Auslegung Torsionslagen

Hallo an die Experten,

ich würde mich gerne hier mit einer Frage einklinken, die zwar nicht direkt zum Thema passt,
aber ich hoffe, dass mir hier von den Experten hier geholfen wird....

Bin gerade an der Planung für meinen nächsten Segler.
Soll eine Cobra 15 M 1:4 (also 3,75m Spannweite) - in Sandwichbauweise - werden.
Die Cobra hat einen Flügelgrundriss mit großer Zuspitzung,
weshalb ich gerne den von Philip Kolb vorgestellten Profilstrak MHSD einsetzen würde.
Einsatzbereich des Modells vor allem für gute Hangflugbedingungen bzw. starken Wind.

nun zur Frage/Fragen:
Gibt es ein - einfaches - Auslegungstool (ähnlich dem Holmprogramm von C. Baron) um die Belegung der Torsionsschale zu berechnen?

Ich könnte mir vorstellen, im inneren Bereich des Flügels das (sehr günstige) Glasgelege Aero Finish FK 144 UD (220 gr/m²) zu verwenden.
Ich habe in Erinnerung, dass sich dieses recht gut tränken lässt, ganz im Gegensatz zum Biaxialen CFK-Gewebe, das ich für mein
letztes Modellbauprojekt eingesetzt habe.

Ich müsste aber dann wohl oben sowie unten jeweils 2 Lagen davon -45/-45° vorsehen....
Wie könnte ich nach außen , zur Flügelspitze abstufen ?
Eine Lage - sofern das überhaupt Sinn macht ?
Oder ein leichteres CFK-Gelege/ Biaxial-Gewebe?

Vielen Dank, vorab,
Gruß Hansjörg
 

Gast_8039

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Hallo an die Experten,

ich würde mich gerne hier mit einer Frage einklinken, die zwar nicht direkt zum Thema passt,
aber ich hoffe, dass mir hier von den Experten hier geholfen wird....

Bin gerade an der Planung für meinen nächsten Segler.
Soll eine Cobra 15 M 1:4 (also 3,75m Spannweite) - in Sandwichbauweise - werden.
Die Cobra hat einen Flügelgrundriss mit großer Zuspitzung,
weshalb ich gerne den von Philip Kolb vorgestellten Profilstrak MHSD einsetzen würde.
Einsatzbereich des Modells vor allem für gute Hangflugbedingungen bzw. starken Wind.

nun zur Frage/Fragen:
Gibt es ein - einfaches - Auslegungstool (ähnlich dem Holmprogramm von C. Baron) um die Belegung der Torsionsschale zu berechnen?

Ich könnte mir vorstellen, im inneren Bereich des Flügels das (sehr günstige) Glasgelege Aero Finish FK 144 UD (220 gr/m²) zu verwenden.
Ich habe in Erinnerung, dass sich dieses recht gut tränken lässt, ganz im Gegensatz zum Biaxialen CFK-Gewebe, das ich für mein
letztes Modellbauprojekt eingesetzt habe.

Ich müsste aber dann wohl oben sowie unten jeweils 2 Lagen davon -45/-45° vorsehen....
Wie könnte ich nach außen , zur Flügelspitze abstufen ?
Eine Lage - sofern das überhaupt Sinn macht ?
Oder ein leichteres CFK-Gelege/ Biaxial-Gewebe?

Vielen Dank, vorab,
Gruß Hansjörg

Hallo Hansjörg,
imho ist das Gelege viel zu schwer (insgesamt 880g/m² plus Harz!!) und wird dennoch nicht optimal den Zweck erfüllen, nämlich eine steife Schale. Gut tränkbar ist es schon (wegen des Finishs), aber es wäre prädestiniert für massive hochfeste (nicht steife) monolithische Strukturen, z.B. biegsame Holme, Fahrwerksschenkel u.ä. Für die Schale im Sandwich ist die bidiagonale CF-Faser geringer Grammatur geeignet, ggf. Spread-tow. Ein extra tool um die Schale zu berechnen kenne ich nicht, würde aber aus dem Bauch heraus ansetzen:
Profildicke mittel 9%
Abfluggewicht 7,5 bis 10,5kg
25g @ 60m/s
ca=1
Mit diesen Parametern würde ich im Wurzelbereich, Länge Steckung plus halbe Steckungslänge zwei Lagen 140er bis 160er CFK bidiagonal einbauen. Bis ca. 2/3 der Halbspannweite auf 1 x 140-160 g/m² und das letzte Drittel mit 1 x 100-120g/m². Je nach Charakterfestigkeit des Piloten sollte das ausreichen ;)
Gute Verbinder-/ Holmbreite, volle Unterlegung bei 0,6mm Beplankungsabzug und gute Klappenstege vorausgesetzt.
 
nun zur Frage/Fragen:
Gibt es ein - einfaches - Auslegungstool (ähnlich dem Holmprogramm von C. Baron) um die Belegung der Torsionsschale zu berechnen?
Kann es in dieser Form nicht geben, denn die Schalenauslegung ist auf Steifigkeit, nicht Festigkeit. Und anders als bei der Festigkeit, gibt es für Deformation kein hartes Auslegungskriterium (Holm bricht, dazu will ich einen gewissen Sicherheitsabstand.) Ausserdem ist das polare Trägheitsmoment einer Fläche ungleich schwieriger abzuschätzen als das axiale eines Holms, da viel mehr Parameter einfliessen: (Profilumriss, Stege, ihr Verlauf in Spannweitenrichtung.)

Die Fragestellung ist also: Wieviel Torsion (und damit Verfälschung der Auftriebsverteilung) willst Du in diesem oder jenem Flugzustand *) denn zulassen? Worauf jeder eine andere Antwort geben wird. Zunächst ist die Antwort natürlich: "So wenig wie möglich!" Dagegen steht aber Gewicht, und vor allem Gewichtsverteilung und damit Wendigkeit. Ist also, wie fast alles in der Konstruktion, ein Kompromiss, wo jeder Konstrukteur andere Gewichtungen ansetzt.

*) Flugzustand bringt die nächste Komplexität ins Spiel: Dazu muss der Torsionsmomentenverlauf über die Spannweite bekannt sein. Näherungen, wie man sie beim Biegemomentenverlauf macht, haben bei der Torsion ungleich grössere Fehler. Mann muss den Flügel also auch aerodynamisch viel genauer kennen als für die Biege-Auslegung. Also: "Einfach" ist bei dem Thema nicht.
 
Vielen Dank, Achim, Markus - und auch an Frank für die Infos.

Sorry Oliver, ich möchte den Thread nicht für mich missbrauchen, aber ich denke
das Thema Torsion ist schon etwas schieriger einzuschätzen als der Holm als Biegeträger
- und interessiert vielleicht doch noch ein paar andere Modellbauer.

Was mich noch interessieren würde, nachdem du, Achim, eine Abstufung über die Spannweite beschrieben hast....
Wäre es nicht besser eine Abstufung so zu gestalten, dass über die gesamte Spannweite z.B. im Bereich der D-Box
zwei bzw. mehr Lagen eingesetzt werden und nach hinten zur Endleiste bzw. den Rudern reduziert wird?
 

Gast_8039

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Was mich noch interessieren würde, nachdem du, Achim, eine Abstufung über die Spannweite beschrieben hast....
Wäre es nicht besser eine Abstufung so zu gestalten, dass über die gesamte Spannweite z.B. im Bereich der D-Box
zwei bzw. mehr Lagen eingesetzt werden und nach hinten zur Endleiste bzw. den Rudern reduziert wird?

M.E. nicht besser, im Gegenteil. Erstens tut das bisschen Mehrgewicht hinterm Holm weniger weh als am Flügel außen (Trägheitsmoment), zweitens will ich explizit eine möglichst vollflächig tragende und verklebte Schale (das Laminat liefert ja auch Klebeharz) und drittens -weit wichtiger- auch ebenso torsionssteife Ruder. Spart mir ggf. ein paar Klappenservos zzgl. Peripherie und relativiert damit weiterhin die Gewichtsbilanz.
Ich mache kaum Schnickschnack wegen ein paar Gramm. Die Erfahrung zeigt, dass Harzentzug wenig Gewichtsersparnis bringt - dafür umso mehr Gefahren... Das Einzige worauf ich achte ist keine Harzseen zu produzieren und auch die Klebefugen klein - d.h. alle Aussparungen/ Passungen/ Positionierungen etc. sehr sorgfältig ausführen.
 

Volker Cseke

Moderator
Teammitglied
Hallo,

bitte beim Thema bleiben.

Ich habe die Diskussion zur Auslegung von Torsionlagen rausgenommen und einen eigenen Beitrag daraus gemacht. Bitte gegebenenfalls dort weiter machen.

Viele Grüße

Volker
:rcn:
 

Gast_36267

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auch was zum Thema

auch was zum Thema

aus dem Beitrag Negativ Form :

Torsionslagen bitte unter ± 45° orientieren, sonst vergleichst Du Äpfel mit Birnen.

Danke für den Hinweiß, wurde aus Verschnittgründen mal am Testobjekt noch nicht berücksichtigt. Momentaner Aufbau, 1x50er Glas 2x200er CFK gibt etwa 200 Gramm auf 0,5m Spannweite und wäre für einen Kleinflieger schon recht Steif und Fest. Da es meine ersten Versuche sind taste ich mich halt Stück für Stück weiter und die ganze Technik muss man ja mal üben und ausprobieren bevor es richtig teuer wird.

Mein Frage :
- um wieviel Prozent ändert sich das Verhalten etwa bei richtiger Lage ( 2 x 45 Grad) ?
- oder besser 1 x0 und 1 x 45 Grad ?

Diese Frage habe ich mir auch schon oft gestellt. Nach meinem wahrscheinlich sehr einfachen Wissen und Kenntnissen müsste sich das um den Faktor 1,414 also Wurzel 2 ändern. Umgekehrt müsste die Minderung bei 90° Lage bei 0,707 also Kehrwert Wurzel 2 liegen.

Wie angegeben sind meine endgültigen Versuchsteile mi 1 x 50er Glas und mit 2 x 200er CF Gewebe ganz schön heftig.
Das scheint mir speziell für mein erstes Testobjekt an einem 1,80m Nuri doch überdimensioniert .
Welche Empfehlung könnt ihr mir da geben ?
>> zur Verfügung stehen im Lager 50er Glas , 100er Glas, ST80 Uni Cfk , ST80 biax Cfk, ST150 uni Cfk , 200er Cfk Gewebe ...

Mein Gedanke :
- Oberseite erst Gelcoat einfarbig
- 1 x 50er Glas
- 1 x 200er CFK Gewebe ( unten als Sichtkohle )
- 1 x ST80 biax komplett bis Ruder
- dann Holm schön abgestuft mit ST80 ca 30mm - 40mm breit
- dann DBox 200er Cfk Gewebe ( auch über die Holmlage ... wie weit über den Holm? )
- Holm aus Depron mit 100er Glas mehrfach geschichtet
- Klappensteg wie Holm (event. später Cfk Schlauch)
- Klappe ( da sehr dünn mit Vollbalsa gefüllt und geschliffen, komplette Verklebung mit Oberschale / Unterschale )
- Schanier 1 x 160er Kevlar 45 Grad

Das müsste doch schon ganz schön sportlich rauskommen und für die 1,80m mehr als ausreichen. Nach meinen Versuchen denke ich auch die < 800 Gramm für den Flügel schaffen zu können, jedoch beim Ersten Prototyp nicht Priorität, eher schön steif und Druckfest in der Handhabung ;)

Hallo Martin,
wenn der Holm Biegekräfte aufnimmt und die Schale die Torsionslasten, dann bleibt nur 45° Belegung in der Schale:
1. 50er Glas (Orientierung egal) wg Finish
2. Kohle in +/- 45°
Wenn´s um Beulsteifigkeit geht, dann muss die Schichtdicke hochgehen.
ps. warum eigentlich keine Stützschicht z.B. aus Funier?

Hallo Bernd,
mein Ziel was ich eher verfolge ist ...
- Oberfläche nahezu fertig mit wenig Nacharbeit
- Hartschalenähnliche Festigkeit und Aufbau
- Form eher mehrfach verwendbar
- so einfach wie möglich ohne viel Nebenbaustellen herstellbar
- kein Abachi einlegen, die Versuche waren ganz schlecht
- wenn dann höchsten 1,5er Balsa hinter dem Holm, mit einfachen Mitteln zwischen 2 Lagen und mit Trennfolie und Schaumstoff ganz leicht pressen.

Sicher lässt sich mit Stützstoff und und und noch einiges tun, jedoch dann ist perfektes Absaugen oder gutes Pressen angesagt !
Da wird es mit dem einfachen Styro wieder schwierig, also steigt der Aufwand und die Nebenbaustellenpflege wieder rasant an.

Da mich die einfachen Ergebnisse mit Pinsel begeistert haben, warte ich halt mal nächste Woche ab, wie das am größeren Objekt klappt.

Vielleicht lässt sich dann mit der richtigen und kostengünstigen Belegung auch einiges rausholen, ein ST80,100,150 ist ja billig zu haben und in Kombination und Variation ist da sicher einiges möglich. Für einen Versuch mit Leichtbau habe ich auch mal 90er SpreadTow geordert, da muss aber noch einiges an Bearbeitungsparameter ausgetüftelt und abgestimmt werden bevor ich das angehe ...

Diesen Link gefunden: http://www.rc-network.de/forum/show...en-Gfk-CfK-etc?p=223918&viewfull=1#post223918
Interessant: Bei Glas ist der Schubmodul (direkt proportional der Torsionssteifigkeit) bei 90° etwa die Hälfte von 45°. Eigentlich gar nicht so tragisch. Bei Kohle ist es noch 10%...
Hängt offenbar stark davon ab wieviel steifer die Faser ist als die Matrix. Erstaunt eigentlich nicht, da bei homogenen Werkstoffen E-Modul und Schubmodul direkt über die Querkontraktion zusammenhängen. Je steifer die Matrix ist im Vergleich zur Faser, desto mehr nähert sich der Verbund einem homogenen, isotropen Werkstoff an.

Danke für die Info's, haben aber mit der Negativform wenig zu tun, da habe ich an falscher Stelle nachgefragt.Abschließend muss sicher die Beulsteifigkeit der Halbschale im gefühlten realen Zustand passen.Erst durch die optimale Verklebung der Ober- und Unterschale wird es überhaupt möglich der Torsion entgegenzuwirken.Wie stark das nun vom Gewebeart und Lage abhängig ist haben ja die Info's gezeigt. Die Verklebung dazu hat aber sicher die höhere Priorität.

Ich denke dazu müssten ja auch viel Erfahrung vorliegen und das ist sicher genügend Stoff für einen eigenen Beitrag. Also bleiben wir mal bei der Negativform ...
Gruß Martin

Soviel mal zum Thema dort ....
 

Gast_36267

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nun zu meiner Frage

nun zu meiner Frage

Meine endgültigen Versuchsteile (500mm x ca. 170mm Profiltiefe) mit 1 x 50er Glas und mit 2 x 200er CF Gewebe ( 0 Grad ! falsch !) ganz schön heftig. Das scheint mir speziell für mein erstes Testobjekt an einem 1,80m Nuri doch überdimensioniert .

Welche Empfehlung könnt ihr mir da geben ?
Mein Gedanke :
- Oberseite erst Gelcoat einfarbig
- 1 x 50er Glas (0 Grad)
- 1 x 200er CFK Gewebe ( 45 Grad, unten als Sichtkohle )
- 1 x ST80 biax (45 Grad Faser ) oder UNI (90 Grad Faser ) komplett bis Ruder
- dann Holm schön abgestuft mit ST80 ca 30mm - 40mm breit
- dann DBox 200er Cfk Gewebe ( auch über die Holmlage ... wie weit über den Holm? )
- Holm aus Depron mit 100er Glas mehrfach geschichtet
- Klappensteg wie Holm (event. später Cfk Schlauch)
- Klappe ( da sehr dünn mit Vollbalsa gefüllt und geschliffen, komplette Verklebung mit Oberschale / Unterschale )
- Schanier 1 x 160er Kevlar 45 Grad

So mal mein Plan und nächster Versuch ... oder gibts da andere Empfehlungen ?

Gruß Martin
 

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Gast_36267

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Erstens tut das bisschen Mehrgewicht hinterm Holm weniger weh als am Flügel außen (Trägheitsmoment), zweitens will ich explizit eine möglichst vollflächig tragende und verklebte Schale (das Laminat liefert ja auch Klebeharz) und drittens -weit wichtiger- auch ebenso torsionssteife Ruder.

Das wird bei einem Nurflügler ein bisschen komplizierter, alles hinterm SP muss ausgeglichen werden ...

Ich mache kaum Schnickschnack wegen ein paar Gramm. Die Erfahrung zeigt, dass Harzentzug wenig Gewichtsersparnis bringt - dafür umso mehr Gefahren... Das Einzige worauf ich achte ist keine Harzseen zu produzieren und auch die Klebefugen klein - d.h. alle Aussparungen/ Passungen/ Positionierungen etc. sehr sorgfältig ausführen.

Da bin ich voll dabei, all meine Versuche mit weniger Harz und Absaugen waren im Endergebniss vernichtend schlecht.
Solange das fertige Versuchsteil noch knirscht und knackt beim Verwinden und biegen fehlts an irgend einer Stelle ...
Vermutlich am Harz als Bindeglied von Faser zu Faser ..

Gruß Martin

ps: Bild vom nächsten Versuchsträger eingefügt ...
 

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Gast_36267

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gute Referenz

gute Referenz

Auf der Seite von Martin Tobler mit dem Luzi sind viele gute Sachen zu finden, darunter auch die Torsionsbetrachtung ...

Anhand des Beispieles müsste man doch mit wenigen Parametern wie Profiltiefe der D-Box + Holm + Endstück mit entsprechender Profildicke in % eine grobe Berechnung anstellen können, ob meine Geduld dazu ausreicht ... mag ich bezweifeln.

Gruß Martin
 
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