Flug mit Querwind: Sebart Katana S 50E V.2

Die ultimative Frage an das Flugmodell ist: Was passiert, wenn man das Seitenruder kräftig betätigt? Bei der Katana steht in der Beschreibung, dass man 8% des Seitenruderausschlags auf das Höhenruder und 2% des Seitenruderausschlags auf das Querruder geben sollte. Das möchte ich jetzt als ultimativen Test der Qualität dieses virtuellen Windkanals durchexerzieren. Dazu wird wieder der einmal festgelegte Schwerpunkt auf 12,5 cm hinter der Profilnase der Tragfläche wie in Trimmung ermittelt. Dann wird mit einem Suchalgorithmus die Fluggeschwindigkeit und die Ausschläge für Höhen-, Quer- und Seitenruder gesucht, bei denen die Drehmomente um die Längs-, Quer- und Hochachse verschwinden. Randbedingung ist wieder, dass der Auftrieb gleich dem Gewicht des Modells und der Schub gleich dem Luftwiderstand ist. Zusätzlich wird aber jetzt auch der Seitenwind gesucht, bei dem die Seitenkraft - siehe shift in der grafischen Oberfläche - ebenfalls gleich dem Gewicht ist und der zugehörige Ausschlag des Seitenruders das Drehmoment um die Hochachse neutralisiert. Mit dieser Zusatzbedingung erschlage ich 2 Fliegen mit einem Experiment, nämlich die Bestimmung der Ruderausschläge, die man sowohl im Horizontal- als auch Messerflug benötigt, um bei ausschliesslicher Betätigung des Seitenruders die Betätigung weiterer Ruder überflüssig zu machen. Die obigen 8% bzw. 2% werden dann z.B im Sender eingetragen und man ist dann sicher, dass das Model nicht z.B. aus dem Messerflug selbstständig herausdreht.

Ergebnis: Wie aus dem Bild KatCrossUVPxz2 für die windzugewandte Seite zu ersehen ist, ergibt sich  bei einer Fluggeschwindigkeit von 25,41 m/s = 91,48 Km/h ein Anstellwinkel von 3,57 Grad so ergibt, dass der Schub gleich dem Luftwiderstand und der Auftrieb gleich dem Gewicht ist. Der Winkel der seitlichen Anströmung von 10,53 Grad liefert jetzt das zusätzliche Ergebnis, dass die Seitenkraft ebenfalls gleich dem Gewicht ist - wichtig für den Messerflug. Die Ruderausschläge ergeben sich dann wie folgt: Bei einem Seitenruderausschlag von 16,18 Grad wird ein Höhenruderausschlag von 1,92 Grad und ein Querruderausschlag von 1,62 Grad bestimmt. Dies bedeutet, dass wieder die Ruderauschläge etwas größer sind als experimentell am lebenden Objekt ermittelt (10% auf das Höhenruder funktionieren besser als die angegebenen 8% -  tatsächlich werden aber 12% simuliert). Zur Vollständigkeit hier auch das Bild KatCrossUVPxz3 für die windabgewandte Seite. Bild KatCrossUVPxy für einen horizontalen Schnitt auf Höhe des Höhenleitwerks mit der Vertikalgeschwindgkeit in Farbe und dem skalaren Wind als Isolinie zeigt u.a. einen Jet, der sich aufgrund der Anstellung des Seitenleitwerks am Ruder entwickelt neben anderen, zahlreichen Unsymmetrien aufgrund der seitlichen Anströmung. Abschließend zeigen Bild KatCrossVD31 und Bild KatCrossV3D2 Trajektorien in 3D. Diese veranschaulichen aus einem Blickwinkel von hinten/links und hinten/rechts, wie die Strömung in Form einer Spirale den Rumpf umströmt. Wichtigstes Ergebnis ist aber zu sehen im Bild von hinten/rechts. Bei einem Seitenruderausschlag nach rechts ist ein winziger Querruderausschlag nach links erforderlich ist. D.h., nicht nur die Absolutbeträge der Ausschläge passen in etwa, sondern auch deren Richtung. 

Abschließend 3 Analysen für die räumliche Verteilung des Auftriebs mit Bild KatCrossBxy in der xy-Ebene, für den Luftwiderstand mit Bild KatCrossFyz in der yz-Ebene und für die Seitenkräfte mit Bild KatCrossSxz. Auffällig insbesondere im letzten Bild ist die Tatsache, dass sich das Fahrwerk kräftig in die Aerodynamik der Katana einmischt. Dass Motor- und Kabinenhaube sich bei den Seitenkräften bemerkbar machen, war zu erwarten.