Vergleichsanalyse

Vergleich der Momente c_m0 = 0 für a, C_l und C_l/C_d bei Modell Luzi 2 im Vergleich zum elliptischen Referenzmodell. Für die Analyse wurden das vereinfachte Modell aus der Berechnung verwendet. Für die Betrachtung wurden jeweils zwei unterschiedliche Schwerpunkte x_s gewählt.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine Stabilität von 8% ausreichend ist.

(1) s = (x_NP - x_s) / l_E ? x_s bei s = 8% = x_NP - 0.08 * l_E

Arbeitspunkte

Die entsprechenden Arbeitspunkte bei v_x = 10 m/s sehen wie folgt aus:

Der Vergleich der Arbeitspunkte zeigt deutlich die Vorteile der geringeren Gesamtwiderstände des elliptischen Modells. Insbesondere sind die induzierten Widerstände an den Flügel- und Leitwerksspitzen zu erwähnen.

Zum Vergleich werden einige Maxima-Punkte detailliert verglichen.

Performance-Vergleich

Für die Beurteilung der Performance werden die beiden Auslegungen bei den jeweils ermittelten Schwerpunkten verglichen. Im Weiteren wir die ballastierte Version betrachtet.

Der Vergleich der Auslegung mit dem elliptischen Referenzmodells geht klar zu Gunsten des elliptischen Referenzmodells aus. Insbesondere sind die Leistungsvorteile im Langsamflug ersichtlich. Hierzu wurde die Analyse wiederholt im Vergleich zum optimierten Modell mit kleinerem Leitwerk.

Die Trimm-Geschwindigkeit des elliptischen Referenzmodells v_{Trimm (Referenz)} = 16.4 m/s @ x_s =75 mm bzw. v_{Trimm (Referenz)} = 15.07 m/s @ x_s =77 mm ist geringfügig höher als beim Modell von Luzi 2 mit kleinerem Leitwerk v_{Trimm (Auslegung)} = 14.4 m/s @ x_s =91 mm. Deutlich sind aber die annähernd doppelt so grossen Momentenbeiwerte bei höheren Fluggeschwindigkeiten als der Trimm-Geschwindigkeit des elliptischen Referenzmodells.

Vergleicht man die Leistungskennwerte bei Trimm-Geschwindigkeit, liegen die Vorteile nicht mehr so deutlich beim elliptischen Referenzmodell. Das Gleiten des elliptischen Referenzmodells erfolgt bei E_(Referenz) = 18.54 @ v_x = 15.07 m/s gegenüber E_(Auslegung) = 18.86 @ v_x = 14.4 m/s. Ähnlich sieht die Situation auch beider Sinkgeschwindigkeit aus v_{z (Referenz)} = 0.82 m/s erreicht, während beim Auslegungsmodell mit kleineren Leitwerk v_{z (Auslegung)} = 0.76 m/s erreicht wird.

Diese Leistungsunterschiede sind auf die unterschiedliche Geometrie zurückzuführen.

Grundsätzlich ist zu erwarten, dass ein Modell mit grösserer Flächenbelastung schneller geflogen wird. Damit auch die volle Leistung des Modells genutzt werden kann, muss die Trimm-Geschwindigkeit entweder durch Schwerpunktverschiebung (Achtung! damit ist auch eine Reduktion der Stabilität zu erwarten) oder besser durch andere Massnahmen wie z.B. geringeres Gewicht oder höhere Wölbung auf optimales Gleiten einzustellen.

Bei der detaillierten Betrachtung des Auftriebs- und Widerstandsverhalten am Modell zeigen sich dann die relevanten Unterschiede:

1. Der induzierte Widerstand an Leitwerks- und Flügelspitze

2. Die Welligkeit des Auftriebsverhalten über die Spannweite

Fazit aus dem Vergleich mit dem elliptischen Referenzmodells

Die Performance des elliptischen Referenzmodells ist erkennbar besser, als beim Auslegungsmodell bzw. auch dem Modell mit dem verkleinerten Leitwerk. Leider ist durch die grössere Flächenbelastung beim elliptischen Referenzmodell auch die Trimm-Geschwindigkeit höher. Hierbei zeigen sich die Leistungsvorteile nicht mehr so deutlich im Vergleich zum Auslegungsmodell.

Entsprechend kann gesagt werden, dass das elliptischen Referenzmodell nur dann die Leistungsvorteile ausnutzen kann, wenn es entsprechend langsam geflogen wird. Ansonsten sind vor allem die Widerstände an den Flügel- und Leitwerks-Spitzen zu reduzieren, welche die Leistung des Modells im Schnellflug am stärksten beeinträchtigen.