Das Projekt Luzi 2 wurde beendet und steht damit nicht mehr weiter öffentlich zur Verfügung.

Anstellwinkel und EWD

Unterschiedliche Anstellwinkel und EWD

An dieser Stelle wird der Einfluss unterschiedlicher Anstell- und Einstellwinkel untersucht. Grundsätzlich dient das Höhenleitwerk dem Momentenausgleich und daher verursacht ein in Flugrichtung ausgerichtetes Leitwerk den geringsten Widerstand. Abhängig von der Fluggeschwindigkeit bzw. dem angestrebten Anstellwinkel soll nun die optimale Ausrichtung des Flügels auf den Rumpf und ebenso der Einstellwinkel des Leitwerks zum Flügel gefunden werden, dass die gewünschte Stabilität bei geringstmöglichem Widerstand erzielt wird.

Entsprechend wird ein Versuch mit anderen Anstellwinkeln ai und erhöhter EWD gemacht ? Das Modell wird dupliziert und der Flügel wird versuchsweise mit anderen Anstellwinkeln für Flügel und Leitwerk neu beurteilt. Aufgrund der der Flugzeuggeometrie ist zu erwarten, dass sich der Neutralpunkt xN durch diese Massnahme nicht verändert.

In der Stabilitätsanalyse werden die Unterschiedlichen Auslegungen verglichen.

Quick Links

Abbildung 81: Momentenbetrachtung bei unterschiedlichen Anstellwinkeln

Erst ab einem Anstellwinkel von > 2.5° wird der notwendige Auftrieb A = 13.5 N bei einer Fluggeschwindigkeit vx = 10 m/s erreicht, um ein horizontales Gleiten zu ermöglichen. Dies kann nun im vorliegende Falle so geschehen, dass der Flügel mit aiF = 2.5° zur Rumpfachse eingestellt wird und Rumpf und Leitwerk horizontal liegen. - Das mag für langsame Flugzeuge ein gangbarer Ansatz sein.

Eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit vx = 15 m/s ergibt bereits ganz andere Werte:

Hier zeigt sich bereits, dass auch mit einer tieferen EWD = 1° der notwendige Auftrieb A =13.8 N erreicht wird, wenn der Anstellwinkel von Flügel aiF = 0° und aiHLW = -1° sind. Das ist ein entsprechend profiltypisches Verhalten vom RG15, dass der Nullauftriebswinkel a0 = -2.5° und das Nullauftriebsmoment cm0 = -0.0692.

Wird nun die Fluggeschwindigkeit vx weiter erhöht, so wird angestrebt, dass der Flügel möglichst wenig Widerstand verursacht also Cw <<. Entsprechend wird er ebenso horizontal ausgerichtet. - Wäre nun der Einstellwinkel des Flügels mit aiF = 2.5° gewählt, würde der Rumpf entsprechend mit -2.5° in der Luft liegen und und unnötig Widerstand verursachen.

Nun werden entsprechend die Performance-Analysen für die entsprechenden Einstellungen getätigt, bei welcher der nötige Auftrieb A für die jeweilige Fluggeschwindigkeit vx aufgezeigt wird.

Abbildung 82: Performance-Vergleich bei unterschiedlichen Anstellwinkeln

Für den Vergleich werden in der nachfolgenden Tabelle folgende Werte aufgeführt:

a) Anstellwinkel Flügel aiF

b) Anstellwinkel HLW aiHLW

c) Einstellwinkeldifferenz EWD

d) Trimm-Geschwindigkeit vTrimm

e) Sinkgeschwindigkeit bei Trimm-Geschwindigkeit: vz(vTrimm)

f) Anstellwinkel Flugzeug bei Trimm-Geschwindigkeit: a(vTrimm)

g) Abrissgeschwindigkeit vAbriss

h) Minimale Sinkgeschwindigkeit vMinSink

i) Sinkgeschwindigkeit bei minimaler Sinkgeschwindigkeit: vz( vMinSink)

j) Max Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand Cl/Cd

k) Maximale Distanzgeschwindigkeit vMaxDist(Cl/Cd)

l) Anstellwinkel Flugzeug bei Maximalen Auftrieb zu Widerstand Cl/Cd a( Cl/Cd )

m) Horizontal-Fluggeschwindigkeit vHoriz

Diese Analyse zeigt die unterschiedlichen Anstellwinkel a) und die unterschiedlichen Momentenbeiwerte cm auf für die unterschiedlichen Einstellungen. Hierbei sind deutlich die Unterschiede der Trimm-Geschwindigkeit vTrimm, bzw. der Momentenbeiwerte cm festzustellen, während die Gleitzahl E und die Sinkflugeigenschaften vz nur durch den jeweiligen Betriebspunkt geprägt sind.

Das Ziel ist ein möglichst grosses Geschwindigkeitsspektrum sicherzustellen. Dies wiederum bedingt, dass die Momente bei höheren Geschwindigkeiten möglichst tief gehalten werden. Je grösser nun die Einstellwinkeldifferenz EWD gewählt wird, desto grösser sind die erzeugten Momente und damit sinkt die Trimm-Geschwindigkeit vTrimm .

Soll schneller geflogen werden, wird deutlich mehr Klappeneinsatz erforderlich sein, um die Gleichgewichtsbedingungen herzustellen, als dies bei kleinen Momenten bzw. geringer Einstellwinkeldifferenz EWD zu erwarten ist. Die Verschiebung des Schwerpunktes xs lässt hier eine entsprechende Anpassung der Trimm-Geschwindigkeit vTrimm zu, womit sich die Leistungsparameter entsprechend optimieren lassen.

Betrachtung des optimalen Gleitens

In der nachfolgenden Betrachtung wird die EWD unter Berücksichtigung des Schwerpunktes xs für optimales Gleiten Emax verglichen. Dazu wird für die jeweilige EWD die optimale Geschwindigkeit vx gesucht, bei der das Optimale Gleiten EMax erreicht wird. Dazu wird der Schwerpunkt xs so eingestellt, dass bei vx = vTrimm = vEmax ist. Die entsprechend ermittelten Betriebspunkte werden hierzu aufgezeichnet. Zur Anpassung der EWD wird der Anstellwinkel des HLW aiHLW = 0 behalten und der Flügel aiF = 0 .. 1.5° angestellt.

Abbildung 237: Optimales Gleiten bei unterschiedlicher EWD bzw. unterschiedlichem Schwerpunkt xs

a) Anstellwinkel Flügel aiF [°]

b) Auftrieb ca (vTrimm)

c) Schwerpunktposition xs [mm]

d) Trimm-Geschwindigkeit vTrimm [m/s]

e) Gleitzahl E, Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand ca/cw(vTrimm)

f) Steigzahl epsilon ca3/2/cw(vTrimm)

g) Gleitwinkel Flugzeug bei Trimm-Geschwindigkeit: ?(vTrimm) [°]

h) Sinkgeschwindigkeit bei: vz( vMinSink)

i) Sinkgeschwindigkeit bei Trimm-Geschwindigkeit: vz(vTrimm) [m/s]

j) Stabilität s [%]

Fazit der Einstellwinkelbetrachtung

Die Einstellwinkel von Flügel aiF = 0.5°und Leitwerk aiHLW = 0° zum Rumpf, wie sie in der Auslegung gewählt wurden, werden so beibehalten. Damit ist bei geringem Widerstand die gewünschte Stabilität aus der Auslegung erreicht und die Momente bei höheren Geschwindigkeiten lassen sich durch minimalsten Rudereinsatz kompensieren. Die Rumpfachse oberhalb der Horizontalfluggeschwindigkeit von vx = 14.4 m/s leicht mit der Nase nach unten geneigt. Andersrum formuliert, wenn die Geschwindigkeit unterhalb der Geschwindigkeit von vx = 14.4 m/s hängt der Schanz hinten leicht. - In einer Neuen Auflage würde ich bei gleichem Auslegungsziel eher 1.5 .. 2° Anstellwinkel vom Flügel zum Rumpf mit einer EWD von 0.5 ° einplanen. Aktuell wird dies durch positive Wölbung des Profils im Langsamflug so eingestellt.

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