Profilvergleich Flügel
Profilvergleich von Profilen für die Tragfläche
Die beschriebenen Profile aus dem Kapitel Profilpolaren werden nun miteinander verglichen.
Für die Flügelprofile werden die T2-Polaren berechnet bei Re * ca1/2 = 100’000 unter der Annahme von einer Profilwurzeltiefe l = 200 mm , einer Spannweite von 2'400 mm und einem Modellgewicht von 1'350 g . Dabei ist nachfolgende Farbcodierung für die einzelnen Kurven gewählt.
Abbildung 410) Farbcodierung für Profilvergleich
Für diesen Vergleich werden die Profile nicht modifiziert. - Der Vergleich erfolgt zwischen Profilen mit 7.3 bis zu 9 %, was nicht zwingend der gewählten Anwendung entgegen kommt. Für einen ersten Eindruck reicht dies aber durchaus.
Die Polaren beschreiben also das Widerstands-, das Auftriebs- und das Momenten-Verhalten von Profilen und deren Verlauf bzw. deren Ableitungen und Verhältnisse.
Auftriebs- / Widerstands-Polaren
Als erstes fallen die unterschiedlichen ca max zwischen 0.95 und 1.5 auf. Den höchsten Wert weist das Profil AG40 auf, was bei der hohen Wölbung von 2.4 % nicht weiter erstaunt. Über den gesamten Bereich scheinen die Profile ähnlich zu liegen, wobei das HQ/DS-1.75/8 zwischen ca = 0.05 und 0.6 doch erkennbar mehr Widerstand aufweist und auch oberhalb ca > 0.7 eine starke Widerstandszunahme zeigt und dem entsprechend auch beim Maximalauftrieb den tiefsten Wert aufweist. Einzig bei einem Auftrieb von ca = 0.76 zeigt es vergleichbar gute Auftriebswerte wie die anderen Profile.
Im unteren Auftriebsbereich ca = 0.01 und 0.4 zeigt das SD7003 die geringsten Widerstandswerte, liegt aber im mittleren Bereich von ca = 0.5 und 0.8 deutlich hinter den Besten Werten zurück.
Abbildung 411) Auftriebs-Widerstands-Polarenvergleich
Abbildung 412) Auftriebs-Anstellwinkel-Polarenvergleich
Auftrieb bezogen auf den Anstellwinkel a
Die Profile zeigen sich in einem Anstellwinkelbereich zwischen α = -1 .. 8 ° als durchaus vergleichbar und sind je proportional zur Profilwölbung stärker oder weniger stark ausgeprägt. Einzig das HQ/DS-1.75/8 zeigt hier gewisse Nichtlinearitäten. Die Nullauftriebswinkel liegen alle in der Nähe von α0 = -2°.
Abbildung 414) Momenten-Anstellwinkel-Polarenvergleich
Umschlag der Grenzschicht an der Profiloberseite
Hier zeigt sich der Umschlagpunkt der laminaren in die turbulente Strömung in % der Profiltiefe. Hier sind wiederum zwei deutliche Extreme zu erkennen. Zum einen das MG06 mit sanften Umschlagspositionen und zum Anderen das HQ/DS-1.75/8 mit schlagartigem Umschlag bei einem Auftriebswert von ca = 0.7. Dies zeigt auch die Ursache für den extrem starken Widerstandszuwachs oberhalb dieses Auftriebswertes.
Abbildung 413) Strömungsumschlag an Profiloberseite
Umschlag der Grenzschicht an der Profilunterseite
Im Schnellflug ist eher die Ablösung auf der Unterseite von Interesse. Hier sind bei allen Profilen relativ geringe Anstiege ausgeprägt, wobei das RLYP1 den Umschlag ganz spät zeigt, während der Umschlag beim AG40d bereits viel früher einsetzt und linear mit der Profiltiefe zunimmt.
Abbildung 415) Strömungsumschlag an Profilunterseite
Profilgleitzahl E
Die Profilgleitzahl E entsteht aus der Division von Auftriebsbeiwert zum Widerstandswert. Hier ist prinzipiell ein möglichst hoher absoluter Wert, als auch eine möglichst breite Verteilung über den Anstellwinkel α bzw. den Auftriebsbereich ca zu erreichen. Die stärker gewölbten Profile mit hohem ca max zeigen auch hier, dass sie Leistungsfähiger sind als weniger stark gewölbte Profile.
Für ein schnelles Hangflugmodell sind aber die Auftriebsbereiche zwischen ca = 0 .. 0.6 von Interesse. Hier liegen die Profile SD7003 und RL1YP1 leicht vorne. Das Profil HQ/DS-1.75/8 weist einen steilen Abfall ab ca = 0.7 auf und ist somit nicht mit bei den favorisierten Profilen für den gewählten Einsatz.
Abbildung 416) Profilgleitzahl E über den Auftriebsbereich
Abbildung 417) Profilsinkrate über den Auftriebsbereich
Profilsinkrate
Die Profilsinkrate zeigt das minimale Sinken bei relativ langsamen Flugbewegungen bzw. Hohen Auftriebswerten ca = 0.6 .. 1. Dies ist bei einem Thermikmodell von primärem Interesse, nicht aber primär im Vordergrund bei einem schnellen Hangflugmodell. Hier liegt absolut gesehen das AG40d als auftriebsstärkstem Profil aus dem Vergleich klar vorne. Betrachtet man hingegen den den Auftriebsbereich zwischen 0 und 0.6 liegen wiederum die Profile SD7003 und RL1YP1 vorne.
Flugphasen und Auftriebsbereich bei Wölbklappeneinsatz
Der Einsatzbereich für ein schnelles Hangflugmodell muss klar eingegrenzt werden, um eine schlüssige Profilentscheidung treffen zu können. Durch Anwendung von Wölbklappen kann das Geschwindigkeitsspektrum des Profils angepasst werden.
Das Profil MG06 hat gezeigt, dass das Profilmoment cm bei dem leichten S-Schlag deutlich geringer ist, als z.B. beim AG40d. Aus diesem Grund sehe ich ein sehr gutes Potential unter Verwendung des RL1PY1 mit Klappen bei einer Klappenposition von 75% der Profiltiefe l.
Unter Berücksichtigung der Wölbklappen lassen sich z.B. die drei nachfolgenden Flugphasen einstellen.
- Speed: CA = 0 .. 0.2 Klappe: - 1°
- Strecke: CA = 0.2 .. 0.6 Klappe: 0°
- Thermik: CA = 0.6 ..1 Klappe: +2..4 °
Durch den Einsatz der Klappen kann das Profil in gewissen Grenzen optimiert werden. Mittels negativer Wölbung kann der Widerstand im unteren Auftriebsbereich noch ein wenig reduziert werden. Dadurch steigt die Leistung bis zu einem Auftriebswert von ca = 0.4 geringfügig an. Mit positiver Wölbung von 2..4 ° kann der Auftriebswert auf ein ca max = 1 gebracht werden und damit die minimale Sinkrate um ca. 28% gesteigert werden.
Profilwahl
Der Vergleich der der verschiedenen Profile mit positiv und negativ gesetzten Klappen zeigt deutlich die unterschiedlichen Ansätze auf. Das AG40 ist in vielen Bereichen ein ausgewogenes Profil. Es ist jedoch klar für den Langsamflug ausgelegt, daher sehe ich im RL1PY1 klare Vorteile für die gewünschte Auslegung als Hangsegler, der sich vorwiegend in einem Auftriebsbereich ca = 0.01 .. 0.6 bewegt.
Mit diesem Ansatz ist der maximale Wirkungsgrad erreicht, eine flache Auftriebsverteilung über den gewünschten Geschwindigkeitsbereich erreicht, mittels positiv gesetzter Klappen ein einfaches Starten möglich und auch ein gutmütiges Verhalten Erreicht bis zu Anstellwinkeln von α = 6°. Das Profil muss jedoch an die statischen Gegebenheiten im Bereich der Flügelwurzel angepasst werden. Aus konstruktiven Überlegungen (Flächenverbinder ist bereits umgesetzt) ist es hier ein Dicke von 9% gegeben. Im Kapitel Re-Zahl angepasste Profile ist die Verwendung die Adaptierung des Profils auf die gewünschte Flügelgeometrie beschrieben.
Fazit
Das momentenarme RL1PY1 kommt in modifizierter Ausführung beim Modell Luzi 2 zur Anwendung. Maximaler Wirkungsgrad bei ca = 0.6, flache Geschwindigkeitspolaren, gutmütiges Verhalten bei grossen Anstellwinkeln und ein hoher Maximalauftrieb mittels Wölblkappeneinsatz im Langsamflug sind die ausschlaggebend Kriterien für die Selektion. wobei ebenso gut ein anderes Profil hätte eingesetzt werden können :-)