Version 1.0 (1.5.2007) von U. Lehnert
In zunehmendem Maße werden auch im Modellsport
mathematische Verfahren zur aerodynamischen Auslegung und Optimierung
von Tragflügeln verwendet. Die meisten frei verfügbaren und im
Amateurbereich eingesetzten Verfahren unterliegen jedoch Einschränkungen
bezüglich der möglichen Flügel-Konfigurationen. Häufig
sind nur planare Konfigurationen möglich, Mehrflügel-Anordnungen
(Doppeldecker) oder andere signifikante Abweichungen von der planaren Form
(Winglets) können nicht erfaßt werden. Hier soll daher ein Ansatz
verfolgt werden, der keinerlei Einschränkungen bezüglich der
zugrundeliegenden Geometrien unterliegt.
Das komplette Strömungsfeld um ein Flugzeug zu beschreiben ist
eine mathematisch recht aufwendige und generell höcht rechenintensive
Angelegenheit. überlicherweise macht man also Vereinfachungen, die
es erlauben, bestimmte Aspekte der Strömung mit vertretbarem Aufwand
zu beschreiben. Jedem geläufig ist der Bregriff des Profils eines
Tragflügels. Man muß sich aber bewußt sein, daß dieser
Begriff eine Vereinfachung impliziert, nämlich die eines (2-dimensional
zu beschreibenden) unendlich ausgedehnten konstant profilierten Flügels.
Für diesen Aspekt des "Problems" Tragflügel gibt es Software, die
es erlaubt, das Auftiebs- Widerstands- und Momenten-Verhalten von "Profilen"
zu berechnen. Ein solches Programm (das von mir bevorzugte
) ist
XFOIL
von Mark Drela und Harold Youngren.
Mindestens genauso wichtig, wie das Profil eines Tragflügels
sind jedoch auch die geometrischen Umrisse, bestimmen sie doch, Inwieweit
das "Profil" seine Eigenschaften tatsächlich ausspielen kann. Das
Schlagwort, das mit der Erweiterung des 2-dimensionalen "Profils" in die
dritte Dimension einhergeht ist die "Auftriebsverteilung" oder die Frage
in welchem "Betriebszustand" das "Profil" an jeder einzelnen Stelle des
Flügels eigentlich arbeiten muß. Die Frage nach der "Auftriebsverteilung"
ist besonders bei der Auslegung von schwanzlosen Flugzeugen zu stellen,
bestimmt sie jedoch maßgeblich die Stabilitäts- und Flug-Eigenschaften.
Für alle, die in diese Materie mal hineinschnuppern wollen, empfehle
ich das Programm
NURFLÜGEL
von
Frank Ranis , derzeit
unter der Entwicklung von
Herbert
Stammler. Weil mir das nicht ganz gereicht hat, hab ich mich zu einer
Eigenentwicklung verleiten lassen. Herausgekommen ist XWING, ein Programm,
das beliebig viele und beliebig angeordnete Flügelflächen in
ihrer Wechselwirkung berechnen kann. Das können Nurflügel mit
Winglets sein, Doppel- und Mehrdecker, komplette Flugzeuge mit Leitwerken
...
Für alle die meinen, sich mit Aerodynamik ein wenig auszukennen,
ist das Gespann XFOIL+NURFLÜGEL+XWING ein guter Werkzeugsatz. Ansonsten
kann man nur empfehlen, auf der
Aerodesign Seite von
Hartmut Siegman in aller Ruhe ein wenig zu lesen und mit dem Ranis-Programm
zu spielen. Auch ich mache den ersten Entwurf gerne mit dem "Ranis" und
fange erst dann mit XWING an, wenn es um die "Feinheiten" geht.
Wie geht das
Beispiele
Download
HowTo - häufige Fragen - Bugs
Ulf Lehnert - 10.3.2010
XWING -