Alpenkreuzer: Baubericht

[Alpenkreuzer-Fiss]

Manövergeschwindigkeit und Belastungen

Manövergeschwindigkeit und Belastungen

Für unbeballastet ergibt sich aus der theoretischen Biegefestigkeit der Tragfläche ein maximales Lastvielfaches von 25, aufgeballastet eines von 12 (ohne die Stahlstangen zu berücksichtigen). Daraus ergeben sich die Manövergeschwindigkeiten zu 38 m/s (138 km/h) bzw. 33 m/s (120 km/h), bis zu den Geschwindigkeit sollte also jedes Manöver geflogen werden dürfen.

Die Zelle, Verbinder, Klappen, Servos etc. sind daher also auf ein Lastvielfaches von 25 und einem Staudruck von 900 Pa auszulegen, bei dem Druck müssen z.B. alle Klappen noch voll ausfahrbar sein.

Die maximale Geschwindigkeit kann nur geschätzt werden, Flattern und Torsionsschwingen ist ja nicht klar, nehmen wir 50 m/s (180 km/h) an entsprechend einem Staudruck von 1500 Pa.

Aerodynamische und inertiale Belastungen bei Manövergeschwindigkeit

Wegen möglicher Roll-Taumelschwingung muss die Verbindung Seitenleitwerk-Tragfläche sehr steif und fest sein. Das Drehmoment um die Rollachse durch das Seitenleitwerk ist maximal 30 N, das um die Gierachse 47 Nm. Diese Momente müssen optimal steif in die Tragfläche eingeleitet werden. Hier bietet sich wieder eine 45Grad-Torsionskastenkonstruktion mit innenliegenden Kieferstringern an, die innersten beiden Rippen und die erste Diagonalrippe übertragen sinnvollerweise das Giermoment, müssen auf entsprechende Zug- und Knicklasten ausgelegt werden. Die Rumpf-Tragflächenverbindung muss das Rollmoment in die Tragfläche einleiten können, zudem eine Beschleunigungskraft des Rumpfes von 350 N aushalten.

Der Rumpfvorderteil ist relativ lang, es seien 500g (Motor, Akkus) an einem Hebelarm von 0.5m angenommen. Das maximale Biegemoment dadurch beträgt 63 Nm, das Motordrehmoment wird unter 1 Nm liegen. Praktischerweise sollte das Zugangsloch im Rumpf gross und lang sein, das ergäbe aber einen viel zu torsionsweichen und biegeschwachen (üblichen) offenen U-Träger. Eine Lösung wäre ein geschlossener Torsionskasten mit Stringern in den Ecken als etwa unteres Rumpfdrittel, darauf Seitenwände mit Aussenlagen senkrecht, Abschluss mit einem langen Holzdeckel; dann ist alles gut zugänglich.

Das lässt sich fast alles in 3mm Pappel und ein paar 5*5 Kieferleisten bewerkstelligen, also kaum Mehrgewicht.

Der Motorspant eines Aussenläufers wird bei 25g stark auf Biegung beansprucht, muss also entsprechend ausgelegt werden. Die Rippen sollten per FEM sicherheitshalber überprüft werden, ob sie 4N/cm Belastung in der Bespannung aushalten.

Belastung bei Topspeed

Hier dürfen die Klappen eigentlich nicht mehr voll ausgefahren werden, insbesondere ist dennoch aber die Steckverbindungstorsionsbelastung und die Tragflächentorsion zu überprüfen, falls versehentlich die Aussenklappen voll ausgefahren werden sollten. Natürlich ist auch zu schauen, ob die Gefahr der Klappeninversion besteht. Ebenfalls ist die Biegebelastung für den Fall zu überprüfen. Wer weiss, es wird ja ohne Fahrtmesser geflogen.

Bei Topspeed darf bei der obigen Seitenleitwerksauslegung eine ggf. vorliegende Taumel-Rollschwingung nicht über etwa 6 Grad um die Gierachse hinausgehen, damit das Seitenleitwerk sicher nicht "abgeflogen" wird. Einen solchen Winkel sollte man gut im Flug sehen können und kann dann ggf. die Geschwindigkeit herunternehmen.

Ich wundere mich immer wieder, was Holz so aushält, wenn man sich mal die Werte praktisch klar macht.

Das sollten wohl die wesentlichen Belastungen sein, die zu berücksichtigen sind, wenn jemandem noch was einfällt ???

Gruss

Werner

 

[Klaus Jakob]

Das sollten wohl die wesentlichen Belastungen sein, die zu berücksichtigen sind, wenn jemandem noch was einfällt ???
Gruss
Werner

Hallo Werner,

was mich angeht, so fällt mir nichts mehr ein. Ich bin von so viel Theorie völlig erschlagen!
Was wir bisher auch noch nicht kennen, das sind die Basics:

-der Flügelgrundriss (ich vermute mal ein Rechteckflügel, anhand der bisherigen Diagramme)
-das Profil (wegen seiner Dicke geht es in die Holmfestigkeit ein)
-die Klappenanordnung
-die Klappengröße
-die Mischphilosophie der Klappen
-das Seitenleitwerk (da werden schon Werte zur Belastung etc. genannt, aber die Größe und Geometrie kennen wir nicht)
-das SLW-Profil
-die Bespannung (trägt diese zur Torsionssteife bei?)
-wegen der Rippenbauweise: Krafteinleitung der Verbinder in den Holm. Wieviele Verbinder, und an welcher Stelle?
-Rumpfdesign, Seitenleitwerkshebelarm, Kufe gegen Springen beim Landen

Viel Spaß bei Bau und Theorie!

Gruß, Klaus.

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

an Klaus

an Klaus

Hallo Klaus,

-der Flügelgrundriss (ich vermute mal ein Rechteckflügel, anhand der bisherigen Diagramme)
o Mittenflügel ist 1.26m lang, Tiefe 0.4m, Rechteck; Aussenflügel Länge 1m und ein bischen (Randbogen), läuft trapezförmig auf 0.3m Tiefe zu, Hinterkante läuft komplett gerade durch,
Flächeninhalt 121 qdm, ungeschränkt (Rechteckflügel nur als Näherung für Berechnung der Biegebelastung, ist eher auf der sicheren Seite)

-das Profil (wegen seiner Dicke geht es in die Holmfestigkeit ein)
o BW050209, hat 9.3% Dicke

-die Klappenanordnung
o Mittenflügel vier mal 300*70, Aussenklappe 1000*70

-die Klappengröße
siehe oben

-die Mischphilosophie der Klappen
o optimal elliptische Auftriebsverteilung, bei low-speed stehen die Aussenklappen etwas hoch ("aerodynamische Schränkung")
o negatives Wendemoment in positives "verwandeln"

-das Seitenleitwerk (da werden schon Werte zur Belastung etc. genannt, aber die Größe und Geometrie kennen wir nicht)
500 hoch, unten 350, oben 150, achtern senkrecht, oben gerundet; schliesst direkt an Flügel an, 13 qdm; wird in Rippenbauweise mit Rundbogen und je 2-3 5*5 Kiefergurten aufgebaut und im Rumpf bis auf den Boden an der Rumpfwand innen "verbolzt"

-das SLW-Profil
Profil N63A008

-die Bespannung (trägt diese zur Torsionssteife bei?)
o nein, die Bespannung trägt nichts zur Torsionssteife bei (jedenfalls rechnerisch), sie hilft bei Druckbelastung der Rippen gegen seitliches ausknicken, ist aber kaum zu rechnen; laut FEM sollten die Rippen die 4 N/cm maximal gut tragen, ausknicken kann aber Problem sein; die Torsionssteife soll alleine durch den Torsionskasten und die Diagonalrippen gegeben sein, rechnerisch tut's das (smiley), wir werden testen

-wegen der Rippenbauweise: Krafteinleitung der Verbinder in den Holm. Wieviele Verbinder, und an welcher Stelle?
o die Mittenfläche geht durch; ich gehe aktuell von einer Platte ausreichender Festigkeit unter den Holm geleimt und zwischen zwei 6.5mm Birke-Multiplexrippen im Abstand 60mm geleimt aus, die vor und hinter dem Holm mit den Rumpfwänden innen von oben verschraubt wird (4 Schrauben mit ordentlich Unterlegscheiben), die Kräfte sind sehr ordentlich, Zuglast pro Schraube um 400 N, wenn das Giermoment formschlüssig aufgenommen wird, d.h. über innen abgestützte Rumpfwand in die ersten Diagonalrippen eingeleitet wird. Sonst würde eine hammerfeste Brücke zur Befestigung gebraucht, kostet Gewicht. So werden die Momente über Rippen, Holm und Diagonalrippen über möglichst lange Hebelarme eingeleitet, ist mir jedenfalls nichts Besseres eingefallen, es sollte ja nix vorstehen. Mit Sollbruchstellen über Nylonschrauben ist da wohl nix mehr, die Steifigkeit ist m.E. kritisch.

-Rumpfdesign, Seitenleitwerkshebelarm, Kufe gegen Springen beim Landen
o aktuell 60*80 (hoch), mit Stringern u.a. in den Ecken unten, Kanten werden verrundet
o Neutrallinien Tragfläche und Seitenleitwerk sind knapp 400mm entfernt
o wir lassen den ganzen Boden eben, anders als in der ersten Skizze, Kufe war mal vorgesehen, das Heck sollte "fräsen", gibt aber einen ganz hübschen Landestoss

Beim "Spielen" mit AVL habe ich die Taumel-Roll-Dämpfung ein Stück weit aus aus der Höhe des Seitenleitwerks geholt (Rolldämpfung; und aus der Rumpflänge vorne, macht Gierdämpfung und reduziert das Schiebegiermoment), so dass ich davon ausgehe, dass die Verbindung Seitenleitwerk - Tragfläche sehr steif ausgeführt werden muss (AVL nimmt unendlich feste Flächen an). Bis Manöverspeed sollte das kein Abscheren des Seitenleitwerks liefern, wenn's mit Ballast dennoch nicht steif genug sein sollte, so dass die Roll-Taumelschwingung "wegläuft" und das Ding einen dreifachen Salto macht. Wir werden sehen, ob's noch schneller geht, kann man sich rantasten.

Jetzt schauen wir mal, was unser Mittenholm im Biege- und Torsionstest so sagt, Kurt wird ihn wohl diese Woche fertig bekommen. Theorie und Praxis halt, die Profis rechnen noch Beulen, Wölben, ... und das Holz haben wir bisher nicht getestet, ist ja im Zweifelsfalle schnell neu gefräst.

Gruss

Werner

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

Aussensteckungen

Aussensteckungen

Hallo Klaus,

die Steckungen aussen sind doppelt vorgesehen, je zwei 12*1 Alurohr (600 N/mm^2) vor und hinter dem Holm, sollten 100 Nm Biegemoment verkraften. Da kommen aber noch Torsionsmomente beim Klappenstellen dazu, so dass man es nicht übertreiben sollte. Die Rohre sind in einem Abstand von 90mm angeordnet, die Krafteinleitung in den Holm erfolgt über zwei 6.5 Multiplexrippen im Abstand 100mm. Die Rippen werden mit der Torsionsbox noch extra verkastet, alles mit Epoxy "verleimt".

Wir werden die Steckungen einem Belastungstests unterziehen

Gruss

Werner

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

Theorie

Theorie

Hallo Klaus,

wenn Du in Theorie "nachladen" willst - das ist keine magic - , z.B. Balke, Einführung in die Technische Mechanik, gibt's auch als pdf im Netz. Die Herleitungen muss man nicht verstehen, das Konzept des Trägheitsmoments, Widerstandsmoments und der Unterschied zwischen offenen und geschlossene Schalenprofilen ist wichtig, dazu die E- und G-Module der Materialien und das Konzept der Schnitte, der Unterschied zwischen Steifigkeit und Festigkeit; damit kann man schon das meiste im Modellflugzeugbau recht gut abschätzen, besser, als die Materialien häufig selber an Wiederholbarkeit hergeben.

Bei Holz muss man vielleicht ein wenig mehr rechnen, muss man eigentlich bei allen gerichteten Materialien (CFK, GFK), damit man nicht unnötig Gewicht verbaut. Geschichtlich ist es übrigens so, dass die bekannten Konstrukteure der 20er/30er (Klemm, Dornier, etc.) keine Aerodynamiker waren, sondern aus dem Maschinenbau, Brückenbau usw. kamen. Mit der Entdeckung, dass dicke Profile bei grossen Reynoldszahlen besser sind als dünne (zuerst genutzt im Oberflügel der Fokker D7 von 1917, sie wurde explizit im Versailler Vertrag wegen ihrer überragenden (für die damalige Zeit) Flugleistungen verboten), hatten die "Spanndrahtverhaue" ausgedient, die Eindecker brauchten aber eine gute Statik, das ist im Prinzip Brückenbau, drum diese Leute. Die Aerodynamiker kamen dann vermehrt erst später, der Laminarflügel wurde z.B. zufällig 1937 oder 38 entdeckt und patentiert. Im Grossflugzeugbau spielt "laminar" kaum eine Rolle, ausser bei den Segelflugzeugen, einfach zu empfindlich in der Praxis, egal, was man bisher versucht hat (Grenzschichtabsaugung, -einblasen, ...). Die P51 Mustang war der erste Flieger mit einem Laminarprofil, aber ich bezweifel, dass der irgendetwas gebracht hat (Nieten, tote Mücken, Dreck, Regen,...). Der Staudruckkühler ausserhalb der Grenzschicht des Rumpfes (die Dinger mussten um die 3 MW Wärmeleistung loswerden ... und der hat sogar Schub gebracht, funktioniert wie ein Staustrahltriebwerk, Patent von Hugo Junkers 1920, die NACA-Haube bei den Sternmotoren hatte die gleiche Funktion), ein Riesentankvolumen und gute Merlin-Motor waren wichtiger.

Bei Interesse kann ich gelegentlich auch das eine oder andere kleine Programm, geschrieben in der freeware "octave" (bei Interesse GUI-Version installieren), in's Netz stellen; sind jeweils nur ein paar Zeilen, um das eine oder andere mal eben zu berechnen.

Gruss

Werner

 

[Klaus Jakob]

Hallo Werner,

"Theorie nachladen" brauche ich nicht. Ich bin Maschinenbauingeniuer und von Berufs wegen Konstrukteur. Ich weiß schon sehr genau, was Flächenmomente, Biegebalken, Zugfestigkeit etc. bedeutet. Darum gab ich euch den Tipp mit den unterschiedlichen Holmgurten.
Das heißt aber auch, dass ich die Grundprinzipien konsequent anwende.
Zum Beispiel würde ich eine Schale bauen, und nicht dem Querschnitt eines dicken Holmes alle Torsionskräfte zumuten. Aus Gewichtsgründen.

Und für ein so einfaches Brett muss ich nicht die ganze Theorie bemühen, da bin ich auf der viel sichereren Seite mit meinen gemachten Erfahrungen.

Auch würde ich bei dem dicken Holm (im Steckungsbereich 36 mm, weil 9 % Profildicke bei 0,4 m Tiefe) niemals zwei Alurohre D=12 mm einbauen. Warum? Die Holmhöhe ist nicht genutzt, und es wurde unnötiges Material eingesetzt. Rechnet doch mal einen Rechteck-Verbinder nach, der hochkant eingesetzt wird, gegen über 2 dünnen runden Verbindern.
Ich würde einen Rechteckverbinder zwischen die Holmgurte packen (nur einen!) und einen 2mm Stahldraht als Torsionsstift.

Das Profil müsste stammt also von Barnaby Wainfan, aber ich kenne es noch nicht. Und klar, mehr Dicke bei den passenden Re-Zahlen bringt Breitbandigkeit im Einsatz.

Anhand eures 3-D-Bildes scheint mir der Hebelarm zwischen Flügel und Seitenleitwerk zu kurz zu sein. Das SLW direkt an den Flügel anzuschließen hat sich nicht bewährt, das war vorgestern. Die Berechnungsformel hatte ich weiter oben verlinkt. Habt ihr dies gerechnet?

Verschraubung der Flügel: ich würde Nylonschrauben verwenden, 4 Stück M6. 2 davon Nähe Nasenleiste, die anderen 2 kurz hinter den Holm. Das hat den Vorteil, dass die Schrauben so nahe beieinander sitzen, und im Crashfall abreißen, ohne großen Schaden anzurichten. Die vorderen Schrauben könnten dann von der Haube abgedeckt werden.
Mit Crashfall meine ich eine Drehbewegung des Flügels um die Hochachse, also wenn eine Flügelseite im Gras hängen bleibt.

Noch etwas zum Crashfall: beim stumpfen Einschlag nach vorne soll der Flügel die Schrauben auch abscheren können, uind dann frei nach vorne schießen. Also mache ich niemals einen Rumpfspant davor, das gibt Schaden an Flügel und Rumpf. Der Flügel kann bei meinen Fliegern in die Fuge zwischen Rumpf und Deckel flutschen, der Deckel springt ab (Magnet- oder Druckknopfbefestigung) und gut ist es...

4xM6 aus Nylon genügt. Mit eurer Version (Verschraubung vor und hinter dem Holm) kommt mir der Abstand in Flugrichtung recht knapp vor. Das ist gut für den Crashfall, aber ich glaube, der Flügel könnte sich auf dem Rumpf drehen um die Hochachse, wenn ihr das Modell am Boden handelt.
Ich würde die Schrauben von oben setzen, ohne Beilagscheiben. Den Schraubenkopf im Holz versenkt. Buchenholz an der Stelle nimmt den Druck des Schraubenkopfes auf. Die Bohrungen mit Messingröhrchen ausbuchsen, sonst leiern sie aus.

Von unten verschraubt ist bei der Größe dieser Planke unpraktisch.

Die Kufe sollte schon sein, der Landestoß ist nicht schlimm. Wenn ihr die Kufe so auslegt, dass die Skelettlinie des Profils um etwa 2° nach unten zeigt, ist das Springen bereits vermieden. Es muss ja keine extra angeklebte Kufe sein, lasst den Rumpf hinten einfach etwas nach unten herauswachsen.

Und ja, ihr habt recht: der Rumpfbereich zwischen Flügel und SLW muss torsionsfest sein. Nicht wegen dem Giermoment, das durch das SLW entstseht (dieses ist gar kein Problem), sondern wegen der Flatterneigung im Flug. Beim SLW ist eine extrem leichte, aber torsionsfeste Bauweise sehr wichtig. Nicht zu letzt wegen der hinter dem Schwerpunkt liegenden Masse. Das Seitenruder lenke ich immer mit 2 Bowdenzügen an, die Seel aus 2 mm GfK. Ein Zug links, einer rechts, dann habe ich sowohl Zug- als auch Druckkräfte im Trum.

Alle Servos sehr spielfrei, aber das hatten wir schon.

An dieser Stelle ziehe ich mich langsam zurück, aber nur ganz langsam ... ich habe den Eindruck, dass ich zu spät komme mit meinen Tipps, das Konzept ist ja bereits entschieden und es fallen ja schon Späne.

P.S.: 3 MW sind 4079 PS. Hat der Kühler wirklich 2,5 x der Motorleistung weggekühlt? Das geht nicht!

Viel Erfolg,

Klaus.

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

Torsionkast mit Holmgurten

Torsionkast mit Holmgurten

Torsionskasten ist fertig





Jetzt Die Holmgurte einer nach dem anderen!





Danach das Montage-Füllstück entfernen.
Das hat verhindert, daß der Torsionskasten Beim anpressen der Holmgurte, zusammengedrückt wurde.



Noch alles richtig durchtrocknen lassen.
Die Holmgurte werden noch seitlich glatt auf Maß, gehobelt.
Die Belastungstests werden am Wochenende gemacht.

Ich Berichte dann.
Gruß Kurt

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

an Klaus

an Klaus

Hallo Klaus,

prima, Fachmann, war "Eulen nach Athen tragen", kann ich ja nicht wissen. Was die Theorie angeht, übe ich noch, drum das einfache Brett.

Schaun wir mal, wo wir mit dem Gewicht landen. Im Prinzip ist natürlich eine Schale besser, das Problem ist nur, dass sie - je nach Material - ziemlich dünn wird und damit nur mit Schaumkern oder als Sandwich funktioniert (Beulen, Knicken).... und das wiegt auch, insbesondere ist ein Schaumkern nicht gerade leicht bei etwas dickeren Profilen. Und dann kommen die Probleme mit den Krafteinleitungen in dünne Schalen dazu. Die Gewichte für Schaumkern und Abachi-Beplankung (die kaum Torsion aufnimmt) hatte ich oben mal für unseren Fall abgeschätzt, das alleine gut 2 kg.

Wir haben 6 Grad Knicke in den Aussenflügeln. Damit noch "Fleisch" und Hebelarm verbleibt, in der man die geraden Steckungen unterbringen kann, können wir nur einen Teil der Profilhöhe nutzen, ein gewinkeltes Rechteckprofil wäre zu viel Arbeit gewesen. Ein Rohr mit wesentlich grösserem Durchmesser hätte logischerweise auch eine wesentlich dünnere Wandung für die Festigkeit, woher in hochfestem Alu und Knickung ?

Ein weiteres Problem ist, dass unsere Torsionsbox in der Richtung nun gerade schlapp ist, sie würde das kaum halten... oder nur mit deutlicher Zusatzverkastung, ist halt auf Torsion optimiert. In Kurt's Bauphotos siehst Du, wie die Teile der Torsionsbox herunterhängen, wenn man sie über eine Pappschachtel legt, E-Modul und Festigkeit sind wesentlich kleiner als für "normal" geschnittes Sperrholz, sollte etwa Faktor 5 sein. So, aus der Fräse würde ich dem Schlabbermaterial gefühlsmässig daher eigentlich nichts zutrauen. Ich hoffe, es reicht dennoch als Steg gegen Knickung, sonst muss da noch ein weiterer Steg mittig eingeschoben werden.

Über die Montagetips diskutiere ich noch mit Kurt, wie gesagt, oben war der aktuelle Stand, Nylon und Lösungen für den crash-Fall sind uns natürlich lieber. Danke für die Tipps.

Gruss

Werner

P.S.: Der Rolls-Royce Merlin hatte bis 2656 PS (2000 kW) Wellenleistung, überschlägig Wirkungsgrad 33%, bei Höchstleistung wird ordentlich angefettet, so dass der Wirkungsgrad sinkt; da müssen dann mehr als 4MW Wärmeleistung weggebracht werden, zum guten Teil natürlich über das Abgas, angeblich haben die 90 Grad gewinkelten Abgaskrümmer noch 5% des Schubs gebracht. So 2-3 MW durch den Kühler dürften dann noch verbleiben. Mir ging's um die Grössenordnung, der Impulsverlust durch einen Kühler für eine solche Leistung ist normalerweise gewaltig und der Trick mit dem Stau"strahltriebwerk" schon genial.

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

an Klaus

an Klaus

... der Vollständigkeit halber: wir haben gar kein Seitenruder vorgesehen, das Ding sollte nur über die Klappen fliegen. Bei 8% Dicke sollte das SLW so schon recht steif werden.

Wie bei einer Harley und eine Vorderradbremse, what for ?

Gruss

Werner

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

Flugdynamik

Flugdynamik

Nach dem Motto, lieber 2 mal rechnen als 20 mal bauen, werden die Massen, Schwerpunkt, Massenträgheitsmomente und die Flugdynamik erneut berechnet.

Da nun die Massen genauer bekannt sind, wird die erforderliche Länge der Rumpfnase erneut gerechnet, Motorspant 0.4m vor der Tragflächenkante ist ok, Rumpfnase also 20cm kürzer. Der Schwerpunkt liegt bei 5% Stabilitätsmass mitten im mittleren Torsionskasten, aufballasten wird daher die Schwerpunktlage nicht verändern, ok.

Wegen der kürzeren Rumpfnase wird die Schiebegierdämpfung abnehmen und das Schiebegiermoment zunehmen, zudem sind einige Massenträgheitsmomente etwas grösser als bisher angenommen. Insgesamt verringert das die Taumel-Roll-Dämpfung bei voll aufgeballastet und nahe am stall - der kritische Flugzustand bzgl. Dämpfung - auf 0.125. Das ist ein bischen wenig, 0.15 sollte es schon sein. Daher wird das Schieberollmoment verringert, indem der Knickwinkel der Aussenflächen von 6 auf 4 Grad zurückgenommen wird. Dann ergeben sich folgende Werte in AVL:

mit 2 kg Ballast
Geschwindigkeit Frequenz/Dämpfungsfaktor CAFlugzeug Spiralsturzquotient
10.4 m/s 0.5 Hz/0.15 0.69 0.34 stall
20 m/s 0.76 HZ/0.167 0.19 0.66
40 m/s 1.45Hz/0.176 0.047 1.23

ohne Ballast
8.4 m/s 0.49 Hz/0.15 0.28 stall
12 m/s 0.53Hz/0.154 0.39
20 m/s 0.76Hz/0.17 0.67
40 m/s 1.45Hz/0.176 1.23

Die Dämpfung der Taumel-Roll-Schwingung ist in allen Flugzuständen so ok. Wenn der Spiralsturzkoeffizient grösser als 1 ist, ist die Kiste spiralsturzsicher, bei unter 1 muss man laufend nachsteuern, normalerweise kein Problem und eher gut für die Agilität, wenn der Wert nicht zu klein ist.

Nachfolgend ein paar screenshots von AVL. Lage der Eigenmoden der diversen Schwingungsmodi, der Cursor (+) zeigt auf den (oberen) Pol der Taumel-Roll-Schwingung.



Bild einer visuellen Darstellung der Taumel-Roll-Schwingung, kann man in AVL als (primitives) Video laufen lassen, z.B. sieht man so gut, dass die Schwingung vornehmlich um die Hochachse erfolgt. Man sieht auch, wie die Flächen und der Rumpf in der Wirbelschichtrechnung modelliert sind.

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

Neue Ansicht

Neue Ansicht

Damit sieht der Alpenkreuzer jetzt so aus:

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

Korrektur

Korrektur

Da ist was verrutscht, die Tabelle muss lauten:

mit 2 kg Ballast
Geschwindigkeit Frequenz/Dämpfungsfaktor CAFlugzeug Spiralsturzquotient
10.4 m/s 0.5 Hz/0.15 0.69 0.34 stall
20 m/s 0.76 HZ/0.167 0.19 0.66
40 m/s 1.45Hz/0.176 0.047 1.23

ohne Ballast
8.4 m/s 0.44 Hz/0.186 0.34
12 m/s 0.52Hz/0.205 0.49
20 m/s 0.78Hz/0.22 0.83
40 m/s 1.51Hz/0.23 1.4

Das ändert nichts an der Aussage, dass die Taumel-Roll-Schwingung so in allen Flugzuständen ausreichend gedämpft ist.

 

[Klaus Jakob]

Nach dem Motto, lieber 2 mal rechnen als 20 mal bauen, ...

Hallo Werner,

habt ihr auch den Faktor für die Seitenleitwerksgröße gerechnet? Wie schon erwähnt, ist dies ein wichtiger Aspekt, und ich glaube, dass der Seitenleitwerkshebelarm zu kurz ist.
Hier nochmal der Link dazu:

http://www.rc-network.de/forum/showt...tät/page6
Welcher Faktor kommt bei euch raus?

Nebenbei: ich würde unbedingt das SR anlenken, bei einem Thermikflieger ist dies um so wichtiger als bei einem schnellen Hangbrett. Und eine Harley fährt sich ohne Vorderradbremse noch schlechter als mit. Hoffe, dass euer Brett nicht auf Harley-Niveau fliegt.

Gruß
Klaus.

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

ST-Faktor

ST-Faktor

Hallo Klaus,

Du meinst den hier ?

STFs = F × b/2 / Fs / xs
F = Flügelfläche [dm2]
Fs = Seitenleitwerksfläche [dm2]
b/2 = halbe Spannweite [dm]
xs = Hebelarm [dm] von t/4 Punkt des Flügels zum t/4
Punkt des Seitenleitwerkes.

1.21*1.6/0.13/0.4=37

Sowohl wenn man geradeaus fliegt und insbesondere in Kurven ist eine gute Taumelschwingungsdämpfung wichtig, an den oben gerechneten niedrigen Frequenzen und Dämpfungen, wenn's langsam zugeht, siehst Du, dass das im Thermikflug besonders wichtig ist. Wenn das nicht gegeben ist, muss der Pilot halt das Seitenruder zu Hilfe nehmen (und erzeugt evtl. PIO's). Wenn die Schwingung ausreichend gedämpft ist, macht der Vogel das von selber... ohne Seitenruder. Im Prinzip facht man ja bei der Einleitung einer Kurve eine Taumelschwingung an ... und wenn die abgeklingt, folgt er folgsam der Kurve.

Und in diese Dämpfung gehen die obigen Werte als Beiträge in die Gierdämpfung, in's Schiebegiermoment und in die Rolldämpfung ein ... aber es ist längst nicht alles, was in die Taumeldämpfung eingeht. Da tragen bei:
Schiebegiermoment (da gehört auch der Rumpf _vor_ der Tragfläche dazu, der ist bei den Brettern ja wegen Schwerpunkt spezial lang; macht den Wert kleiner)
Schieberollmoment (also "V-Stellung" der Tragflächen und Form (Trapez etc.))
Gierdämpfung (da gehört auch der Rumpf _vor_ der Tragfläche dazu, macht den Wert _grösser_)
Rolldämpfung (Spannweite, Form der Tragfläche, Tiefe)
Masse
Massenträgheitsmomente um die Roll- und Gierachse

Daraus folgt, dass dieser ST-Wert - zumindest für Nurflügel. die ohne Seitenruder anständig fliegen sollen - irrelevant ist. Ich hab bisher drei Nurflügel zwischen 1.5 und 16 kg (zwei Bretter und ein Delta mit 20cm dicken Tragflächen und Riesen"ohren" als Seitenleitwerke und winglets) designed, sind alle auf Anhieb so geflogen, dass keine Änderung mehr nötig war, auch nicht in der Schwerpunktlage. Und die sind die Kurven alle ohne Seitenruder wie auf Schienen geflogen, selbst das dicke Delta konnte man zur Not zum Segeln nehmen. (Die Fliegerkollegen haben ziemlich gestaunt, dass so'n Ding a) überhaupt stabil fliegt und b) auch mit den Gleitzahlen ... Reynold halt.

Und nun ist mal ein anständiges Brett in ungewöhnlicher Bauweise und mit viel Sollspeed dran, mal schauen, wie's wird.

Gruss

Werner

 

[UweH]

Daraus folgt, dass dieser ST-Wert - zumindest für Nurflügel. die ohne Seitenruder anständig fliegen sollen - irrelevant ist

Hallo Werner,

da Du mit AVL-Simulation rechnest mag das für Dich gelten, der Durchschnittsmodellbauer wird das aber mangels Software und Knowhow niemals tun und statt dessen die erprobten und über zig Modelle erflogenen Vergleichszahlen des Stabilitätsfaktors benutzen.
Dass Dein Ergebnis für den STF nach der AVL-Rechnung hinreichend mit den üblichen Werten um 40 aus den STF-Vergleichszahlen übereinstimmt zeigt meiner Ansicht nach, dass der ST-Wert ohne AVL-Rechnung durchaus Relevanz hat und diese Methode in der Modellbaupraxis ziemlich gut funktioniert.

Gruß,

Uwe.

 

[Klaus Jakob]

Hallo Werner,

da bin ich aber froh, dass unsere empirisch erarbeiteten Werte des Seitenleitwerks-Stabilitätsfaktors mit der Theorie übereinstimmen.

Gruß
Klaus.

 

[Klaus Jakob]

...
Schaun wir mal, wo wir mit dem Gewicht landen. Im Prinzip ist natürlich eine Schale besser, das Problem ist nur, dass sie - je nach Material - ziemlich dünn wird und damit nur mit Schaumkern oder als Sandwich funktioniert (Beulen, Knicken).... und das wiegt auch, insbesondere ist ein Schaumkern nicht gerade leicht bei etwas dickeren Profilen. Und dann kommen die Probleme mit den Krafteinleitungen in dünne Schalen dazu. Die Gewichte für Schaumkern und Abachi-Beplankung (die kaum Torsion aufnimmt) hatte ich oben mal für unseren Fall abgeschätzt, das alleine gut 2 kg.
...

Hallo Werner,

ich meinte mit "Schale" eine D-Box. Also die Beplankung der Rippen bis zu den Holmgurten. Also oben und unten. Da genügt 1,5 mm Balsa, wenn die Rippen 50-70 mm Abstand haben. Das ergibt auch die Möglichkeit, die Holmgurte ganz nach außen zu bringen, also in die Profilkontur, somit erreicht man die maximale Bauhöhe. Die Gurte können schlanker werden.
Verkastung mit 1,5 mm Sperrholz, oder 2-3 mm Balsa stehend.
Die hinten offenen Rippenfelder: auf die Rippen Aufleimer aus 1,5 mm Balsa kleben, ca. 6 mm breit; das stabilisiert gegen Ausknicken.

Und: doch, diese Art der Beplankung nimmt ausreichend Torsionskräfte auf. Es ist schließlich der seit Jahrzehnten bewährte Klassiker. Wenn man Zweifel hat, kann anschließend, nach dem Verschleifen, ein Diagonalgewebe auf die D-Box geharzt werden.

Diese Bauweise ist leichter als ein Styropor-Sandwich.

Gutes Gelingen, auch wenn ihr bei eurer Bauweise bleiben werdet.

Klaus.

 

[LimaBravo]

P.S.: Der Rolls-Royce Merlin hatte bis 2656 PS (2000 kW) Wellenleistung, überschlägig Wirkungsgrad 33%, bei Höchstleistung wird ordentlich angefettet, so dass der Wirkungsgrad sinkt; da müssen dann mehr als 4MW Wärmeleistung weggebracht werden, zum guten Teil natürlich über das Abgas, angeblich haben die 90 Grad gewinkelten Abgaskrümmer noch 5% des Schubs gebracht. So 2-3 MW durch den Kühler dürften dann noch verbleiben. Mir ging's um die Grössenordnung, der Impulsverlust durch einen Kühler für eine solche Leistung ist normalerweise gewaltig und der Trick mit dem Stau"strahltriebwerk" schon genial.

Du nimmst 1000 PS zu viel an, sie hat rund 1600 PS, in Reno beim Airrace fliegen getunte P51 mit mehreren tausend PS
Ich denke das an der Überlegenen Leistung der P51 schon das Laminarprofil, Kühlersystem und natürlich breites Fahrwerk beteiligt war.

 

[LimaBravo]

http://www.rc-network.de/forum/attachment.php?attachmentid=2256464&d=1581358211

Welches Schäftverhältnis ergibt sich bei dieser gefrästen Schäftung?

 

[Alpenkreuzer-Fiss]

an Uwe, Klaus

an Uwe, Klaus

Hallo Uwe, hallo Klaus,

bei den üblichen Brettern kommt das mit dem ST-Faktor schon hin, für jemanden, der eher von der theoretischen Seite kommt, ist das auch beruhigend, dass Praxis und Theorie ungefähr übereinstimmt.

Klaus, Deine Vorschläge und Beschreibungen rechne ich alle nach und mach mir 'ne Liste mit Steifigkeiten und Flächengewicht für die jeweiligen Bauweisen. Wir schauen mal, wie weit wir mit unserem Ansatz kommen, irgendwas "neben der Spur" kann man ja mal ausprobieren.

Was mich stutzig gemacht hat, dass Du Probleme hattest mit dem Leitwerk direkt hinter der Fläche, beschreibst aber nicht welche, hast aber viel Aufwand mit einer steifen und gedämpften Anlenkung des Seitenruders betrieben. Meine Überlegungen sind wie folgt, vielleicht stimmt das mit Deinen Beobachtungen überein.

Du weisst, was pilot induced oscillations (PIO) sind: wenn man um eine Flugzeugachse schwach gedämpfte Schwingungen haben kann und die gleichzeitig steuern kann, neigt der Pilot dazu, die Schwingungen, wenn sie angeregt werden, wegzusteuern. Das geht so ab Periodendauern von ca. 4-5 sec ganz gut, bei einer Periodendauer um 2 sec herum passiert aber was sehr unangenehmes: wegen der Reaktionszeit des Menschen und ein bischen mechanischer Elastizität kommt an den Rudern das an, was vor einer Sekunde richtig war und jetzt leider exakt falsch ist (180 Grad Phasenschiebung), daher wird die schon nur schwach gedämpfte Schwingung auch noch angeregt. (Horten's und SB13 hatten das dem Vernehmen nach schon gelegentlich mal um die Nickachse nach Böenanregung). Was kann man tun ? Man _darf_ gar nichts tun, _nur_ abwarten, sonst kann's übel ausgehen !

Nun ist es so, dass bei kurzem Hebelarm die Taumelschwingungsperiodendauer tendenziell wohl kürzer ist als bei langem Hebelarm, bei den üblichen Brettern liegt die Dauer bei langsamen Flug bei 2sec mit kurzem Hebelarm, die 2 sec werden bei langem Hebelarm erst bei höheren Fluggeschwindigkeiten erreicht. (sie obige Liste der Taumelschwingungsfrequenzen über die Fluggeschwindigkeit).
Beim Einleiten einer Kurve wird eine Taumelschwingung praktisch angeregt und bei langem Hebelarm geht das dann bei Thermikgeschwindigkeit auch gut, bischen problematisch sollte das logischerweise bei höheren Geschwindigkeiten werden.

Was kann man tun: das Seitenruder weglassen ! Dann ist man aber drauf angewiesen, dass der Vogel die Kurven von selber fliegt, man muss die Dämpfung dafür schon ein wenig züchten. Natürlich bekommt man den Entdämpfungs-/Anregungseffekt auch, wenn die Eigenresonanzen der Ruder - Anlenkungscombo in der Nähe der Taumelschwingungsfrequenzen liegt, eine hohe Frequenz durch steife Anlenkung und Reibung in den Bowdenzügen dürfte da definitiv helfen... und wenn's nicht zu schnell geht, ein langer Hebelarm.

Hinzu kommt, dass bei Brettern die Taumelschwingung so geht, dass nur kleine Amplituden im Rollwinkel auftreten, aber dazu im Vergleich grosse im Schiebewinkel. Man ist also eher geneigt, die Schwingung über's Seitenruder zu "kompensieren".

Stimmt das mit Deinen Beobachtungen über ein ?

Gruss

Werner