Vergleich Leitwerksprofile

Auch das Profil für das Leitwerk soll gezielt ausgewählt werden. Der Vergleich der Ausgewählten Profile lässt einen klaren Favoriten erkennen.

Das Leitwerksprofil soll neben wenig Widerstand eine präzise Richtungsänderung einleiten. Dazu ist eine möglichst hohe Linearität der Auftriebswerte und Momente in Abhängigkeit des Anstellwinkels erforderlich. Am wichtigsten ist dabei das Verhalten um die 0°, da hier der stationäre Flug stabilisiert werden soll bzw. bei entsprechender Auslenkung eine klare Richtungsänderung eingeleitet werden soll ohne ungewollte Sprünge zu provozieren.

Abbildung 420) Auftriebs-Anstellwinkel-Polarenvergleich

Weitere Details zum Leitwerks-Profilvergleich sind detailliert beschrieben.

Profilvergleich Flügel

Der Profilvergleich der Untersuchten Profile zeigt die Vor- und Nachteile entsprechender Auslegungen. Für den gewünschten Einsatz ist eine Auswahl getroffen worden 

Die T2-Polaren wurden miteinander verglichen zur Beurteilung der unterschiedlichen Polaren in Abhängigkeit des Anstellwinkels α bzw. des Auftriebs ca.

Abbildung 413) Strömungsumschlag an Profiloberseite

Der Profilvergleich erfolgte in XFLR5 und zeigte die Unterschiedlichen Aspekte der jeweiligen Profilansätze. Grundsätzlich wären alle Profile mit Ausnahme des HQ/DS-1.75/8 für einen Einsatz an einem kleinen Hangflugmodell geeignet. Ich habe mich für das RL1YP1 entschieden, da es meiner Auslegungsidee am ehesten entspricht und bisher noch nicht auf einem Hangflugmodell eingesetzt wurde (zumindest mir nicht bekannt :-) - Ein Versuch ist es sicher wert.

Im Flügel-Profilvergleich werden die Details erläutert.

Profilpolaren - Was ist hier wichtig für den Profilvergleich

Anfänglich sollte nur das Profil HQ/DS-1.75-8 gegen das Referenzprofil RG15 verglichen werden. Bei der intensiveren Arbeit wurde aber schnell klar, dass hier noch nicht das richtige Profil für das Vorhaben eines schnellen Hangflugmodells gefunden worden war.
Entsprechend musste ich zuerst die Grundlage für den Profilvergleich aus der Geometrie- und aus der Leistungs-Perspektive erarbeiten.

Für den Leistungsvergleich von Profilen müssen die dimensionslosen Beiwerte für Widerstand, Auftrieb und auch für die Momente ermittelt werden, welche im Anschluss ins Verhältnis gesetzt werden können und damit den Gleitwinkel die Sinkrate oder eben den geschwindigkeitsbezogene Leistungsspektrum aufzeigen.

Abbildung 407: Profilgeometrie

Damit in diesem Profilvergleich nicht Äpfel mit Birnen verglichen werden, müssen die Kennwerte des Profils exakt erfasst werden. Hierzu sind die notwendigen Vorgaben bereits in den Berechnungsprogrammen wie z.B. XFLR5 oder Profili integriert. Damit lassen sich aus den Profildaten die notwendigen Profilpolaren errechnen und im Anschluss vergleichen.

In der Übersichtsseite Profilpolaren werden die die wichtigsten Eckwerte , sowie die zu prüfenden Profile für Flügel und Leitwerk detaillierter beschrieben.

Verstärkungsfasern, Technische Eigenschaften

Eigentlich wollte ich den Schalenaufbau bezogen auf die ermittelten Schnittlasten festlegen. Beim Laminat-Aufbau mit unterschiedlichen Geweben bzw. Gelegen war ich zuerst überfordert, die angebotenen Produkte richtig einzustufen. Ich wollte die Steifigkeit, die Festigkeit und die Schlagzähigkeit unterschiedlicher Aufbauten vergleichen und bin dabei an der Komplexität erstmals gescheitert. Daher bin ich via Laminat-Theorie zurück bis zu den Faser-Kennwerten und von da an iterativ wieder hoch mittels Matrizenrechnung bzw. den verfügbaren Hilfsmitteln heran an die Erwartungshaltung.

Ein eingehendes Studium der Fachliteratur war notwendig um meine Kenntnisse hier auf den richtigen Stand zu bringen. Als Hauptreferenz habe ich das Fachbuch "Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden" von Helmut Schürmann aus dem Springer-Verlag in der 2.ten überarbeiteten Auflage (2005, 2007) gewählt.

Entsprechend habe ich im Anschluss Materialdaten aus den unterschiedlichen Quellen verglichen und im Berechnungsfall die Herleitungen versucht zu verstehen, welche notwendig sind um die technischen Parameter zur nachfolgenden Berechnung von Laminaten durchzuführen.

 Im Kapitel Faserkennwerte sind die (für mich) wichtigsten Merkmale der Fasern zusammengefasst. Als Beispiel sei hier die spezifische Steifigkeit verschiedener Materialien angeführt.

Ursprünglich veröffentlicht um 09.06.2013 11:56 von Martin Tobler

V-Verbinder Optimiert

Nachdem die ersten Laminierversuche wenig überzeugend waren, wurde ein einfacheres und besseres Werkzeug für den V-Verbinder erstellt . Dies ermöglichte neben einem flexibleren Aufbau auch eine Verbesserung der Arbeitsschritte.

Mit dem neuen Werkzeug können unterschiedliche Aufbauten getestet werden. Dabei zeigte sich eine deutliche Verbesserung der Oberfläche, indem die fein texturierten Gurten nach Aussen verlegt wurden. Dies vereinfachte auch die Erstellung und wiederspiegelt sich auch in den erzielten Resultaten. Bisher wurden drei verschiedene Aufbauten getestet.

1. zweifacher Schlauch, ohne Gurten

2. Gurten Aussen

3. Gurten Innen Die Details zum V-Verbinder sind entsprechend detailliert.

Ursprünglich veröffentlicht um 30.04.2013 11:56 von Martin Tobler

V-Verbinder erste Versuche

Nun liegen die Resultate der ersten 3 Laminierversuche für den V-Verbinder vor. Herausgekommen ist ein formtaugliches, aber nicht zwingend festigkeitsoptimiertes Bauteil.

Im Aufbau wurde der Verbinder sicherlich gut ausgelegt. Das umständliche Einbringen des vorbereiteten Kerns in die Form führt aber zu einem ungewollten Verschieben und Verzerren der Faserstruktur und damit verbunden, zu einem unsymmetrischen Struktur des V-Verbinders, was der Festigkeit und der Gewichtsoptimierung nicht förderlich ist. Die Beschreibung des Herstellungsprozesses und der gewonnen Erkenntnisse zur Optimierung sowie auch der verbesserte Ansatz des Werkzeuges sind entsprechend detailliert kommentiert.

Ursprünglich veröffentlicht um 16.04.2013 12:49 von Martin Tobler

Form für V-Verbinder fertig Gefräst

Nach ein paar eher mürben Wochen, welche ich mit dem Berechnen von Faserverbund-Bauteilen zugebracht habe bzw. immer noch verbringe ;-/, kann ich nun wieder einen kleinen Fortschritt in der Realisierung mitteilen. Die Formen für den Höhenleitwerks-Verbinder sind fertig gefräst worden.

Die Formen sind sehr hübsch geworden :-) Leider musste ich mir aber eingestehen, dass mein konstruktiver Ansatz nicht restlos überzeugt. Mehr dazu im Kapitel HLW-Verbinder-Werkzeug.

Als Vorbereitung für den nächsten Baufortschritt habe ich mir zum Aufbau des Verbinders einen Aufbauansatz bereitgelegt, welchen ich mit dem Restmaterial vom Flächenverbinder testen kann. Diesmal erfolgt der Aufbau als Sandwich mit Depron-Kern.

Die weiteren Details zum zum Fertigungsprozesses werden im im Anschluss im Kapitel V-Verbinder detailliert beschrieben.

Ursprünglich veröffentlicht um 11.04.2013 14:16 von Martin Tobler

Farbschicht

Zur Konstruktion der Flügel- und Leitwerksschale sind die Farbschichten essentiell. Entsprechend musste ich mir an dieser Stelle Gedanken machen, wie ich die Hübschung des Modells realisieren möchte. Vorerst interessierte mich nur die minimal notwendige Schichtdicke.

Grundsätzlich standen für mich Acryllack oder eingefärbtes PU-Vorgelat zur Auswahl. Aufgrund meiner bisher eher schlechten Erfahrungen mit Auto-Acryllack aus der Dose wollte ich diesmal den Einsatz von 2-Komponenten Gelcoat versuchen. Dazu habe ich einige Recherchen zu den sogenannten Schwabbellack und dessen Eigenschaften zusammengetragen und diese bei der Reparatur eines GFK-Modells verifiziert. In diesem Zusammenhang wurde auch ein Feinsprühsystem getestet, welche alternativ zu einer Sprühpistole an der Vakuumpumpe eingesetzt wurde. Details zur Farbselektion und zum eingesetzten Feinsprühsystem sind detailliert dokumentiert.

 Ursprünglich veröffentlicht um 19.02.2013 13:03 von Martin Tobler

Torsionsbeurteilung am Flügel

In dieser Betrachtung geht es darum, die baulichen Massnahmen von Holm und Längsstreben bezüglich des Torsionsmomentes zu untersuchen. Die Berechnung der Torsionsmomente dünner geschlossener Hohlprofile lässt einen Vergleich unterschiedliche Bauausführungen in einem generischen Ansatz zu, welcher durch nachträgliches Einsetzen der Parameter konkretisiert werden kann.

Der Vergleich zeigt, dass die baulichen Massnahmen nur wenig zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit beitragen und sich eine entsprechend günstige Materialwahl oder eine entsprechend dickere Flügelschale wesentlich besser eignen um die Torsionssteifigkeit zu erhöhen, las viel Längsstreben einzusetzen. Die detaillierte Analyse ist dokumentiert mit einem Excel und in der Seite Torsionsbetrachtung.

Ursprünglich veröffentlicht um 30.01.2013 12:29 von Martin Tobler 

Biegung der Fügel bei unterschiedlicher Belastung

In der Lastauslegung wurden ausgehend von der Flügelgeometrie die Schnittgrössen Mb, Q und MT ermittelt. Diese werden nun in der Struktur des Modells aufgenommen und führen zu Verformungen. Eine davon ist die Biegung des Flügels, welche hier untersucht wurde.

Zur Beurteilung der Biegung musste entsprechend die Modellierung des Holms noch aufbereitet werden, welcher sich der Biegung des Flügels unter den angenommenen Last-Szenarien abhängig vom Querschnitt und den gewählten Materialien entgegen setzen.

Die Details zur Untersuchung der Biegung in Abhängigkeit der Holmdimensionen kann somit entsprechend den Last-Situationen einfach angepasst werden. Die Berechnungen sind im Excel- Berechnungsblatt ergänzt und die Untersuchten Details zur Biegung unter Lastauslegung zusammengefasst.

 Ursprünglich veröffentlicht um 23.01.2013 12:54 von Martin Tobler

Biegemoment unter verschiedenen Gesichtspunkten

Ich habe die ursprünglich rudimentär durchgeführte Festigkeitsberechnung verfeinert und dabei die maximale Biegespannung unter verschiedenen Belastungsfällen berechnet und davon ausgehend die Dimensionierungs-Aspekte für Holm und Flächenverbinder ergänzt.

Die Belastung ist unterschiedlich davon, ob ich das Modell in einem statischen zustand oder bei schnellen Richtungsänderungen betrachte. Das höchsten Biegemoment wird errechnet unter Berücksichtigung der vorgegebenen Lastvielfachen n, welche aus der Lastfall-Betrachtung übernommen wurde.

Die Details zur Aufnahme der entstehenden Belastungen durch Strukturelemente wird auf der Seite Festigkeitsberechnungen erläutert und ist in einem Excel-Dokument übersichtlich zusammengefasst. 

Ursprünglich veröffentlicht um 22.01.2013 15:59 von Martin Tobler

Werkzeugs für V-Leitwerks-Ruderhebel

Zur Umsetzung des Ruderhebels musste eine Form realisiert werden. Ich wollte dazu die integrierten Hilfsmittel von SolidWorks nutzen. Leider bin ich im Bereich des Formenbaus aber als Freizeitbenutzer an die Grenzen meines Könnens gestossen :-( Meine gewünschte Formtrennung habe ich aufgrund von minimalen Hinterschnitten nicht realisieren können und musste daher einen anderen Ansatz zum Aufbau der Form wählen.

Das Werkzeug besteht aus einer Matrize und einem Stempel geführt auf zwei Zylinderstiften. Die Struktur der Ruderhebel wird durch getränkte und eingelegte Kohle-Rovings realisiert, wobei der Körper mittels Harz-Matrix vollständig gefüllt wird. Diese Matrix wird durch eine eingesetzte Injektionsspritze nachträglich gefüllt.

Die Details zur Herstellung des Werkzeuges für der Ruderhebel des V-Leitwerks ist ausführlich beschrieben und wird bei vorliegen des Werkzeuges entsprechend ergänzt. Ebenso ist der Aufbau des Ruderhebels vorbereitet und wird entsprechend fortgesetzt.

 Ursprünglich veröffentlicht um 19.12.2012 12:26 von Martin Tobler

Unterschiedliche Lastfälle eines Modellseglers

Mangels Kenntnisse der auftretenden Torsionsbelastungen recherchierte ich im Netz und bin auf einen Interessanten Ansatz zur Dimensionierung von Flugmodellen gestossen.

In einem einfachen Modell werden die lokalen Grössen auf berechenbaren Abschnitten ermittelt und anschliessend über die Spannweite aufsummiert. Damit bekommt man neben den Querkräften und dem Biegemoment an der Flächenwurzel auch das Torsionsmoment.

Die Lastfälle und die Berechnungen der Kräfte habe ich in dem bereits bekannten Dokument zur Berechnung des Modells ergänzt. Die Details zur Beurteilung sind unter Lastauslegung dokumentiert. Ursprünglich veröffentlicht um 08.01.2013 12:19 von Martin Tobler

Gelegebeurteilung

Zum konstruktiven Aufbau der Bauteile ist es erforderlich die technischen Parameter der verwendeten Materialien zu kennen. Die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften interessieren hier genauso wie die Schichtdicken, das Gewicht oder gar der Preis.

Entsprechend habe ich die Materialien zur Herstellung von Faserverbundbauteilen detailliert untersucht und die interessierenden Kenngrössen zusammengetragen, damit ich die konstruktive Auslegung des Leitwerks angehen kann.

Die Referenzdaten sind in einer Tabelle mit entsprechender Beschreibung des Einsatzzwecks und der charakteristischen Merkmalen aufgeführt. Die Angaben zum eingesetzten Epoxydharz sind bereits früher erfasst worden.

 Ursprünglich veröffentlicht um 03.01.2013 02:31 von Martin Tobler

Ruderhebels für das V-Leitwerk

Nachdem die Kräfte und Hebelverhältnisse der Ruderhebel für das V-Leitwerks bestimmt wurden, konnte nun die detaillierte Gestaltung in Angriff genommen werden. Dazu wurde ein einfach produzierbare Form ausgelegt, welche mittels Gussform realisiert werden kann.

Im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden mit gebogenen Ruderhebel aus Stahl oder Messing-Röhrchen bietet der gewählte Ansatz einen universell einsetzbaren Ruderhebel für F3X-Modelle mit reproduzierbarer Geometrie und abgestimmten Hebellängen auf die Ruderhebel der Servos.

 Die Details zur Auslegung der Ruderhebel mittels CAD sind ausführlich dokumentiert.

Ursprünglich veröffentlicht um 19.12.2012 12:09 von Martin Tobler

Anlenkung V-Leitwerk

Die Betrachtung der Rudermomente wurde detailliert auf die Anlenkung des V-Leitwerks übertragen. Entsprechend wurden in dieser Betrachtung auch die Materialparameter berücksichtigt zur Bestimmung der Biegespannung, der Knickung der Schubstange und der Auslenkung des Ruderhebels infolge der aufgebrachten Kräfte.

Die Dimensionierung von Schubstange und Ruderhebel scheinen somit abgeschlossen und können in der Designphase freigegeben werden.

Detaillierte Angaben zu den gemachten Überlegungen sind in Ruderanlenkung HLW detailliert dokumentiert.

 Ursprünglich veröffentlicht um 03.12.2012 15:08 von Martin Tobler

Analyse RDS-Anlenkung

Nachdem die Querruder-Dimensionierung und die Rudermomente berechnet wurden, konnte einfach ein lineares Übertragungssystem für die Klappenbewegung berechnet werden. Hier wird nun ein drehendes Anlenkungssystem (RDS) untersucht.

Die Beschreibung und die Berechnung des RDS-Systems erfolgt an einem vereinfachten Modell, welches sich durch einfache Trigonometrie lösen lässt.

Die geringeren Ausschläge der Ruder sind vielleicht nachteilig, können aber durch entsprechende Flugerfahrung kompensiert werden. Die bautechnischen Vorteile empfehlen einen Versuch, der die fliegerischen Limiten im Vergleich zu einer LDS-Anlenkung erbringen soll.

 Ursprünglich veröffentlicht um 19.11.2012 14:06 von Martin Tobler

Berechnung von Rudermomenten

Die Berechnung der Rudermomente basiert auf den zuvor ermittelten Querruderdimensionen. Entsprechend wurde zuerst ermittelt, welche Kräfte bzw. Momente an den Rudern auftreten in Funktion der Fluggeschwindigkeit.

Anschliessend wurde das Hebelsystem untersucht bezüglich Momenten und Ausschlägen. Übertragene Rudermomente und Klappenwinkel in Abhängigkeit der Hebellängen

Dieser Ansatz ist sicherlich sehr vereinfacht und berücksichtigt nicht den Druckanstieg an der Scharnierlinie, dient aber im Wesentlichen der Verifizierung der Anlenkung, sowohl für Querruder, als auch für die Wölbklappen. Weitere Angaben zur mechanischen Differenzierung sind auf der Seite Rudermomente entsprechend detailliert beschrieben

Ursprünglich veröffentlicht um 14.11.2012 13:56 von Martin Tobler 

Bestimmung der Querruderdimensionen

Nach einem längeren Unterbruch und etlichen Stunden an Rechentätigkeit kann ich nun über die analytische Bestimmung der Querruder berichten. - Eigentlich wollte ich nur die Rudermomente bestimmen - was nun im Anschluss erfolgen wird - und bin dabei über die Frage gestolpert, wie gross ein Querruder den überhaupt ausgelegt werden soll.

Bei dieser Frage bin ich unter anderem über einen Aufsatz von M. Casper gestossen, der die Dimensionierung von Querruder berechnet und mit statistischen Reihen verifiziert hat. Inspiriert von diesem Vorgehen habe ich die einfach erscheinenden Gleichungssysteme übernommen und aufgelöst.

Leider wurde ich nicht restlos überzeugt vom Vorgehen und vermute noch einen Fehler den ich nun noch suchen muss. Die Details zur Bestimmung der Querruderdimensionen sind eingehend Beschrieben und mit einem Excel- zur Berechnung ergänzt.

 Ursprünglich veröffentlicht um 11.11.2012 12:27 von Martin Tobler

Einsatz von Bubble-ramp-Profilen

Meine ersten Versuche die Profile entsprechend der lokalen Re-Zahlen anzupassen, waren nicht vom gewünschten Erfolg gekrönt. Entsprechend habe ich mich im Internet nach besseren Alternativen umgesehen und bin auf einen vielversprechenden Ansatz mit noch besserem Namen gestossen - Bubble-Ramp-Profile. 

Der Ansatz ist analog zu meinen eigenen Erkenntnissen - weniger Widerstand! Das Mehr an Auftrieb wird entsprechend durch positives Wölben erzielt. In der Wende geschieht dies entsprechend unter Verwendung von Snap-Flap. Was bedeutet nun Bubble-Ramp? - Grundsätzlich handelt es hier um Profile für geringe Re-Zahlen bzw. geringe Profiltiefen. Entsprechend sind die laminaren Lauflängen nur sehr kurz. Hier muss darauf geachtet werden, dass der Druckanstieg nicht zu heftig erfolgt, was zu laminaren Ablösungen und entsprechendem induziertem Widerstand führen würde. Dieser Ansatz wird z.B. durch zwei recherchierten Vertretern, dem S6062 und dem RL1PY1 entsprechend umgesetzt.

Ich habe die Profilvergleich und anschliessend die Performance-Analysen durchgeführt und bin zur Erkenntnis gelangt, dass die detailliertere Betrachtung der Auslegung mit einem RL1YP1-Strak näher verfolgt werden soll. 

Die Details zu den aktuellen Erkenntnissen sind unter dem Begriff Bubble-ramp-Profile ausgeführt.

Ursprünglich veröffentlicht um 06.08.2012 13:14 von Martin Tobler

Betrachtung des elliptischen Referenzmodells

Der maximale Auftrieb entsteht an einem elliptischen Flügelgrundriss. Dies verleitet mich zur Berechnung eines idealtypisch ausgelegten Referenzmodells mit elliptischen Flächen.

Aus der Entwurfstheorie wurden folgende Annahmen für die Auslegung des Modells übernommen. Ansonsten wurde es vergleichbar zum vereinfachten Berechnungsmodell ausgelegt.

- Stabilität ca 8%
- Fläche des Leitwerks ca. 10% der Flügelfläche
- gerade t/4 Linie

Die elliptische Fügel- und Leitwerksgeometrie wurde in Excel aufbereitet, wie auch die Berechnung, welche analog zu dem vereinfachten Berechnungsmodell durchgeführt wurde. Die Auslegung wurde nachfolgend in XFLR5 übernommen und die Stabilitäts- und Performance- Analyse durchgeführt. Der Vergleich der Berechnung zur Simulation bestätigt die bereits gewonnenen Erkenntnisse aus der Betrachtung des vereinfachten Berechnungsmodells. Erschwerend war hier der Umstand, dass XFLR5 Probleme in der numerischen Berechnung von auf 0-auslaufenden Flügelenden hatte. Aus diesem Grund musste eine minimale Flügeltiefe in der Auslegung berücksichtigt werden.

Nun wurden die Leistungsmerkmale des vereinfachten Berechnungsmodells mit dem idealtypisch ausgelegten elliptischen Referenzmodell verglichen. Hier wurden nur geringfügige Abweichungen zu Gunsten des elliptischen Referenzmodells erkannt. Deutlicher wurden die Unterschiede bei der Auftriebs- und Widerstandsbetrachtung in einem vergleichbaren Flugzustand. Hierzu wurden diese Werte unter optimalen Gleitflugbedingungen verglichen.

Deutlich ist hierbei der Anstieg des induzierten Widerstandes auf den äussersten 10 cm des Flügels beim vereinfachten Berechnungsmodells und der damit erhöhte Gesamtwiderstand der in diesem Bereich mehr als doppelt so gross ist wie für den Rest des Flügels.

Abschliessend kann aus diesem Vergleich festgehalten werden, dass die initiale Flügel-Auslegung mit leicht überelliptischer Auftriebsverteilung eine gute Performance bietet und sich Massnahmen wie z.B. Profilanpassung insbesondere am Aussenflügel mehr Einfluss auf die Performance haben als die Anpassung der Flügelgeometrie. Als nächste Schritte werden daher die Betrachtungen am CAD Modell von Luzi 2 durchgeführt mit anschliessenden Optimierungsversuchen.

 Ursprünglich veröffentlicht um 08.02.2012 12:12 von Martin Tobler

Anpassung der Profile an lokale Re-Zahlen

In der Verifikation wurde untersucht welchen Einfluss unterschiedliche Profile auf die Performance des Modelles haben. Dabei wurde erkannt dass die Reduktion der Profildicke und die geringfügige Vorverlagerung der maximalen Dicke eine Reduktion des Widerstandes und damit eine Performance-Verbesserung zur Folge haben.

Gestützt auf diese Erkenntnisse wollte auch ich herausfinden, wie gross diese Optimierung ausgehend von einem Standardprofil sein könnte. Enthusiastisch machte ich mich daran, die Profile so zu modifizieren, dass der Widerstand reduziert wird und der Auftrieb ab Werten ca > 0.6 noch verbessert werden könnte. Zum Vergleich verwendete ich eine geschwindigkeitsunabhängige Referenzgrösse Re x sqrt(ca), welche es erlaubte die T2-Profilwerte (bei konstantem Auftrieb) bei den entsprechenden Stützstellen am Flügel zu vergleichen.

Die Erkenntnisse meiner ersten Versuche in der Profilmodifikation habe ich entsprechend dokumentiert. Leider musste ich erkennen, dass nicht nur der Widerstand, sondern auch Moment und Auftriebsverhalten in Funktion des Anstellwinkels stimmen müssen, um über einen grossen Geschwindigkeitsbereich hinweg eine sinnvolle Profiloptimierung durchführen zu können.

Das Fazit aus den Versuchen ist ernüchternd! Ich habe zwar zwischenzeitlich einiges verstanden viel gelesen und einige Versuche durchgeführt, musste aber erkennen. Dass Profilanpassungen abgesehen von strukturbedingten prozentualen Dickenanpassungen besser den Aerodynamik-Profis überlassen werden sollte.

 Ursprünglich veröffentlicht um 05.08.2012 12:26 von Martin Tobler

Aufbau Flächenverbinder praktisch verifiziert

Der erste Flächenverbinder ist aus der Form gesprungen. Der Aufbau wurde in der Umsetzung geringfügig angepasst, dass überhaupt ein brauchbares Resultat realisiert werden konnte ;-)

Da keine PU-Schaumkerne greifbar waren, habe ich kurzerhand Styroporkerne aus einer Verpackung geschnitten. Leider habe ich hier Dimension etwas zu klein angesetzt, dass eine Verpressung beim beschriebenen Aufbau noch nicht gegeben war. Daher musste ich etwas improvisieren und mehr Gewebe-Material in die Form geben.

Das Resultat ist daher noch nicht endgültig. Es hat jedoch den Aufbau grundsätzlich für realistisch bestätigt und zeigt die Funktionalität des Werkzeuges. Die Optimierungen im Prozess wurden herausgearbeitet und ebenso für das Werkzeug wie auch für den Aufbau dokumentiert, damit die Folgeschritte besser ausfallen:-)

Ursprünglich veröffentlicht um 06.06.2012 14:03 von Martin Tobler

Festigkeitsberechnungen

Luzi 2 soll als schneller Hangflieger eingesetzt werden. Entsprechend mussten hier die Belastungsfälle ermittelt und in der Auslegung berücksichtigt werden. Insbesondere sollte die Biegespannung auf den Flächenverbinder und den Flügelholm untersucht werden.

Die Berechnung der Biegespannung und der Querkräfte bei einem Looping, sowie der Scherspannung im Falle einer Stecklandung bei 30 m/s zeigte, dass wesentliche Festigkeitsreserven bei den gewählten Dimensionierungen vorhanden sind. Die Dimensionierung wird jedoch nicht nach Unten angepasst, da z.B. der Flächenverbinder auch die Funktion der Ballastaufnahme erfüllen muss.

Neben der Festigkeitsbeurteilung wurde auch die Dimensionierung des Flügelholms unter Anwendung der Berechnungsvorlage von Christian Baron durchgeführt. Damit sind auch die Grundlagen für die Detailauslegung der Flügel im CAD vorbereitet.

Weitere Informationen zu der Festigkeitsberechnung und der Holmdimensionierung finden Sie in der entsprechenden Detailbetrachtung.

 Ursprünglich veröffentlicht um 18.03.2012 13:33 von Martin Tobler

Modell-Ballastierung

Der Einfluss der möglichen Ballastierung auf die Flug-Performance wird untersucht. Dazu werden die möglichen Ballastierungen bezüglich Schwerpunktverschiebung und Flächenbelastung untersucht, welchen Einfluss diese Grössen auf das optimale Gleiten und das minimale Sinken haben.

Die Ballastierung erfolgt im Flügel durch Zugabe von Messing-Profilen in den Leitwerksträger. Da der Leitwerksträger vor dem Schwerpunkt liegt würde diese Art der Ballastierung zu einer starken Verschiebung des Schwerpunktes nach Vorne führen und damit auch Einbussen in der Gleit-Performance verursachen. Aus diesem Grund werden im Flügel weiter von der Nasenleiste aus entfernt noch zwei weitere Ballast-Kammern für identische Profile vorgesehen.

Mit dieser Ballastierung lässt sich die Gleit-Performance deutlich steigern bei geringfügigen Einbussen im minimalen Sinken. Details zur Ballastierungs-Betrachtungen sind detailliert kommentiert.

Ursprünglich veröffentlicht um 05.03.2012 13:33 von Martin Tobler

Flugphasen von Hangseglern

Zuerst wurde die Wölbung des Profils RG15 anhand unterschiedlicher Modelle untersucht und dabei die optimalen Betriebsparameter ermittelt. Anschliessend wurde diese Erkenntnisse mit den im Flug gemessenen und statistisch ausgewerteten typischen Auftriebswerten von Matthieu Scherrer verglichen und die besten Betriebszustände versucht in diese erkannten Flugphasen abzubilden.

Diese Analyse ergab die notwendigen Flugphasen und deren Leistungswerte unter Berücksichtigung der Flügelwölbung und gegebenenfalls einer Momentenkorrektur durch geringfügige Ausschläge am HLW

Die detaillierte Analyse ermittelte folgende Kennwerte:

- bestes Gleiten E = 25.72 wird in der Flugphase "Strecke" erreicht bei einer Geschwindigkeit vx = 9.3 m/s.

 - minimale Sinken wird in der Flugphase "Termik" mit vz = 0.32 m/s erreicht bei vx = 8.0 m/s.

 - maximale Fluggeschwindigkeit vx = 20.1 m/s wird in der "Speed"- Flugphase erreicht.

Entsprechend wurden folgende Flugphasen ermittelt:

Flugphase                  Auftrieb CA              Klappenstellung
Thermik                      > 0.8                        +4°
Strecke                       0.2 - 0.8                    0°
Speed                         0.0 - 0.2                   -1°

 Die Details zu dieser Analyse sind unter Flugphasen einzusehen.

 Ursprünglich veröffentlicht um 19.03.2012 15:24 von Martin Tobler

Einfluss der Profilwölbung

Das Wölben des Profils dient der Anpassung der Fluggeschwindigkeit und damit dem optimierten Betriebspunkt für den entsprechenden Auftriebsbereich CA .

Das positive Wölben des Profils ermöglichen es die Fluggeschwindigkeit vx so zu reduzieren, dass das Modell bei maximalen Auftriebswerten ca mit dem geringsten Widerstand cw betrieben werden kann. Dementsprechend können die Leistungskennwerte des Modells hier positiv beeinflusst werden indem die Gleitzahl E um 31% und die Modellsinkrate um 124% gesteigert werden.

   

Das negative Wölben des Profils reduziert den Widerstand cw bei kleinen Auftriebswerten ca. Dies dient also primär der Steigerung der Geschwindigkeiten vx , während die Performance hier gegenüber dem ungewölbten Profil nur geringfügig (wenn überhaupt) verbessert werden kann. - Dies ist bereist Allgemein bekannt für das verwendete RG15 Profil.

Für die Landung kann durch das absenken der Wölbklappen auf 80° der entsprechende Modellwiderstand cw um Faktor 4 erhöht und dementsprechend reduziert sich auch die Sinkrate um Faktor 4 bei einer Fluggeschwindigkeit vx von ca. 9 m/s. Details zu den entsprechenden Erkenntnissen aus der Flächenwölbung sind ausführlich beschrieben.

Ursprünglich veröffentlicht um 13.04.2012 14:27 von Martin Tobler

Vorbereitung Vakuumtechnik

Nach einigen Wochen beobachten der Abverkäufe von Vakuumpumpen in Ebay konnte ich das Preisgefüge für solche Produkte in etwa einschätzen. Diese ist immer noch günstiger, als eine Neuanschaffung einer schönen KNF-Pumpe aus dem R&G Katalog. Einzig die Lösung mit der Wasserstrahldüse wäre beschaffungstechnisch noch günstiger gewesen. - Der Betrieb wäre damit sicher nicht günstiger und die Installation ebenso verhältnismässig aufwändig.

Da Vakuumtechnik nicht zwingend mit dem Bau dieses Modells in Verbindung gebracht wird, habe ich hierzu ein neue Kapitel Hilfsmittel vorbereitet, welches technische Themen, welche für mich Neuland sind, detailliert erörtern und dokumentieren kann.

Ich habe mir nun ein paar Komponenten zusammengestellt, welches die Verarbeitung von Faserverbundteilen mittels Vakuumpressen ermöglicht. Detaillierte Informationen zu den Komponenten finden Sie unter Vakuumtechnik.

Ursprünglich veröffentlicht um 21.05.2012 14:36 von Martin Tobler

Luzi 2 Dreiseitenansicht

Die aktuelle Auslegung des Modells in Form der Dreiseitenansicht wurde auf die Seite hochgeladen.

 

Weitere Informationen zur Dimensionierung sind unter geometrischen Auslegungen zusammengefasst. Diese Zeichnung kann auch als PDF-Dokument heruntergeladen werden.

Ursprünglich veröffentlicht um 17.03.2012 03:25 von Martin Tobler

Herstellung des Flächenverbinders

Nachdem die Eckwerte der Auslegung verifiziert wurden und an den Rahmenbedingungen abgesteckt sind, kann nun der Aufbau der ersten Formen zur Herstellung der Einzelteile beginnen. Als erstes habe ich mit dem Flächenverbinder begonnen.

Der Flächenverbinder wurde ausgehend von der Festigkeitsberechnung her dimensioniert und bedingt durch die geometrische Auslegung, sowie die Ballastierung und das verwendete Profil schon weitgehend vordefiniert.

Die Dimensionen wurden im CAD aufbereitet und davon dann anschliessend die Teile für den Werkzeugsatz definiert. Es handelt sich hierbei um einfache Aluminiumfrästeile, welche zusammengeschraubt werden können.

Der Aufbau des Flächenverbinders und die eingesetzten Materialien wurden ebenso dokumentiert, dass die entsprechenden Erfahrungen im Aufbau entsprechend verifiziert werden können. - ich bin skeptisch, ob der angestrebte Prozess sich realisieren lässt. Details zur Realisierung werden bei Gelegenheit ergänzt.

Ursprünglich veröffentlicht um 21.05.2012 14:51 von Martin Tobler

Werkzeug für Flächenverbinder bereit

Das Werkzeug für den Flächenverbinder wurde als erstes realisiert. Die Teile sind präzise aus Aluminium gefräst. Die ursprünglichen Vorgaben liessen sich ohne weitere Anpassung umsetzen.

In der Verarbeitung zeigten sich noch das eine oder andere Optimierungspotential. Die Details zum Flächenverbinder-Werkzeug sind entsprechend dokumentiert.

Ursprünglich veröffentlicht um 06.06.2012 13:47 von Martin Tobler

Betrachtung des Berechnungsmodells

Aufgrund der durchgeführten Berechnungen am vereinfachten Modell sind verschiedene Erkenntnisse zur Auslegung eines Modelles erlangt worden. Diese Erkenntnisse sollten nun anhand der Simulation des Berechnungsmodells überprüft werden.

Die Resultate der ermittelten Auslegungsgrössen wie Neutralpunkt, Schwerpunktbereich und Stabilität zeigten im wesentlichen grosse Übereinstimmung mit den Werten, welche mit XFLR5 ermittelt wurden - war ja auch zu erwarten. - Für mich war dies jedoch eine entscheidende Erkenntnisse, da ich die Einflussfaktoren im Ansatz begriffen Habe :-)) Die Leistungsparameter bzw. die Modell-Performance aus der Berechnung zeigte aber im Vergleich zur Analysemethode mit XFLR5 doch deutliche Abweichungen, welche ich im Wesentlichen auf die starke Vereinfachung in der Herleitung der Widerstandswerte in der Berechnung zurückführe.

Das vereinfachte Modell weist eine Gleitzahl von 26 auf und kann im unballastierten Zustand je nach Schwerpunktlage ein beachtliches Geschwindigkeitsspektrum bis zu 40 m/s erreicht.

 Ursprünglich veröffentlicht um 08.02.2012 11:13 von Martin Tobler

Verkleinerung Leitwerk

Aus der Stabilitätsanalyse der Modellberechnung ging hervor, dass das Leitwerk noch verkleinert werden kann um die angestrebten Stabilitätsmasse zu erreichen.

Diese Vorgabe wurde umgesetzt in dem zuerst das Höhenleitwerk basierend auf der ermittelten Halbspannweite im CAD aufgebaut und anschliessend in die Simulation für XFLR5 übernommen wurde.

Durch die Verkleinerung des Leitwerks konnte sowohl der optimale Gleitflug, wie auch für das geringste Sinken optimiert werden. Die Erhöhung der Trimm-Geschwindigkeit wurde dabei durch ein zurücklegen des Schwerpunktes um 1 mm egalisiert.

Damit wurden die Leistungsmerkmale unter Stabilitätsbedingungen erkennbar besser, was jedoch auch zu Lasten der Stabilität (wie ursprünglich angestrebt) in Kauf genommen wird.

 Details zum Vergleich der unterschiedlichen Leitwerke werden ausführlich dokumentiert.

 Ursprünglich veröffentlicht um 26.02.2012 10:55 von Martin Tobler

Leistungsparameter des Segelflugmodells

Die Modellberechnung wurde weitergeführt und die Schwerpunktpositionen verfeinert.

Ebenso wurden die Leistungsparameter des Modells berechnet mittels vereinfachter Betrachtungen. Dabei wurden das minimale Sinken und optimale Gleiten wie auch die minimale Sinkgeschwindigkeit in Abhängigkeit der gewählten Arbeitspunkte ermittelt.

Ausgegangen wurde von einem Stabilitätsmass von 15% und einer Schwerpunktposition von 8% der Ersatzflügeltiefe lE hinter dem Flügelneutralpunkt xNF. Die Berechnungen wurden mit Excel durchgeführt, damit für verschiedene Auftriebswerte ca die entsprechenden Arbeitspunkte ermittelt werden konnten. In dieser Überprüfung wurde auch noch einmal die Stabilität und die Schwerpunktpositionen verifiziert.

Analog konnte auch noch unter Berücksichtigung der Profilpolaren bei gewölbten Flächen die Leistungspolaren ermittelt werden. Deutlich zeigt sich dabei, dass eine positive Wölbung von ca. 5° die minimale Sinkgeschwindigkeit reduziert. Darüber ist das ungewölbte Profil im Vorteil.

Diese Leistungsparameter wurden analog der obigen Beschreibung für das elliptische Referenzmodell ermittelt. Damit lassen sich nun die simulierten Werte besser vergleichen und bewerten. Was als nächster Schritt ansteht.

 Ursprünglich veröffentlicht um 23.01.2012 14:27 von Martin Tobler

Online-Schaltung der Website

Die Dokumentation des Projekts steht nun öffentlich zur Verfügung. Ich habe mich nun auch mit der Live-Schaltung der Website und der damit verbundenen Aktivitäten der URL-DNS- Registraturen und Google-Sites auseinandergesetzt.

- Nicht einfach für ein Dummy - hat aber irgendwie funktioniert :-)

Ursprünglich veröffentlicht um 15.01.2012 00:50 von Martin Tobler

Modellberechnungen

Die bisherigen Versuche und Analysen mit dem Programm XFLR5 zeigten auf, dass zu wenig Kenntnisse über die Interpretation und die Optimierungsmassnahmen bei den Resultaten vorliegen. Deshalb habe ich mich entschieden einen Schritt zurück zu machen und das Modell nach den Design-Richtlinie von Helmut Quabeks zu berechnen.

Schnell zeigte sich, dass diese Einarbeitung in die Thematik sehr hilfreich ist in der Optimierung verschiedener Parameter ist. So konnte der Einfluss einer Vergrösserung des Leitwerks oder eine Verlängerung des Leitwerksarms auf die Stabilität und davon abhängig die optimale Positionierung des Neutral- und Schwerpunktes, sowie die Bestimmung der Einstellwinkeldifferenz und der Anstellwinkel von Flügel und Leitwerk zur Rumpfachse nachvollzogen werden.

Diese Betrachtung lässt die bekannten Richtlinien z.B. "die Leitwerksfläche sollte 10% der Flügelfläche betragen" nun besser verstehen. Ich sehe mich nach wie vor nicht in der Lage, sämtliche Details verstanden zu haben, aber zumindest konnte ich den Ausführungen von Herrn Quabek folgen und konnte diese Erkenntnisse unter Zuhilfenahme von Excel in Optimierungen für den bestehenden Entwurf zu verarbeiten.

Weitere Details finden Sie im unter Modellberechnungen.

Ursprünglich veröffentlicht um 07.01.2012 11:46 von Martin Tobler

Verifizierung der Auslegung mit XFLR5

Nach intensiver Einarbeitung in XFLR5 wurde die Verifikation der Auslegung durchgeführt. Dazu wurde zuerst die Stabilitätsanalyse durchgeführt zur Ermittlung eines sinnvollen Schwerpunktes und im Anschluss eine Performance-Analyse welche die Flugzustände in Abhängigkeit von Gewicht und Geschwindigkeit zeigen.

Problematisch bei der numerischen Analyse waren insbesondere die kleinen Re-Zahlen an den Randbogen. Oft konnten die Berechnungen nicht konvergieren und zeigten keine verwertbaren Ergebnisse bei hohen Anstellwinkeln. Entsprechend mussten auch weitere Interpolationswerte für die verwendeten Profile berechnet werden. Die Verwölbung des Flügelprofils wurde simuliert um die optimalen Betriebspunkte herauszufinden. Hierzu mussten die Polaren der gewölbten Profile entsprechend berechnet werden für die jeweiligen Betriebspunkte. Zur Beurteilung der Performance von Luzi 2 wurde eigens ein Modell mit optimiertem elliptischen Flügel und Leitwerk mit gerader t/4- Linie aufgebaut, gegen das die aktuelle Geometrie verglichen werden konnte. Hierbei zeigten sich ganz deutlich die Probleme mit den tiefen Re-Zahlen welche bei den auf Null auslaufenden Randbogen anliegen. Entsprechend musste der Flügel etwas angepasst werden, dass die kleinste Flügeltiefe nicht null, sondern ca. 30 mm beträgt. Diese Anpassung wurde ebenso am Modell Luzi 2 durchgeführt. Weiter wurde die Positionierung des Schwerpunktes, die Länge des Leitwerksträger, die Einstellwinkeldifferenz, der Anstellwinkel vom Flügle auf den Rumpf, und die Grösse des Leitwerks überprüft und für die weitere Auslegung festgelegt.

Details zur Verifizierung mittels XFLR5 sind ausführlich dokumentiert.

 Ursprünglich veröffentlicht um 02.01.2012 07:40 von Martin Tobler

Umzug der News von Luzi-2.ch

Heute werden die News von der Seite www.luzi-2.ch/news umgezogen auf diesen Blog. Damit wird die vorbereitete Bereinigung der Information gestartet. Beim Umzug werden nicht mehr alle Mitteilungen übernommen!