kann das durchaus auch beim besten Gleiten Liegen. Ich würds etwas kleiner ansetzen. Ich tippe mal auf 0,2 CA-Zähler unter dem besten Gleiten. (als Anfangswert tut -1,5°Für die EWD ganz gut).

So jetzt kannst du dir mal das CA im stationären Flug auf dem Leitwerk anschauen. Ist das 0 +- 0,2 kommst du eher nicht in die Gefahr eines Leitwerksabrisses. Bist du da schon bei 0,7 täte ich die Leitwerksauslegung überdenken. Vermutlich sähe so eine Konfiguration aber schon optisch merkwürdig aus.

Nun kann man noch die dynamische Stabilität rechnen. Geht bisschen im XFLR5 oder mit AVL. Hier werde ich jetzt nicht drauf eingehen. Ich bin mir recht sicher, dass 80% der Auslegungen, sowas noch nicht gesehen haben.

--> Aerodynamische Auslegung fertig.
Gruß Ruben

[Aryane]

So, hier ist eine Überarbeitung