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Das Projekt Luzi 2 wurde beendet und steht damit nicht mehr weiter öffentlich zur Verfügung.
Das vereinfachte Ersatzmodell, welches zuvor berechnet wurde, soll nun mittels XFLR5 modelliert und verifiziert werden. Damit sollen die gewonnen Erkenntnisse aus der Ermittlung der Ersatzflügel, des Neutralpunktes, der Schwerpunktpositionierung, Der Leistungsparameter und des Einflusses der Flügel-Wölbung simuliert werden.
Das vereinfachte Ersatzmodell, welches zuvor berechnet wurde, soll nun mittels XFLR5 modelliert und verifiziert werden. Damit sollen die gewonnen Erkenntnisse aus der Ermittlung der Ersatzflügel, des Neutralpunktes, der Schwerpunktpositionierung, Der Leistungsparameter und des Einflusses der Flügel-Wölbung simuliert werden.
In der nachfolgenden Tabelle werden die Ergebnisse aus der Modellberechnung denjenigen aus der Simulation des vereinfachten Modells mit XFLR5 gegenübergestellt und kommentiert.
Die Abweichungen der berechneten Werte in Excel zu den ermittelten Werten aus der Simulation sind vernachlässigbar klein. Sie sind im wesentlichen durch die vereinfachten Näherungsberechnungen verursacht, welche in der numerischen Berechnung präziser am Integral durchgeführt werden.
Nachfolgend werden die Simulationsergebnisse mittels XFLR5 den Berechnungen am vereinfachten Modell gegenübergestellt.
Neutralpunkt
Neutralpunkt
In der Stabilitätsbetrachtung wird der Neutralpunkt überprüft. Dieser stimmt im Wesentlichen mit der berechneten Position überein.
Abbildung 101: Stabilitätsbetrachtung am Berechnungsmodell
Schwerpunkt
Schwerpunkt
Nun werden die Schwerpunktpositionen mit den Leistungsparametern in XFLR5 aufgezeichnet. Auch dieser Bereich für xs und die Stabilität s deckt sich sehr gut mit den berechneten Werten in Excel überein.
Abbildung 102: Performance-Betrachtung am Berechnungsmodell
Wichtig ist bei der Schwerpunktfindung zu berücksichtigen, dass das Modell in jedem Fall versucht den Gleichgewichtspunkt zu erreichen. Dementsprechend wird das Modell entweder beschleunigt oder abgebremst.
Angenommen der Schwerpunkt liegt bei xs = 90 mm von der Nasenleiste des Flügels aus gemessen. Fliegt das Modell nun mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s, so wird es, sofern man es nicht daran hindert, die Nase nach Unten nehmen und die Fahrt erhöhen, bis es sich auf der Geschwindigkeit von vx =18 m/s eingependelt hat.
Leistungsparameter
Leistungsparameter
Die ermittelten Betriebspunkte aus der Simulation mit XFLR5 sind wie folgt:
Abbildung 103: Leistungsparameter am Berechnungsmodell
Daraus lesen sich die Leistungsparameter wie folgt ab:
Hier sind doch deutliche Abweichungen zu den berechneten Werten erkennbar, welche auf die zu starke Vereinfachung bei der Bestimmung der Widerstandswerte zurückzuführen sind.
Die Schwerpunktposition xs hat auf diese Leistungsparameter in der XFLR5-Simulation keinen Einfluss und werden nur des Vergleichs wegen eingetragen.
Vergleich des Berechnungsmodells zum vereinfachten Analysemodell
Vergleich des Berechnungsmodells zum vereinfachten Analysemodell
An dieser Stelle interessiert nun der Vergleich des berechneten Ersatzmodells zu dem vereinfachten Analysemodells des Modells. Hierzu werden beide Modelle in einer Simulation bei denselben Stabilitätsverhältnissen verglichen.
Abbildung 110: Performance-Vergleich des Berechnungsmodells zum vereinfachten Analysemodell
Das Berechnungsmodell zeigt gegenüber dem vereinfachten Analysemodell eine höhere Gleitzahl E = 26.0 (25.8). Dafür ist die minimale Sinkgeschwindigkeit vz = 0.336 m/s @ vx = 8.2 m/s geringfügig grösser (vz = 0.332 m/s @ vx = 8.06 m/s).
Entsprechend ist die Trimm-Geschwindigkeit vTrimm = 17 m/s @ xs = 90 mm bzw. vTrimm = 15.9 m/s @ xs = 91 mm beim Berechnungsmodell etwas grösser als beim Analysemodell (vTrimm = 16.1 m/s @ xs = 90 mm bzw. vTrimm = 14.4 m/s @ xs = 91 mm).
Diese Leistungsunterschiede sind im Wesentlichen auf die unterschiedliche Geometrie zurückzuführen.
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
Abbildung 107: Auftriebs- und Widerstandswerte am Berechnungsmodell
Abbildung 109: Auftriebs- und Widerstandswerte am Analysemodell
Fazit aus dem Vergleich
Fazit aus dem Vergleich
Grundsätzlich kann in diesem Vergleich demonstriert werden, dass die Vereinfachung zur Berechnung des Modells auf einen Dreifachtrapezflügel mit elliptischem Randbogen sinnvolle Annäherungen bezüglich Neutralpunkt/ Schwerpunktsbereich und Leitsungsparametern ergeben.
Durch die Verwendung von leicht höheren Werten für die Flügeltiefen an den gewählten Stützstellen könnte auch die Flügelfläche, die Streckung und damit auch die Flächenbelastung noch näher am Analysemodell angenähert werden. Damit würden die Simulationsergebnisse noch besser übereinstimmen.
Als Anmerkung sei hier noch erwähnt, dass die die gewählte Flügeltiefe an der Flügelspitze zu hoch angesetzt worden ist, dass die numerische Berechnung für die zuvor ermittelten Re-Zahlendes Flügelprofils nicht bis zum Anstellwinkel von 7° berechnet werden konnte. - Eine geringfügige Erhöhung von 30 auf z.B. 38 mm an der Flügelspitze würde dieses Problem in der Analyse eliminieren.
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