Aerodynamik des Abreißverhaltens Von Kunstflugzeugen Forschungsprojekt für die Mü 32 Reißmeister der Akaflieg München Regine Pattermann, Weiterbildungslehrgang für Fluglehrer des Luftsportverband Bayern e.v. am 27.03.2015 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 1
Themenbereich des heutigen Vortrages Die Besonderheiten des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen Untersuchungen diesbezüglich an Prototypen der Akaflieg München und ausgewählter Kunstflugzeugen Ausblick auf die Gesamtkonfiguration in der das Abreißverhalten in gerissenen und gestoßenen Figuren funktioniert 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 2
Theorie der gerissenen Rolle Nicht gesteuert sondern Autorotation durch einseitigen Strömungsabriss (Trudeln in Flugrichtung) Eingeleitet bei einer Geschwindigkeit von ca. 130 km/h durch gleichzeitiges Ziehen am Höhenruder und einen Seitenruderausschlag 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 3
Vorstellung der untersuchten Flugzeuge Mü 28 Mü 32 Reißmeister Mü 30 Schlacro MDM-1 Fox leki Extra 300 Swift S1 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 4
Charakterisierung eines Abreißverhaltens Ausbreitung einer Ablösung in Profil- und Spannweitenrichtung Geschwindigkeit der Ausbreitung einer Ablösung Ankündigung für den Piloten Wie einfach ist es über Steuereingaben den Abgelösten Strömungszustand wieder zu beenden 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 5
Strömungsablösung in Profilrichtung Vorderkantenablösung Hinterkantenablösung 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 6
Ablösung bei Motorkunstflugzeugen Schlacro: Hinterkantenablösung EPPLER 473: sehr typische Motorkunstflugprofil (Extra 300) In der Weiterentwicklung werden keine symmetrischen Profile mehr verwendet, um einen kleineren Kurvenradius zu ermöglichen. (Extra 330) 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 7
Ablösung beim Profil der Mü 28 Reine Hinterkantenablösung Wortmann Profil FX71-L-150/20 mit Wölbklappe Ungeeignet für gerissene und gestoßene Figuren 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 8
Dynamische Anstellwinkeländerung Mü 28 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 9
Dynamische Anstellwinkeländerung Mü 28 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 10
Strömungsablösung in Profilrichtung Kombinierte Vorder- und Hinterkantenablösung Nach Schlichting/Truckenbrodt: Vorderkantenablösung laminar (-> laminare Ablöseblase legt nicht wieder an) 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 11
Dynamische Anstellwinkelerhöhung Swift S1 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 12
Quasistationäre Anstellwinkelerhöhung Swift S1 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 13
Das Diagramm von Gault Der Nasenradius eines Profils wirkt sich entscheidend auf die Entwicklung einer laminaren Ablöseblase aus Damit wird nach Schlichting/Truckenbrodt auch die Vorderkantenablösung ob in Kombination mit Hinterkantenablösung oder nicht ermöglicht 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 14
Profil Mü 13-33 13% relative Dicke 33% Dickenrücklage Symmetrisch Wölbklappe mit 20% Profiltiefe Nasenradius an kombinierte Vorder- und Hinterkantenablösung angepasst Widerstandsoptimiert im Vergleich zu bisher verwendeten Profilen an Segelkunstflugzeugen 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 15
Laminare Ablöseblase an der Flügelvorderkante 1,6 1,4 1,2 13 12 14 19 Auftriebsbeiwert ca 1,0 0,8 0,6 0,4 20 0,2 0,0 Transitionsmodell 0 5 10 15 20 25-0,2 Anstellwinkel α Profil Mü 13-33, CFX mit Transitionsmodell, Re=1,5 10^6 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 16
Auftriebspolaren NACA 641012 und Mü 13-33 NACA 641012, Re=1,5 10^6 Mü 13-33, Re=1,5 10^6 1,6 1,4 1,2 Auftriebsbeiwert ca 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2 CFX Transitionsmodell LWK Stuttgart 0 5 10 15 20 25 Anstellwinkel α 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 17
Vorderkantenblase beim Fox 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 18
Vorderkantenblase am Fox 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 19
Vorderkantenblase am Fox 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 20
Vorderkantenblase am Profil Mü 13-33 Re=1,0 10^6 Anstellwinkel α=10,12 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 21
Vorderkantenblase am Profil Mü 13-33 Re=1,0 10^6 Anstellwinkel Druckverteilung α=13,89 Anstellwinkel Anstrichbild α=14,2 14,0 12,0 10,0 Auftriebsbeiwert ca 8,0 6,0 4,0 2,0 LWK Stuttgart 0,0-2,0 0 5 10 15 20 25 Anstellwinkel α 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 22
Laminare Ablöseblase Die laminare Ablöseblase ist ein Sonderfall der Transition. S Wandschubspannung hat den Wert 0 und die Strömung löst laminar ab. T Rückströmung ist erkennbar Transition hat stattgefunden. R Wiederanlegepunkt der turbulenten Grenzschicht 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 23
Rolle der laminaren Ablöseblase an der Vorderkante Nach Schlichting/Truckenbrodt: Vorderkantenablösung laminar (-> laminare Ablöseblase legt sich nicht wieder an) Beobachtung bei der Profilvermessung des Profils mue 13-33 : Die laminare Ablöseblase bleibt mit der Vorderkantenablösung bestehen. 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 24
Auswirkung auf eine halbe gerissene Rolle Mü 28 Rollzeit: 2,5 s Höchste Rollrate: 100 /s Swift Rollzeit: 1,8 s Höchste Rollrate: 180 /s Steigung gesteuert und gerissen fast identisch Fox Rollzeit: 2,0 s Höchste Rollrate: 140 /s 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 25
Gesamtkonzept Mü 32 Reißmeister Kurze Spannweite von 12,5 m Streckung: 15 Zuspitzung: 0,4 Leitwerk in Normalanordnung Gerader Rumpf Ausreichende Höhenruderwirkung Gerade Flügelvorderkante 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 26
Fazit Das Abreißverhalten von Kunstflugzeugen unterscheidet sich stark von dem herkömmlicher Anwendungsgebiete. Die Auslegungsschwerpunkte von Kunstflugzeugen unterscheiden sich auch stark im Falle von Segel- oder Motorflug. Entscheidend ist das, was der Prüfer oder das Publikum erkennen. 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 27
Danke für Ihr Interesse! 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 28
Abbildungsverzeichnis Folie 3: rc-network.de Folie 3: Extra 300 aus http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4a/extra.ea3 00s.g-iiui.arp.jpg Folie 11/24: L.M.M BOERMANS: Vliegtuigaero II, Vorlesungsskript, Faculty of Aerospace Engineering, TU Delft, 1998 Folie 6: F. Sturm: BA, Entwurf eines Tragflügelprofils für Segelkunstflug und Untersuchung von dessen Abrisseigenschaften mittels numerischer Strömungssimulation 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 29
Studienarbeiten zum Thema Fabian Sturm - Entwurf eines Tragflügelprofils für Segelkunstflug und Untersuchung der Abrisseigenschaften mit ANSYS CFX Regine Pattermann - Untersuchungen der Ablösecharakteristik eines Tragflügels für ein Segelkunstflugzeug mittels numerischer Strömungssimulation Benedikt Döller Stationäre Windkanalversuche am Profil Mü 13-33 Regine Pattermann Flugversuche auf dem Idaflieg- Sommertreffen mit Mü 28, Swift S1 und Fox leki 26.03.2015 Aerodynamik des Abreißverhaltens von Kunstflugzeugen 30