Flächenwölbung

Aus der Analyse geht eindeutig hervor, dass das Profil RG15 nicht wirklich ein gutes Wölbklappenprofil ist. Die Perfomance über alles ist im gewölbten Zustand tiefer, als im neutralen Zustand ohne Wölbung.

Positive Wölbung ? = +4° bringt ein geringfügig kleineres Sinken bei Fluggeschwindigkeiten zwischen v_x = 7.6 - 7.9 m/s, wobei die Abrissgeschwindigkeit bei ca. 7.5 m/s zu liegen kommt und die maximale Gleitzahl von ursprünglich E_max = 25.7 um -3.9 % auf ca. 24.7 zurück geht. Bei der Trimmgeschwindigkeit bedeutet dies neu eine Gleitzahl E_vTrimm = 22 (+17.6% gegenüber dem umgewölbten Profil von E_vTrimm = 18.7 m/s)

Bei einer Wölbung ? = +2° bringt ein geringfügig kleineres Sinken bei Fluggeschwindigkeiten von ca. v_x = 8.3 m/s, wobei die Gleitzahl E von ursprünglich 25.7 auf ca. 24.9 zurück geht. Bei der Trimmgeschwindikeit v_Trimm bedeutet dies neu eine Gleitzahl E_vTrimm = 20.9 (+11.8% gegenüber dem umgewölbten Profil). Wird das entstehende Moment durch gleichzeitig positiven Ausschlag des HLW um +0.5° ausgelenkt, kann die Trimmgeschwindigkeit entsprechend von 10.9 auf 14.8 m/s (E= 16.17) erhöht werden.

Negative-Trimmung verschiebt das Maximum des optimalen Gleitens E_max = 25.6 auf eine Fluggeschwindigkeit von v_x = 9.8 m/s. Dabei gilt bei Trimmgeschwindigkeit von v_x= 20 m/s ein optimalen Gleitens E_vTrimm = 13.1.

Performance-Vergleich bei Flächenwölbung

Die Betrachtung der Kurvenmaxima lässt keine eindeutigen Schlussfolgerungen zu und werden entsprechend auch nicht weiter betrachtet. Wichtiger ist es, die jeweiligen Performance-Werte bei den jeweilig erzielten Trimmgeschwindigkeiten v_Trimm gegeneinander zu vergleichen. Dieser Vergleich wird in nachfolgender Tablle dargestellt.

Diese Analyse zeigt, dass sich die Wölbung des gewählten RG15 Profils doch positive Eigenschaften erzielt für positive Wölbung. Ausgehend vom neutralen Modell (Wölbung ?_Flügel = 0° und ?_HLW = 0°) kann durch positive Wölbung des Flügels ?_Flügel = +4° und durch die negative Momentenkompensation am Leitwerk ?_HLW = -0.5° der Auftrieb A vergrössert werden von c_a = 0.26 auf 0.77 werden. Damit steigt die Gleitzahl E von 18.6 um 31% auf 24.3 und ebenso verbessert sich die Modellsinkrate von 9.5 um 124% auf 21.3.

Der Referenzversuch mit Flächenwölbung ?_Flügel = 0° und positiver Wölbung des Leitwerks ?_HLW = 0.5° ergibt sich bereist kein 0-Durchgang mehr. Beim Moment, das immer negativ bleibt und somit keinen stabilen Zustand mehr zulässt. Wird demgegenüber die Flächenwölbung ?_Flügel = -1° gewählt, so kann ein stabiler Flugzustand erreicht werden bei einer Trimmgeschwindigkeit v_x = 17.1 m/s. Dies entspricht einer Geschwindigkeitszunahme von 19%. Leider nimmt dabei aber auch die Gleitzahl E von 21 auf 15.9 um 24% ab. Was also nur der Erhöhung der Grund- v_x und der Sinkgeschwindigkeit v_z und nicht der Leistungssteigerung dient.

Widerstand zu Auftrieb bei Flächenwölbung

In Zusammenhang mit der Performance soll betrachtet werden, welchen Einfluss die Wölbung auf die Zunahme der Widerstandsbeiwerten c_w bei unterschiedlichen Auftriebsbei-werten c_a erbringt.

Hier wird die Widerstandszunahme c_w der positiven Wölbung bei c_a < 0.8 deutlich. Ebenso zeigt sich nur eine geringfügige Reduktion des Widerstandes durch negative Wölbung im Bereich c_a = 0 - 0.55. Diese Erkenntnisse werden nachfolgend in der Beurteilung der Flugphasen berücksichtigt.

In dieser Grafik ist die Landestellung mit einer Flächenwölbung ?_Flügel = 80° gezeigt. Der Widerstandsbeiwert c_w steigt um den Faktor 4. Die numerische Simulation liess die Betrachtung aber nur in einem engen Auftriebsspektrum zu.

Fazit aus der Flächenwölbung

Die Wölbung des verwendeten RG15 Profils ermöglicht die Anpassung der Grundgeschwindigkeit v_x des Modells im Bereich von 8.3 - 17.1 m/s. Deutliche Leistungsvorteile bei der Modellsinkrate von +124% und +31% bei der Gleitzahl E bei positiver Wölbung gegenüber dem ungewölbten Profil sind erreichbar. Dabei wird das Modell mit Auftriebsbeiwerten von c_a = 0.77 betrieben.

Negative Wölbung senkt diese Performance-Werte deutlich. Dafür kann die Fluggeschwindigkeit v_x = 20.1 m/s um 40% erhöht werden bei einer Reduktion des Auftriebsbeiwertes auf c_a = 0.13. Aus der Widerstandsbetrachtung lässt sich schliessen, dass die positive Wölbung ab einem c_a > 0.72 und eben so negative Wölbung bei c_a < 0.57 Vorteile gegenüber dem ungewölbten Profil bringen.

Damit wurde erkannt, dass die Optima mit den gewählten Klappenstellungen noch nicht erreicht sind. Um höhere c_a-Werte zu erreichen, müsste noch langsamer geflogen werden, was aufgrund der Momentenbetrachtung aber nicht mehr durch höhere Ausschläge Leitwerk zur Momentenkompensation erfolgen, sondern eher durch eine Schwerpunktverschiebung erreicht werden müsste. Das verschieben des Schwerpunktes ist aber aus Stabilitätsgründen nicht gewünscht.

Daher gilt es als nächstes zu ermitteln an welchem Punkt das Modell optimiert werden soll. Dies erfolgt in der Beurteilung der Flugphasen. Anschliessend soll das Profilwiderstandsverhalten bei unterschiedlichen Profilen untersucht werden. Hier gilt grundsätzlich je weniger Widerstand c_w, desto schneller v_x und je grösser das erreichte c_a, desto besser die die Gleitzahl E bzw. je geringer das minimale Sinken v_z.

Das positive, wie auch das negative Wölben des Profils ermöglichen es die Fluggeschwindigkeit v_x des Modells im Bereich von 8 - 20 m/s anzupassen, dass das Widerstandsverhalten c_w im entsprechenden Auftriebsbereich c_a optimiert werden. Damit können die Leistungswerte v_z, E im Langsamflug deutlich verbessert werden, während die Geschwindigkeitszunahme bei negativer Wölbung nur geringfügig erhöht werden kann.

Für die Landung kann durch das absenken der Wölbklappen auf 80° der entsprechende Modellwiderstand c_w um Faktor 4 erhöht und dementsprechend die Sinkrate um Faktor 4 reduziert werden bei einer Fluggeschwindigkeit v_x von ca. 9 m/s