Embedded Files
Das Projekt Luzi 2 wurde beendet und steht damit nicht mehr weiter öffentlich zur Verfügung.
Unterschiedliche Leitwerksgrösse
Unterschiedliche Leitwerksgrösse
Die Berechnung des Modells hat gezeigt, dass die Leitwerksgrösse verringert werden kann, um die gewünschte Stabilität zu erreichen. Entsprechend wurde hier der Versuch unternommen, die ursprüngliche Leitwerksauslegung mit einer kleineren Version zu vergleichen.
Die Daten aus der Berechnung wurden hierzu in der Excel-Datei von Luzi 2 aufbereitet und ebenso neu in Solid Works aufgebaut. Anschliessend wurden zwei Modelle mit den unterschiedlichen Leitwerksgrössen in der XFLR5 Simulation gegeneinander verglichen.
Ausgegangen wurde von einer Halbspannweite s / 2 = 285 mm, damit wurde eine Eine Leitwerksfläche von 4.69 dm2 und eine projizierten Leitwerksstreckung von ?Hp = 6.2 bzw. ein Flächenverhältnis von Flügel zu Leitwerk von 1 :12 erreicht.
Aus der Literatur war bekannt, dass ein Verhältnis von Flügel zu Leitwerk in etwa 1 : 10 sein sollte. Dies konnte dann auch mit iterativen Anpassungen erreicht werden, in dem die angestrebten Stabilitätswerte für Längsstabilität ?xNH / lEF ca. 0.15 und die Nickdämpfung dcMH / dOy von ca. -6 .. -8 angestrebt wurde. Entsprechend der Berechnung musste hierzu die Streckung des Leitwerks ?Hp und damit auch die Fläche bzw. die Spannweite des Leitwerks reduziert werden. Die Details sind aus der Bestimmung des Neutralpunktes zu entnehmen.
CAD-Modelle der zu vergleichenden Leitwerke
CAD-Modelle der zu vergleichenden Leitwerke
Die Leitwerke wurden entsprechend im CAD aufgebaut und vermasst. Nachfolgend sind die beiden Leitwerke dargestellt.
Abbildung 112: CAD-Modell des Leitwerks vom Ausgangsmodells
Abbildung 113: CAD-Modell des optimierten Leitwerks
XFLR5-Modelle der zu vergleichenden Leitwerke
XFLR5-Modelle der zu vergleichenden Leitwerke
Die Stützstellen wurden entsprechend aus diesen Geometrien für den Aufbau der XFLR5-Simulation übernommen, wobei aufgrund der numerischen Berechnungen die Flügelspitzen nicht auf 0 auslaufen konnten. Dies wurde durch eine entsprechende Anpassung der Leitwerkstiefe erreicht.
Abbildung 114: XFLR5-Modell des Leitwerks vom Ausgangsmodells
Abbildung 115: XFLR5-Modell des optimierten Leitwerks
Performance-Vergleich der beiden Leitwerke
Performance-Vergleich der beiden Leitwerke
Der Vergleich der beiden Modelle spricht klar für die Auslegung mit dem kleineren Leitwerk (klein; in der Simulation als Luzi 2 RG15-CAD bezeichnet)
Abbildung 116: Performance-Vergleich der beiden Leitwerk
Zuerst wurde die Betrachtung für denselben Schwerpunkt xs = 90 mm betrachtet:
Die Trimm-Geschwindigkeit erhöht sich dabei von vTrimm (gross) = 14.4 m/s auf vTrimm (klein) = 16.1 m/s. Ebenso zeigen sich die Momente oberhalb dieser Geschwindigkeit beim kleinen Leitwerk annähernd halb so gross wie beim grossen Leitwerk. Entsprechend müssen hier auch grössere Ruderausschläge erwartet werden.
Das optimale Gleiten verbessert sich beim kleinen Leitwerk marginal von E(klein) = 25.8 @ vx = 9.37 m/s gegenüber E(gross) = 25.7 @ vx = 9.3 m/s. Damit wird bei der Trimm-Geschwindigkeit beim grossen Leitwerk eine Gleitzahl E(gross) = 18.7 erreicht, während beim kleineren Leitwerk nur noch E(klein) = 16.6 erreicht wird.
Ebenso wird das geringste Sinken durch die Veränderung der Leitwerksgrösse nur minimal beeinflusst. vz min (gross) = 0.333 m/s @ vx = 8.06 m/s im Vergleich zu vz min (klein) = 0.332 m/s. Damit wird bei der Trimm-Geschwindigkeit beim grossen Leitwerk eine Sinkgeschwindigkeit vz (gross) = 0.974 m/s erreicht, während beim kleineren Leitwerk vz (klein) = 0.769 m/s erreicht wird.
Der Anstellwinkel des Modelles mit dem grossen Leitwerk beträgt a(gross) = -1° bei Trimm-Geschwindigkeit, während sich beim kleinen Leitwerk ein Anstellwinkel a(klein) = -1.5° einstellt.
Dieser Vergleich lässt keinen eindeutigen Schluss zur Leistungssteigerung durch die Verkleinerung des Leitwerks zu. Deshalb wurde durch eine Verschiebung des Schwerpunktes beim Modell mit dem kleineren Leitwerk um 1 mm nach Hinten die Trimm-Geschwindigkeit gleich gesetzt, wie beim Modell mit dem grossen Leitwerk (vTrimm (gross) = 14.4 m/s). Nun sind die Leistungssteigerungen des kleineren Leitwerks deutlich erkennbar. In dieser Betriebssituation beträgt die Gleitzahl E(klein) = 18.86 im Vergleich zu E(gross) = 18.7 und die Sinkgeschwindigkeit vz (klein) = 0.765 m/s (vz (gross) = 0.7974 m/s. Erkauft wurde diese Performance-Verbesserung eindeutig zu Lasten der Stabilität.
Fazit aus der Verkleinerung des Leitwerks
Fazit aus der Verkleinerung des Leitwerks
Die Performance des Modells Luzi 2 kann durch die Verkleinerung des Leitwerks auf ein Verhältnis der projizierten Flächen des Flügels zum Leitwerk von ca. 1 : 9 sowohl für den optimalen Gleitflug, wie auch für das geringste Sinken um die Leistung des Modells um 1% gesteigert werden. Entsprechend wird dadurch die Trimm-Geschwindigkeit erhöht. Wird nun der Schwerpunkt zusätzlich noch 1 mm auf xs = 91 mm zurückverlegt. Kommt die Leistung im Betriebszustand erst zu tragen, reduziert aber gleichzeitig die Stabilität.
Die Reduktion der Momente bei höheren Fluggeschwindigkeiten oberhalb der Trimm-Geschwindigkeit hilft auch hier der Reduktion des Rudereinsatzes.
Page updated
Google Sites
Report abuse