Benjamin K.
User
Hey zusammen,
ich möchte in diesem Thread mein Masterarbeits-Projekt vorstellen und den Baufortschritt dokumentieren. Ich hoffe, dass ich auf diesem Wege von euch hilfreiche Anmerkungen bekommen kann.
Hintergrund
Meine Arbeit schreibe ich am Institut für Flugsystemdynamik an der RWTH Aachen (https://www.fsd.rwth-aachen.de/). Da das Institut sich gewissermaßen den Kippflüglern verschrieben hat, handelt auch meine Masterarbeit von dieser Art von Wandelflugzeug.
Thema
Konkret entwickle ich eine Toolchain (Kette numerischer Berechnungsprogramme) zur flugleistungsoptimierten Auslegung von Kippflüglern. Dabei wird, ausgehend von Top-Level Anforderungen (wie Reichweite, Reisefluggeschwindigkeit, und einiges mehr), iterativ für das beste Gleitverhältnis optimiert.
Toolchain
Die Toolchain wurde kurzerhand TWiST getauft (Tilt Wing Synthesis Toolchain). Sie ist in MATLAB implementiert und greift auf XFOIL (1), AVL (2), QPROP (3) und QMIL (4) zurück (alle numerische Tools von Mark Drela). Dazu kommen Massenabschätzung, analytische Auslegungsrechnungen, Interpolationen aus Motordatenbanken etc. - mittlerweile ist der Code recht umfangreich und bringt sinnvolle Ergebnisse hervor. Ausstehend ist noch eine gute Visualisierung aller relevanten Ergebnisse, eine saubere Dokumentation und ein funktionales Tennen der Bestandteile.
Kurz zu den Tools:
XFOIL: 2D Profilberechnungsprogramm, Sollten die meisten kennen
AVL: 3D Konfigurationsanalyse (Aerodynamische Analyse), Trimmrechnung, Flugdynamik, vergleichbar mit XFLR5 oder FLZ Vortex
QPROP: Propeller & Motor Berechnungsprogramm, Blattelemente-Theorie, Vereinfachtes Motormodell
QMIL: Propeller-Auslegungsprogramm nach "Minimal Induced Loss" - Betz
Damit ist für ein propellergetriebenes Fluggerät ein Großteil der benötigten Rechnungen abgedeckt.
Validierung
Nun, damit ich am Ende zeigen kann, dass die Toolchain tatsächlich brauchbare Ergebnisse liefert, ist eine Validierung notwendig. Die einzelnen Programmteile wie Antriebsrechnung und Widerstandsrechnung sind mit Windkanaldaten (hier am Institut) und Flugleistungsvermessung (Idaflieg) bereits verifiziert.
Um aber schlussendlich zu zeigen, dass auch der übergeordnete, automatisierte Auslegungsprozess keine utopischen Entwürfe ausspuckt, BAUE ich nun - für eine spezifische Mission - den mit TWiST ausgelegten Kippflügler. Nennen wir ihn mal TWiSTer (bin offen für bessere Vorschläge )
Mission und Anforderungen
Die Missionsdefinition basiert auf der MEDICAL EXPRESS Challenge: https://uavchallenge.org/medical-express-2/medical-express/
Der Grundgedanke ist dabei Ärzten zügig Blutproben von einem kranken "Outback" Joe mittels Drohne zu beschaffen.
Sprich: Starten, Strecke um Hindernisse fliegen, ca 25km pro Weg maximal, Lokalisieren, Blutprobe aufnehmen (Daher VTOL Eigenschaften nötig), Zurückfliegen, alles in unter 1h
Daher muss das Fluggerät, mit Schwebeflugphasen eine Reisefluggeschwindigkeit von ca. 18m/s besitzen und 50km zurücklegen können.
Das soll als Einführung erstmal reichen, geht ja eigentlich um Modellbau hier
Versuche morgen den aktuellen Entwurf zu beschreiben.
Kleiner Teaser: Fläche und Leitwerk wird in Schalenbauweise gefertigt (SpreadTow ), Formen kommen aus dem 3D Drucker (Leitwerksform schon fertig, Flügelform wird gerade gedruckt). Rumpf und Motorgondeln im 3D Druck.
Und das ganze fliegt (hoffentlich tut es das auch) später natürlich automatisiert
Zeitplan ist eng, bis Ende März soll der Flieger stehen.
ich möchte in diesem Thread mein Masterarbeits-Projekt vorstellen und den Baufortschritt dokumentieren. Ich hoffe, dass ich auf diesem Wege von euch hilfreiche Anmerkungen bekommen kann.
Hintergrund
Meine Arbeit schreibe ich am Institut für Flugsystemdynamik an der RWTH Aachen (https://www.fsd.rwth-aachen.de/). Da das Institut sich gewissermaßen den Kippflüglern verschrieben hat, handelt auch meine Masterarbeit von dieser Art von Wandelflugzeug.
Thema
Konkret entwickle ich eine Toolchain (Kette numerischer Berechnungsprogramme) zur flugleistungsoptimierten Auslegung von Kippflüglern. Dabei wird, ausgehend von Top-Level Anforderungen (wie Reichweite, Reisefluggeschwindigkeit, und einiges mehr), iterativ für das beste Gleitverhältnis optimiert.
Toolchain
Die Toolchain wurde kurzerhand TWiST getauft (Tilt Wing Synthesis Toolchain). Sie ist in MATLAB implementiert und greift auf XFOIL (1), AVL (2), QPROP (3) und QMIL (4) zurück (alle numerische Tools von Mark Drela). Dazu kommen Massenabschätzung, analytische Auslegungsrechnungen, Interpolationen aus Motordatenbanken etc. - mittlerweile ist der Code recht umfangreich und bringt sinnvolle Ergebnisse hervor. Ausstehend ist noch eine gute Visualisierung aller relevanten Ergebnisse, eine saubere Dokumentation und ein funktionales Tennen der Bestandteile.
Kurz zu den Tools:
XFOIL: 2D Profilberechnungsprogramm, Sollten die meisten kennen
AVL: 3D Konfigurationsanalyse (Aerodynamische Analyse), Trimmrechnung, Flugdynamik, vergleichbar mit XFLR5 oder FLZ Vortex
QPROP: Propeller & Motor Berechnungsprogramm, Blattelemente-Theorie, Vereinfachtes Motormodell
QMIL: Propeller-Auslegungsprogramm nach "Minimal Induced Loss" - Betz
Damit ist für ein propellergetriebenes Fluggerät ein Großteil der benötigten Rechnungen abgedeckt.
Validierung
Nun, damit ich am Ende zeigen kann, dass die Toolchain tatsächlich brauchbare Ergebnisse liefert, ist eine Validierung notwendig. Die einzelnen Programmteile wie Antriebsrechnung und Widerstandsrechnung sind mit Windkanaldaten (hier am Institut) und Flugleistungsvermessung (Idaflieg) bereits verifiziert.
Um aber schlussendlich zu zeigen, dass auch der übergeordnete, automatisierte Auslegungsprozess keine utopischen Entwürfe ausspuckt, BAUE ich nun - für eine spezifische Mission - den mit TWiST ausgelegten Kippflügler. Nennen wir ihn mal TWiSTer (bin offen für bessere Vorschläge )
Mission und Anforderungen
Die Missionsdefinition basiert auf der MEDICAL EXPRESS Challenge: https://uavchallenge.org/medical-express-2/medical-express/
Der Grundgedanke ist dabei Ärzten zügig Blutproben von einem kranken "Outback" Joe mittels Drohne zu beschaffen.
Sprich: Starten, Strecke um Hindernisse fliegen, ca 25km pro Weg maximal, Lokalisieren, Blutprobe aufnehmen (Daher VTOL Eigenschaften nötig), Zurückfliegen, alles in unter 1h
Daher muss das Fluggerät, mit Schwebeflugphasen eine Reisefluggeschwindigkeit von ca. 18m/s besitzen und 50km zurücklegen können.
Das soll als Einführung erstmal reichen, geht ja eigentlich um Modellbau hier
Versuche morgen den aktuellen Entwurf zu beschreiben.
Kleiner Teaser: Fläche und Leitwerk wird in Schalenbauweise gefertigt (SpreadTow ), Formen kommen aus dem 3D Drucker (Leitwerksform schon fertig, Flügelform wird gerade gedruckt). Rumpf und Motorgondeln im 3D Druck.
Und das ganze fliegt (hoffentlich tut es das auch) später natürlich automatisiert
Zeitplan ist eng, bis Ende März soll der Flieger stehen.