Traglinienverfahren nach Truckenbrodt
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Wir geben cA= 1,0 ein und rechnen damit weiter.
Ergebnis: cWi=0,02995, k=1,129
Uns wird langsam schlecht, 13% am cwi vergeigt, am Modell finden wir
davon noch runde 5-7% im geringsten Sinken wieder, weil wir ohnehin
mit geringer Streckung fliegen, aber das nur am Rande. Aber das war
ja ohne Flügelklappen, also ein aufgezwungener Flugzustand! Dieser
gerechnete Flugzustand kann statisch stabil NICHT EXISTIEREN!!! Oder
anders gesagt: er ist im höchsten Maße instabil, instationär.
Das CA ist aufgezwungen und deswegen sind die Momente am Flügel
nicht ausgeglichen! Das Modell wird die Nase senken, bis sich das Auslegungs-ca
einstellt, hier CA=0,183.
Deswegen rechnen wir jetzt einen echten Flugzustand. Wie geht das mit dem Programm? Siehe oben angegebene Tabelle: SWP oder STM anwählen, Klappen beliebig, was gerade interessiert. Für unser Beispiel aktivieren wir das Stabilitätsmaß in der Tragflächendefinition.
Wir setzen +10° Wölbklappen und -5° Höhenruder,
also Langsamflug in einer engen Thermik zum Beispiel. Wir müssen
also im Eingabefile bei 1.Klappe "+10" eingeben und bei 2.Klappe
"-5". Es läuft wie in der Aerodynamik üblich: Klappe
nach unten ausschlagen ist positiv. Kann man sich gut merken: mehr
Auftrieb ist gut, also positiv ![]()
Das alles aber bitte mit dem aktivierten Stabilitätsmaß
(Punkt in der Tragflächendefinition), es stellt sich ein cA als
Gleichgewichtszustand ein, den wir wieder unter "Werte" ablesen.
Ergebnis: cA= 1,094 cWi=0,036 k=1,095
Hm, ich fühle mich besser, das sind nur noch 3-5% beim Sinken verschenkt, das geht also.

Bild 6: Auftriebsverteilung "Aeolus 1" mit +10° Wölbklappen
und -5° Höhenruder
Aber das könnten wir noch mit einer besseren Verwindungs- und/oder Tiefenverteilung verbessern, keine Frage. Diese Berg- und Tallandschaft gefällt uns nicht und sagt uns außerdem, daß Flügelklappen am besten immer durchgängig laufen sollten, wie es jeder ehrliche Leitwerkler hat. Das heißt, der Aeolus ist was das anbelangt schlecht konstruiert, keine Frage. Schaut mal den Aasgeier an, so sollte es sein. Oder auch der Sapperlot als Paradebeispiel eines effizienten und ausgeklügelten Klappensystems. Wenn ihr zu letzterem mehr wissen wollt, müßt ihr die Bibel oder das Gebetsbuch für Schwanzlose kaufen!
Gegenüber einem höher gestreckten Normalmodell ist der Verlust natürlich viel, viel größer, weil die Jungs jetzt mit einem k-Faktor um die 1,01 oder so rumfliegen und üblicherweise viel höhere Streckung haben, das spart am cwi. Deswegen liegen wir bei so einem Absolutvergleich etwa 10% schlechter als ein Normalmodell, das haben wir unserer Trimmproblematik genauso wie den Steifigkeitsproblemen (deswegen geringere Streckung und früher Reynoldszahlproblemen) zuzuschreiben, außerdem arbeiten unsere Profile bei hohem cA auch noch viel schlechter. Den verminderten Restwiderstand erkaufen wir uns also mehr als teuer! Motto: "Sie sparen bei uns 20%, wenn Sie einkaufen" ...aber eigentlich wollten wir gar nichts einkaufen!
Also starten wir die Rechnung nochmal mit einer erhöhten Streckung und mehr Verwindung, um den cWi im hohen Auftriebsbereich absolut zu drücken. Dabei sind reine Flügelrechnungen von einem guten Normalmodell als Referenz gar nicht so dumm, wir müssen immer überlegen, ob das, was wir da rechnen, wirklich fliegen kann oder nicht.
Es ist lediglich noch anzumerken, daß die Referenzfunktionen
(sin^X) natürlich denselben mittleren Ca (oder bei mir cA) aufweisen
müssen wie die berechnete Verteilung, um die graphisch korrekte
Vergleichsdarstellung zu haben (hier Ellipse). Deshalb nennt sich die
Darstellung "integral", weil sie eben dieselbe Fläche
beinhaltet.
Das andere ist die Normierung auf den Mittenwert ("Mitte"),
eine kleine Hilfe bei der schnellen Problemanalyse (wo steckt der bump?),
aber eigentlich nicht korrekt, da das Integral ein anderes ist.
Bei der Auswahl der Berechnung über den "Anstellwinkel (Grad)" ist zu beachten, daß der sogenannte "Auftriebsanstieg" also der Zusammenhang zwischen Anstellwinkel und Auftriebsbeiwert für einen Flügel mit diesem Verfahren nicht genau genug berechnet wird, das Ergebnis weicht z.T. um einiges von den empirischen Werten ab. Die so gewonnenen Daten sind also in Bezug auf den zu erwartenden Anstellwinkel (bzgl. Rumpfdesign usw.) etwas mit Vorsicht zu genießen.
Strömungsabriß
Hier nehmen wir uns ein wirklich schlechtes Beispiel vor, die Vision87
des LOGO-Teams. Das Modell beweist direkt, daß unsere Rechnungen
trotz der Vernachlässigung der Winglets gut hinhauen. Der Aeolus
hat ein sehr gutes Abrißverhalten. Sowas ist immer sehr unanschaulich,
wenig lehrreich und außerdem nicht zur Überprüfung unserer
Ergebnisse geeignet.

Bild 7: ca-Verteilung der "Vision87" des LOGO-Teams
Ja, das sieht nicht nur erschreckend aus, das ist es auch! Ultrafieser
Strömungsabriß, Taumelsturz, Vrille, Propeller...
Wieso? Abriß bei etwa 50% der Spannweite, noch Fragen??? Die camax
Werte für das Profil entnehmt ihr bitte den Profilpolaren aus der
Auftriebsanstiegskurve. Dem E228 Tropfen habe ich hier mal ein camax
von 1,0 unterstellt. Hier habe ich noch nicht einmal den leichten Rückgang
des camax zur Flügelspitze hin berücksichtigt! Der würde
das Ergebnis noch weiter verschlimmern. Was ich hier ebenfalls nicht
berücksichtigt habe, ist die meist nach oben ausgeschlagene HR-Klappe
in diesem Zustand. Sie macht es nicht wirklich besser, dank des Winglets.
Diese Basisrechnung ohne Klappenausschläge scheint aber für
eine Vorhersage der Probleme zu genügen, eine wichtige und interessante
Beobachtung, merkt sie euch bitte!
Der Punkt, an dem der Abriß spätestens erfolgen sollte, sind etwa 40% der Spannweite. Bei 50% nimmt ein Pfeilnurflügel die Nase beim Abriß leicht nach oben, sorgt also automatisch dafür, daß der Abriß garantiert den kompletten Flügel erreicht! Das Ergebnis: Taumelsturz oder Vrillen, Propeller sowieso. Wenn also eine Rechnung ohne Klappenausschläge (clean wing config.) sowas hier ausweist, Verwindung rauf oder neue Tiefenverteilung wählen!
Eine 3D Rechnung samt Winglets (J. Yost) kommt bei diesem Modell ebenfalls
zu dem Ergebnis, daß der Abriß bei etwa 50% erfolgen müßte.
Das heißt, allein diese kleine Rechnung mit diesem Programm hier
hätte gereicht, die 1000-2000DM Herstellungskosten für dieses
Modell zu sparen, nicht zu vergessen die Familienflasche Baldrian...
Man sieht sofort, daß es nicht vernünftig fliegen wird! Ich
werde diese Seite wohl demnächst kommerzieller gestalten müssen,
es gibt hier definitiv zu viel Gutes für lau... ![]()
Tragflächenprofile und Beiwerte
Manchmal hat man nicht das cm0 des verwendeten Profils zur Hand, oder
der a0 (alpha-0, Nullauftriebswinkel) fehlt, oft beides. Dagegen gibt
es ein einfaches tabellarisches Verfahren, das eine ganz ordentliche
Abschätzung ermöglicht und das hat Michael mit in dieses Programm
integriert. Auf der Homepage von Michael
gibt es ansonsten noch ein anderes kleines Progrämmchen zum download,
das das Problem auch löst. Eine komplette Polare ist natürlich
am nettesten, weil man da den Verlauf cm(ca) kennt, recht hilfreich
bei einer detaillierteren Interpretation der Ergebnisse.
Der Nullauftriebswinkel ist hier (wie sonst auch) so definiert, daß
eine Nullauftriebsrichtung nach oben negativ gezählt wird, nach
unten positiv . Es gibt nur sehr wenige moderne S-Schlagprofile, die
letzteres haben, aber es gibt sie. Diese Vorzeichenregelung ist sehr
sinnvoll, weil eine Änderung der Nullauftriebsrichtung genauso
wie die rein geometrische Verwindung wirkt, also immer schön aufgepaßt,
das kann unsere Ergebnisse ggf. nochmal ganz schön durcheinanderwirbeln!
Die meisten S-Schlagprofile haben einen a0 um die +/-0,5° rum (kann
man zur Not vernachlässigen), aber darauf würde ich mich nicht
verlassen. Dafür habt ihr das "Tragflächenprofile"
Tool mit dabei, damit könnt ihr das selbst schnell checken.
Profilstraks könntet ihr natürlich prinzipiell damit auch
berechnen, wenn ihr die Zwischenprofile kennt, aber ich meine, daß
es innerhalb dieser linearen Theorie eine zulässige Näherung
ist, einfach eine lineare Verteilung der Werte (cm, a0) über die
Spannweite anzunehmen.
Das Problem tritt auf, wenn ihr ein Strak mit mehreren Zwischenstationen
habt, wo ihr eine spezielle Verwindungsverteilung definieren wollt (sin^3
oder so) und ein lineares Profilstrak von "Irgendwas" auf
"Vollsymmetrisch" gewählt habt.
Vernachlässigungen bei durchgehend konstanter Profilierung
Check: Was ist bei durchgehend vollsymmetrischer Profilierung?
Antwort: Das ist was für faule Säcke, da ist a0 =0° und
sogar cm(ca) näherungsweise 0. Die Rechnungen stimmen zwangsläufig
sehr gut mit der Praxis überein.
Abgesehen davon ist diese Profilierung nicht gut. Fangt bitte nicht
an und baut solche Modelle, nur weil die Berechnungen dazu "einfacher"
sind, das wäre ein fataler Fehler und den würde ich Dir, ja
lieber Leser, genau Dir NIE verzeihen
,
Du Dir selbst übrigens auch nicht... Wozu schreibe ich mir hier
sonst einen Wolf, hä???
Im Ernst: Das haben alle Nurflügelfreaks der 80er schon ausprobiert,
die Ergebnisse waren mehr als ernüchternd (außer mit viel
Motor und wenig Modell, da aber auch nur als Notprofilierung). Also
kann man mal wieder Geld sparen, indem man sowas läßt...
Dieses Verfahren berechnet nur 8 am Flügel ablaufende Wirbel (die "Kringel" in der Darstellung der Auftriebsverteilung sind die Wirbel). Das ist verhältnismäßig ungenau! Speziell bei den Klappenstellungen ergeben sich Abweichungen, die Ausprägung ist in Wirklichkeit schärfer als in den Bildern hier zu sehen ist. Der cwi fällt also höher aus, als hier berechnet. Ohne Klappen-ausschläge ist alles in Ordnung, nur der Randbogen wird nicht so gut erfaßt.
Wie groß ist der Fehler durch diese wenigen Wirbel? Bei Quadroflap und gleichsinnigen Klappenstellungen (kein Butterfly) vernachlässigbar. Verfahren mit mehr Wirbeln sind für unsere Zwecke zwar genauer, aber nicht wirklich relevant, solange sie auch nur ebene Flügel rechnen können. Für unsere Zwecke ist das bei kleinen gleichsinnigen Klappenausschlägen (etwa 5...10°) akzeptabel und geht in Ordnung. Das gerechnete Beispiel oben (+10°, -5°) ist also eher ungenau, was die Auftriebsverteilung und damit den cwi betrifft, genügt aber wirklich.
Der nicht so genau berechnete cwi bei Klappenstellungen ist wohl das einzige wirkliche Manko dieser geringen Wirbelbelegung, ihr könnt also ruhig schlafen, das neue Modell wird deswegen garantiert nicht schlechter fliegen...
Die Nachrechnung der Auftriebsverteilung bekannter, gegebener Geometrien ist der eigentliche Zweck dieser Vorgehensweise bezüglich Daten und so weiter. Das Programm ist infolge des Truckenbrodt Ansatzes eigentlich ein Nachrechnungstool und kein ein Entwurfstool! Aber das Programm läßt sich trotzdem wirklich gut zum Entwurf oder zur Optimierung zweckentfremden. Es ermöglicht mit etwas Erfahrung die relative Optimierung eines gegebenen aerodynamischen Entwurfes unter Berücksichtigung unterscheidlicher Flug- und Klappenzustände.
Daß andere Vorgehensweisen im Entwurf auch möglich sind, ist klar, aber in diesem Programm nicht realisiert. Es ist also ein sehr ordentliches Tool für Nachrechnungen ebener Flügel unter Berücksichtigung des Pfeilungseffektes. Dabei sollte noch angemerkt werden, daß Michael hier Vereinfachungen eingeführt hat, da das Original Truckenbrodt-Verfahren mit umfangreichen Diagrammen/Tabellen arbeitet, die je nach Anwendungsfall ausgewählt werden müssen. Wer sowas schonmal versucht hat zu programmieren, weiß, was das heißt. Für uns heißt das, daß wir die Ergebnisse bezüglich der Pfeilung nicht übertrieben genau nehmen sollten. Die Vernachlässigung der Winglets ist weitaus schlimmer! Also können wir das getrost vergessen... Trotzdem: Die Ergebnisse hauen ganz gut hin, das haben meine Vergleichsrechnungen gezeigt.
Für den (Neu)entwurf mit Hilfe dieses Porgramms ist etwas Praxis und Erfahrung vonnöten, aber das lernt sich hoffentlich dank dieser kleinen Hilfe hier schnell. Ich habe versucht, die wichtigsten Prinzipien hier kurz anzureißen, es fehlt sicher noch einiges. Aber im Rahmen dieser kurzen Beispielbesprechung ist da wirklich schon viel drin, meine ich.
Noch zu erwähnen wäre, daß das Programm von "Laschka Professional" ein eng verwandtes Verfahren verwendet, aber die Entwurfsaufgabe ausgehend von einer definierten Tiefenverteilung und Auftriebsverteilung löst. Der Verfahrensweg entspricht damit dem der Gebrüder Horten, während wir mit Michael Möllers Programm uns zunächst über eine willkürliche Verwindungsverteilung dem Problem "zu Fuß" nähern müssen. Das Programm "Laschka Professional" kann sowohl die Entwurfs- als auch die Nachrechnungsaufgabe lösen. Wie universell es ist, kann ich allerdings nicht sagen, ich werde aber versuchen es zu bekommen. Es ist aber ebenfalls nur für ebene 2D Probleme geeignet, beherrscht allerdings auch die Berechnung asymmetrischer Auftriebsverteilungen. Mehr zu dem Programm siehe FMT-Extra "RC-Segelflug" Ausgabe 2000, Seite 76ff.
3D Probleme kann man mit "Vortex", einem alten FORTRAN Programm einigermaßen behandeln, es ist im Internet zu finden. Winglets werden hier über 70° Elemente eingeführt, es ist ein modifiziertes 2D Wirbelleiterverfahren mit leichten Schwächen im Bereich k-Faktor und Auflösung, also sicher auch nicht das gelbe vom Ei. Verglichen mit diesem 2D Programm waren die Ergebnisse (so weit ich mich erinnere) im 2D Fall weniger zuverlässig, k-Faktoren unter 1 können z.B. bei ungünstiger Wirbelbelegung auftreten. 3D war ebenfalls mit Vorsicht zu genießen. Das ist also nur was für erfahrenere Leute.
Das Programm von Michael kann man sehr gut für Leitwerkler verwenden, solange man die ganzen Angaben zu SWP, Momentenhaushalt usw. ignoriert und sich allein um die Optimierung des cwi kümmert. Ich nutze es sehr gerne für diesen Zweck, auch wenn es ursprünglich vom ihm nicht dafür gedacht wurde, es ging ihm am Anfang nur um die genaue Schwerpunktberechnung bei Nurflügeln... Da wird dann im übrigen das Ca als Vorgabeparameter sehr wichtig, weil der Flügel niemals im Gleichgewicht sein kann, es ist ja ein Leitwerkler!!! Kapiert?!? Fein! Die Rechnungen sind dann im übrigen sehr exakt, weil wir einen näherungsweise ebenen Flügel betrachten!
Versionshinweise V1.2
Diese neue Version arbeitet in [mm], die alten Files aus Version
1.0 muß man also noch umschreiben. Besitzer der Version 1b arbeiten
schon in Millimeter, dann ist nichts zu ändern.
Gegenüber Michael Möllers download-Version habe ich hier meine Beispielfiles dazugelegt, ihr könnt euch also direkt meine Aeolus 1 und Horten II Beispielrechnungen anschauen. Die "Vision 87" des Logo Teams ist ebenfalls im Bonuspack als abschreckendes Beispiel enthalten...
Special Advice
This program requires "," instead of "."
in the the numerical data sheet "Tragflaechendefinition".
If you have an international keyboard driver the program replaces automatically
each "," by ".". This means you cannot calculate
the given examples directly! At first you have to replace each one to
start calculation. Eg. "53.7" has to be replaced by
"53,7" - ok?!) When creating your own files there is
no problem except that you should not forget to use commas!
Another item: [dm] is an old unit that means 1/10 meter: 0,1m=1dm=10cm=100mm
(2,31dm are 231mm or 0,231m - you see?!) This is not well but better
than using non SI units like ft, oz... ![]()
Good luck!
Don't forget John Hazels Excel97-Sheet! Using garanteed non SI units and 40 vortices, it's more exactly than this truckenbrodt. Some reference calculations showed nearly same results so both seem to work well. I used a fairly modified version of this program to analyze hinge moments induced by flap deflection.
Sonstige Hinweise
Das hier vorgestellte Nurflügeltool
von Michael auf Grundlage des tabellarischen Truckenbrodt Verfahrens
ist ideal, um die Grundlagen an einem einfachen und vor allem schnellen
Programm zu erlernen, danach kann und soll man sich gerne an einem der
folgenden Tools versuchen. Nun noch ein paar Links
zu Verfahren, die heutzutage im Modellentwurf verwendet werden.
© Hartmut Siegmann 1999-2007