Bubble-Ramp-Profile

Bubble-Ramp-Profile

Bei den ersten Versuchen zur Anpassung des Standard-Profiles RG15 an die entsprechenden Re-Zahlen bei den jeweiligen Flügeltiefen l zu machen, bin ich nach dem Ansatz vorgegangen weniger Widerstand und gegebenenfalls mehr Auftrieb zu erreichen. Leider waren aber meine Bemühungen hierzu falsch umgesetzt und die Performance- Analyse des Modells zeigte deutlich schlechtere Ergebnisse im Vergleich mit den vorangegangenen Versuchen. Aus diesem Grund bemühte ich noch einmal eine Internetrecherche und suchte nach Profilen für Hangflieger mit geringen Flügeltiefen. Dabei bin ich auf sogenannte "Bubble-Ramp-Profile" gestossen, welche nur mässige laminare Lauflänge aufweisen und entsprechend geringe Neigung für Ablöseblasen besitzen.

In einem RC-Network Thread habe ich einige Aussagen zu den Profilen S6062 und RL1PY1 gelesen, welche ich in Profili 2 verglichen habe. Die Profildaten RL1YP1 habe ich auf der aerodesig.de Seite von Hartmut Siegmann gefunden. Weiter habe ich mit dem AG40 noch einen Profilentwurf von Mark Drela für einen HLG in die Betrachtung aufgenommen. Die Auslegung hier erfolgt ja unter denselben Gesichtspunkten - möglichst wenig Widerstand (bei ungewölbten Flügeln) beim Start und anschliessend minimales Sinken mit entsprechender Wölbung. 

Bubble-Ramp-Profile sind insbesondere für kleine Re-Zahlen ausgelegt und zeichnen sich durch einen sanften Druckanstieg aus. Aufgrund der geringeren Wölbung wird daher auch weniger Auftrieb erzeugt, was aber nicht weiter ins Gewicht fällt, da das Modell mit Wölbklappen ausgerüstet ist und diese Wölbung entsprechend der Flugphase angepasst wird. Für den Profilentwurf soll darauf geachtet werden, dass die Nullauftriebswinkel eng beieinander liegen. Damit im Schnellflug die Performance nicht verloren geht. gegenüber dem RG15 sind auch die geringere Momente zu erwähnen welche zu besseren Flugeigenschaften führen.

? top

Abbildung 238: Profilkonturvergleich RG15, AG40, S6062 und RL1PY1

Nachfolgend sind die Druckverteilungen um das Profil aufgezeichnet, bei einem Anstellwinkel von a = 4 ° bzw ca ˜ 0.6. Hier sind die unterschiedlichen Druckanstiege deutlich zu erkennen, wobei diejenigen bei den Bubble-ramp-Profilen entsprechend weniger ansteigen als Bsp. beim RG15 bzw. AG40. Der geringste Druckanstieg ist beim RL1YP1 auszumachen.

Abbildung 251: Druckanstieg RG15 @ a = 4 ° bzw ca ˜ 0.6

Abbildung 252: Druckanstieg AG40 @ a = 4 ° bzw ca ˜ 0.6

Abbildung 253: Druckanstieg S6062 @ a = 4 ° bzw ca ˜ 0.6

Abbildung 254: Druckanstieg RL1PY1 @ a = 4 ° bzw ca ˜ 0.6

Bereits hier ist ersichtlich, dass das RG15 deutlich dicker ist, als die zu prüfenden Referenzvorschläge. Dies bringt aber aufgrund der bereits durchgeführten Festigkeitsberechnungen einige Probleme mit dem Flächenverbinder und der Ballastaufnahme mit sich. Aus diesem Grund wird hier zuerst eine Vergleichsanalyse der Profile durchgeführt und anschliessend eine Profilaufdickung im Wurzelbereich auf 9% geprüft.

Abbildung 239: Profilvergleich mit Flächen und Ballastaufnahme

? top

Profilpolarenvergleich

Der Vergleich der Profilpolaren erfolgte analog zu den Re-Zahl-angepassten Profilversuchen mit fixiertem Auftrieb (Typ 2) bzw. bei den gleichen Werten Re x (ca)1/2. 

Abbildung 240: Profilpolarenvergleich RG15, AG40, S6062 und RL1PY1

Der Vergleich dieser vier Profile zeigt deutlich die unterschiedlichen Konzepte. Das RG15 und das AG40 sind ausgelegt nach minimalem Widerstand und hohem ca, mittels entsprechender Wölbung. Während die zwei Bubble-Ramp-Profile S6062 und das RL1PY1 weniger Auftrieb im Bereich ca = 0.8.. 1.0 liefern, dafür aber geringere Momente und Nullanstellwikel aufweisen. Deutlich fällt auf, dass bei allen Profilen bei den den geringen Flügeltiefen stark abweichende Momenten-und Auftriebskurven in Funktion vom Anstellwinkel a resultieren.

? top

Performance-Vergleich

Der Entwurf RL1YP1 scheint bezüglich dem Widerstandsverhalten am besten auf die Auslegung zu passen. Entsprechend werden nun die ersten Performance-Vergleiche durchgeführt. Zuerst wird das AG40 gegen die bisherigen Entwürfe verglichen.

Abbildung 241: Performance-Vergleich Luzi 2 mit RG15 bzw. AG40

Hier zeigt sich auch beim  AG40 keine Verbesserung der Gleitzahl im Optimum E = 22.8 ..23 . Dafür ist beim  AG40 im Bereich der Geschwindigkeiten vx = 12 .. 25 m/s die Gleitzahl bis zu 6% besser. Ebenso kann die Sinkrate bzw. die Steigzahl um 1% im Maximum und im gleichen Geschwindigkeitsbereich erhöht werden. Das  AG40 wäre dem RG15 entsprechend leistungsmässig vorzuziehen.

Abbildung 242: Performance-Vergleich Luzi 2 mit RG15 bzw. S6062 und RL1PY1

Die Betrachtung der Gleitzahl fällt sehr unterschiedlich aus. Beim S6062 erfolgt eine Reduktion im Maximum um 0.5%, während das  RL1PY1 eine Steigerung von 5% erreicht. Bei höheren Geschwindigkeiten nimmt die Steigerung bis zu 12% zu. Beim  S6062 ist jedoch bei Geschwindigkeiten von vx > 40 m/s wieder Gleichstand zum  RG15. Die Sinkraten fallen für die beiden Profile (S6062: - 1.4%;  RL1PY1: -2.2%) erwartungsgemäss kleiner aus, als beim  RG15. Dies kann jedoch wie oben erwähnt durch stärkere Wölbung kompensiert werden.

Basierend auf diesen positiven Ergebnissen ist eine Prüfung der angepassten Profile an die entsprechenden Strukturvorgaben im Wurzelbereich vorzunehmen.

? top

Anpassung der Profildike im Wurzelbereich

Die untersuchten Profile haben eine Profilhöhe im Wurzelbereich von 17.4 ... 16.02 mm. Für die Ausführung mit dem vorgesehenen Flächenverbinder ist aber min 17.8 mm Profilhöhe erforderlich. Entsprechend müssen die Profile im Wurzelbereich auf 9% aufgedickt werden.

Die erweiterte Recherche hat auch gezeigt, dass bereits angepasste Profile für unterschiedliche Flügeltiefen eingesetzt werden. Aus diesem Grund wurde dieser Ansatz für die folgenden Versuche angewendet.

Abbildung 243: Profilkonturvergleich AG40x 

Nachfolgend werden die Performance-Werte für diese Profilserie gezeigt, wobei folgender Strak verwendet wurde. (Links Position, Rechts verwendetes Profil)

Abbildung 244: Profilstrak AG40x

Abbildung 245: Performance-Vergleich Luzi 2 mit AG40x

Das Resultat fällt positiv aus. Im Vergleich zu den bisherigen Kurven wurde diesmal die Gleitzahl E und die Sinkrate über den Auftrieb ca an Stelle der Fluggeschwindigkeit vx aufgezeichnet. Als Referenz zur Betrachtung steht links oben der Auftrieb in Funktion der Fluggeschwindigkeit vx. Leider ist die Effizienz für Fluggeschwindigkeiten > 20 m/s nicht besser als beim  RG15.

Analog erfolgt nun die Betrachtung der beiden Profile S6062 und RL1PY1.

Abbildung 246: Profilkonturvergleich S6062x

Abbildung 247: Profilstrak S6062x

Abbildung 248: Profilkonturvergleich RL1YP1x 

Abbildung 249: Profilstrak RL1PY1

Abbildung 250:  Performance-Vergleich Luzi 2 mit S6062x bzw. RL1PY1

Die Anpassung de Profildicke im Wurzelbereich auf 9% hat bezüglich der Performance zwar eine Reduktion gegenüber der Auslegung mit den dünneren Profilen zur Folge. Insgesamt sind aber die Vorteile der beiden Profile S6062 und RL1YP1 deutlich erkennbar. 

Die Effizienz ist insbesondere bei höheren Fluggeschwindigkeiten vx > 20 m/s bis zu 60% besser. Die Gleitzahl E der Auslegung mit dem Profilstrak RL1PY1 ist durchgehend von ca = 0 .. 0.64 besser als beim  RG15. Berücksichtigt man die Aussage von Mathieu Scherrer für die häufigst genutzten Flugphasen bei denen ein Hangflugmodell vorwiegend bei ca = 0.2 bzw. 0.6 bewegt wird, drängt sich diese Auslegung förmlich auf.

? top

Fazit

Ich habe erkannt, dass meine Optimierungsanstrengungen zwar in die richtige Richtung gegangen sind und meine Erkenntnisse nur beschränkt daneben gelegen haben. - Die Betrachtung der erzeugten Momente und der jeweiligen Ablösepunkte zeigen aber ganz klar, dass ich hier zu wenig Kenntnisse hatte um Profile zu optimieren.

Ausgehend aus diesen Erkenntnissen sehe ich deutliche Performance-Vorteile für die Auslegung von Luzi 2 mit einem  RL1PY1-Profilstrak gegenüber dem ursprünglich favorisierten RG15. Aus diesem Grund füge die Analyseresultate für die RL1PY1-Profile für die Optimierungen nach. In einem Folgeschritt soll dieses Profil noch einmal den lokalen Re-Zahlen angepasst werden.

? top