Archiv: Virtueller Windkanal

Verifikation am Beispiel: Sebart Katana S 50E V.2

Am Beispiel des Modellflugzeugs Katana S  50E V.2 von Sebart wird jetzt der virtuelle Windkanal auf Herz, Nieren, Leber und Lunge getestet. Nachdem ich dieses Modell selbst fliege, kann ich Einstellungen und Eigenheiten am lebenden Objekt nachvollziehen und Experimente im virtuellen Windkanal geeignet anlegen. Dazu war es erforderlich, die Katana zu vermessen und als Objekt im virtuellen Windkanal zu generieren, inkl. aller 2- und 3-dimensionalen Krümmungen. Auch wenn vielleicht die Form des Objekts den einen oder anderen Millimeter Fehler aufweist, habe ich wenigstens bei Tragfläche und Höhen- und Seitenleitwerk inkl. der Ruder an diesen versucht, die Katana präzise abzubilden. Das Objekt sieht aus wie folgt, gezeigt mit den 3-dimensionalen Projektionen von schräg hinten/oben, von schräg hinten/unten, von schräg vorne/oben und von schräg vorne/unten. Zusätzlich zeigt folgende 3-dimensionale Projektion von schräg hinten/oben, wie bei jeweils einem Ausschlag der Ruder um 30 Grad sich das Objekt verändert. Diese Funktionalität ist erforderlich, um mit Ruderausschlägen auftretende Drehmomente bei einem einmal festgelegten Schwerpunkt zu kompensieren.

Nicht berücksichtigt wurde der Seitenzug des Motors nach links von etwa 2 Grad, weil zum Ausgleich das Drehmoment des Propellers um die Längsachse hätte bekannt sein müssen - kenne ich aber nicht.

Der Windkanal, wie auf der Seite Windkanal beschrieben, wurde so verändert, dass erstens die Anzahl der Gitterpunkte auf 287 in x-Richtung, 255 in y-Richtung und 223 in z-Richtung erhöht wurde. Zugleich wurde die Größe des Windkanals auf 2 m in x- und y-Richtung und auf 1,5 m in z-Richtung reduziert.  

Es ergeben sich fast zwangsläufig folgende Themen:

  • Trimmung: Die in der Gebrauchsanweisung aufgeführten Hinweise auf den zu wählenden Schwerpunkt sollen verifiziert werden.

  • Landung: Bei einmal festgelegten Schwerpunkt wird ermittelt, welcher Höhenruderausschlag bei einer Landung mit reduzierter Landegeschwindigkeit notwendig ist.

  • Landeklappen: Da die Querruder auch als Landeklappen verwendet werden können, ergibt sich die Frage, welche Höhenrudertrimmung bei ausgeschlagenen Landeklappen auf den Kanal des Höhenruders hinzugemischt werden muss.

  • Querwind: In der Gebrauchsanweisung wird darauf hingewiesen, dass bei Betätigung des Seitenruders ein Höhen- und Querruderausschlag durch Hinzumischen auf den Höhen- und Querruderkanal notwendig ist, um Drehmomente um die Quer- und Längsachse zu neutralisieren. Diese Ausschläge sollen reproduziert werden.

  • Rückenflug: Bei der gewählten Position des Schwerpunktes wird geprüft, ob bei voller Motorleistung die Höhenruderausschläge für den Horizontalflug  tatsächlich fast verschwinden und geringfügig ein Tiefenruderausschlag notwendig ist, um das Drehmoment um die Querachse zu neutralisieren.

Ergebnisse:

  • Schwerpunkt: Der mit dem Flugmodell empirisch ermittelte Schwerpunkt liegt bei 125 mm hinter der  Nase der Tragfläche am Rumpfansatz für ein absolut neutrales Flugverhalten um die Querachse. Dies entspricht der Gebrauchsanweisung für den Kunstflug. Das ist die Option, bei der das Modell nicht auf schwanzlastig getrimmt ist und bei der ausgetrimmt auch im Rückenflug nahezu kein Tiefenruderausschlag notwendig ist. Genau für diese Situation ermittelt der virtuelle Windkanal 125 mm, was für mich ein unerwartetes und sehr positives Ergebnis ist. Allerdings ist dies auch das Ergebnis zahlreicher Versuche bzgl. der Kalibrierung des virtuellen Windkanals, war also kein Selbstläufer.

  • Drehmomente: Bei der Landung wird eine geringe Kopflastigkeit kompensiert durch einen geringen Höhenruderausschlag. Bei Landung mit Landeklappen ist ein geringes Hinzumischen auf das Höhenruder empfehlenswert. Beide Sachverhalte wurden am lebenden Objekt verifiziert. Bei einer starken, seitlichen Anströmung kann das Seitenruder durch einen ebenfalls deutlichen Ausschlag das Drehmoment um die Hochachse kompensieren. Die zugleich auftretenden Drehmomente um die Quer- und Längsachse machen es dann aber erforderlich, durch Zugabe eines zusätzlichen Höhen- und Querruderausschlages jene zu neutralisieren. Während der erforderliche Höhenruderausschlag im Bereich der Angaben der Gebrauchsanweisung (8%), meines empirisch ermittelten Wertes (10%) und simulierten Wertes  (12%) liegt, läßt der erforderliche, zusätzliche empirisch bestätigte Querruderausschlag - laut Gebrauchsanweisung 2% des Seitenruderausschlags - im Hinblick auf die Simulation noch Fragen offen, weil dieser überschätzt ist.

Ausstattung des Modells:

  • Motor: Hacker A50-16S V2
  • Regler: Masterbasic 70SB
  • Luftschraube: APC Thin Electric 16x8
  • Akku: LemonRC - 6S 4300mAh 22.2V
  • Fernsteuerung: Graupner MZ-12 Pro, Falcon 12, Extron ED200