Wölbklappenprofil für einen Motorsegler zum Eigenbau. - Piuma Twin S -

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1 Wölbklappenprofil für einen Motorsegler zum Eigenbau - Piuma Twin S - Die Piuma Twin S Doppelsitziger Motorsegler zum vollständigen Eigenbau Holzbauweise bespannt Zum Zeitpunkt des Seminars noch nicht flugfähig, deshalb keine Flugleistungs-Daten vorhanden Konstrukteur: Erbauer: Tiziano DANIELI I Schio (VI), Via dei Tamburini 14 Achim GROH D Niederstotzingen, Waltherstraße 29 Technische Daten MTOW: 520 kg v NE : 182 km/h v min bei 0 Klappenausschlag: 68 km/h v min bei 12 Klappenausschlag: 61 km/h Dienstgipfelhöhe: 3600 m Profil: NACA 4415 (ab Rippe 11 auf NACA 2R112) Flügeltiefe l max: 1,36 m min: 0,61 m Spannweite b: 14,8m Flügelfläche S F : 16,80 m 2 Klappentiefe: 0,25*Profiltiefe - 1 -

2 Auslegungspunkte Schädliche Widerstandsfläche: A P = 0,05 /12,6m 2 *S F *1,5 = 0,10 (da keine Daten für Sinkgeschwindigkeit oder Gleitzahl vorhanden sind, wurde der Faktor 1,5 als Annahme eingeführt, um den höheren Widerstand der Piuma Twin S im Vergleich zu einem optimierten Segelflugzeug (für die die Berechnungsformel aufgestellt ist) zu berücksichtigen) v Dauer v Reise v NE Abb. 1: Speed Polars NACA 4415 Aus der Rechnung der Speed Polars (Abb. 1) für die Piuma Twin S mit NACA 4415 ergibt sich: Maximales L/D-Verhältnis: 26,05 optimale Reisegeschwindigkeit: v Reise = 96,38 km/h Minimale Sinkgeschwindigkeit v s,min = 0,944 m/s optimale Geschwindigkeit für den Dauerflug v Dauer = 81,80 km/h Reynolds-Zahl Geschwindigkeit l = 0,61 m l = 1,36 m C a v NE 182 km/h 4,709*10 6 0,19 v Reise 96,38 km/h 1,119*10 6 2,494*10 6 0,69 v Dauer 81,80 km/h 0,949*10 6 2,117*10 6 0,96 v min bei 0 WK 68 km/h 0,789*10 6 1,38 v min bei 12 WK 61 km/h 0,708*10 6 1,72 Tabelle 1: Eckdaten der Piuma Twin S mit NACA

3 1,38 C a,max 0,96 C a,reise 0,69 C a,dauer 0,19 C a,min Abb. 2: Profildaten NACA 4415 Abb. 3: Geschwindigkeitsverlauf NACA

4 Entwurfsziele bessere Leistung im Reise- und Dauerflug (bei gleicher v Reise und v Dauer ) keine Einbußen in der Leistungsfähigkeit in anderen Flugphasen relative Dicke des NACA 4415 (14,98%) erhalten Laminarprofil statt NACA 4er-Serie Problem: Eigenbau in Holzbauweise bespannt Mit dieser Bauweise, bei der der Flügel (teilweise) mit Stoff bespannt wird, ist kein Laminarprofil realisierbar. Zur Umsetzung des Entwurfs ist es somit erforderlich, den Flügel - komplett zu beplanken ( Gewichtserhöhung) - oder aus GFK zu fertigen ( enormer Mehraufwand und Kostenerhöhung; zu viel für den Eigenbau) - in jedem Fall ist der Oberflächengüte große Aufmerksamkeit zu schenken, um laminare Laufstrecken realisieren zu können ( Mehraufwand) Profilentwurf BS 144 Abb. 4: Geschwindigkeitsverlauf BS 144 Das Profil BS 144 ist für die Verwendung von Turbulatoren auf der Oberseite bei 69% und der Unterseite bei 73% ausgelegt

5 v NE Abb. 5: Speed Polars NACA 4415 und BS 144 Abb. 5 zeigt, dass bei kleinen und mittleren Geschwindigkeiten Leistungsverbesserungen durch das BS 144 erzielt werden können. Lediglich ab einer Fluggeschwindigkeit von 140 km/h sind Einbußen hinzunehmen. NACA 4415 BS 144 L/D max 26,05 27,24 v Reise 96,38 km/h 96,40 km/h v s,min 0,944 m/s 0,914 m/s v Dauer 81,80 km/h 83,75 km/h Reynolds-Zahl l = 0,61 m l = 1,36 m C a 0,971*10 6 2,167*10 6 0,91 Tabelle 2: Profil-Vergleich an der Piuma Twin S Tabelle 3: Eckdaten für v Dauer der Piuma Twin S mit BS 144 Die optimale Reisegeschwindigkeit v Reise bleibt unverändert, die Fluggeschwindigkeit bei minimaler Sinkgeschwindigkeit v Dauer ist um 1,95 km/h erhöht. Die Eckdaten (Reynolds-Zahl und C a -Wert) in Tabelle 3 sind lediglich für den Flugzustand optimaler Dauerflug der Piuma Twin S mit BS 144 dargestellt. Die Daten für die übrigen definierten Flugzustände sind unverändert und Tabelle 1 zu entnehmen

6 1,38 C a,max 0,91 0,69 NACA 4415 C a,reise C a,dauer 0,19 C a,min Abb. 6: Profildaten BS 144 Aus Abb. 6 ist eine Erhöhung von c m ersichtlich, jedoch auch eine Verschiebung des c a -α- Verlaufs nach oben, sowie geringerer Widerstand im Auslegungsbereich v Reise und v Dauer aufgrund der Laminardelle. C a,max,12 1,72 = Re min,12 NACA 4415 Abb. 7: Profildaten BS 144 bei Klappenausschlag 12 und minimaler Reynolds-Zahl - 6 -

7 In Abb. 7 bleibt festzuhalten, dass im gesamten Einsatzbereich beim BS 144 geringerer Widerstand auftritt und auch keine enormen Widerstandserhöhungen durch laminare Ablösung (wie beim NACA 4415) hinzunehmen sind. Zusammenfassung BS 144 leistungsfähiger als NACA 4415: + bei gleicher Geschwindigkeit (v Reise ) L/D max = 26,05 27,24 + geringe Einbußen lediglich bei v >140km/h (v NE = 182 km/h) o Dauerflug nur sehr geringe Verbesserung - relative Dicke verringert: 14,98% 14,04% - c m erhöht: c m = 0,03 Fazit Der Flügel der Piuma Twin S kann nur mit dem Laminarprofil BS 144 ausgerüstet werden, wenn eine Gewichtserhöhung durch vollständige Beplankung und großer Mehraufwand durch Notwendigkeit hoher Oberflächengüte zur Realisierung von laminaren Laufstrecken in Kauf genommen werden. Mehraufwand bei einer Bauzeit von über 6 Jahren ist allerdings relativ zu sehen. Sollte gezeigt werden können, dass ein höherer Momentenbeiwert, größere Masse und eine geringere relative Dicke des Flügels nicht zu Strukturproblemen führt, ist trotz dass keine enormen Verbesserungen in der Leistungsfähigkeit erzielt werden können, die Umstellung vom NACA 4415 auf das BS 144 zu erwägen. Eingabefile zum Entwurf des BS 144 REMO1 TRA TRA TRA RAMP TRA *8BS ALFA RE CDCL ALFA DIAG ALFA FLZW PLW FLAP ALFA RE CDCL ALFA DIAG ENDE - 7 -