Experiment: 20VMitProp

Bisher haben wir das Modellflugzeug quasi an virtuellen Stahlseilen im Windkanal fixiert. Das ist natürlich wenig realistisch. Tatsächlich benötigt man immer einen Antrieb, egal ob einen Aufwind (>= Sinkgeschwindigkeit in ruhender Luft) oder einen Motor. Ich habe jetzt einen Heckmotor so realisiert, dass ich auf einer kreisförmigen yz-Ebene am hinteren Ende des Modells eine Beschleunigung einfüge, die in Summe über alle beteilgten Gitterzellen einen Schub erzeugt, der dem berechneten Luftwiderstand entspricht.

Ergebnis: Der Luftwiderstand nimmt im Vergleich zum Experiment 20VOhneProp von 830 g auf 940 g zu. D.h. das Anschalten des Motores erzeugt einen zusätzlichen Widerstand, wenn auch vermutlich nicht in dem Maße wie beim Frontmotor. Das kann dadurch erklärt werden, dass ein zusätzlicher Unterdruck (Luftschraube entwickelt einen Sog vor dem Propeller - siehe Bild 20PxyProp und 20PxzProp), sodasss der nach hinten sich verjüngende Rumpf und entsprechend auch sich verjüngende Tragfläche - nach Aufspaltung mit Vektordiagramm - sich eine kleine Komponente als zusätzliche Kraft nach hinten entwickelt. Eine weitere Konsequenz des Heckmotors ist, dass wie in Bild 20UVWPyzProp zu erkennnen, der Propeller teilweise die Luft ansaugt, die vorher aufgrund der Grenzschicht entlang des Rumpfes abgebremst wurde. Entsprechend ist der Druckverlauf und auch die Anströmung vor dem Propeller trotz kreisförmig rotierenden Propellers doch nicht kreisförmig. D.h. nebenbei bemerkt, ein Heckpropeller mag mit seinem resultierenden Wirkungsgrad besser sein als ein Frontmotor, aber auch nicht optimal.

Interessant zu sehen war auch, dass je nach Positionierung des Motors in der Vertikal der Anstellwinkel, der notwendig ist, um mit dem Auftrieb das Gewicht des Modellflugzeugs zu kompensieren, sich erniedrigt hat mit zunehmender Höhe über der Ebene der Tragfläche. So reduzierte sich der Anstellwinkel von 2,4 auf 2,19 Grad. Dabei war der Motor 8cm, also vergleichsweise hoch, über der Sehne der Tragfläche montiert. Ein deutlich tiefer montierter Motor kann wie in den ersten Experimenten sogar einen zusätzlichen Abtrieb erzeugen.

Ein nicht unwichtiges Randthema ist die Positionierung des Motors relativ zum Druckpunkt bzw. das Thema Motorsturz. Die Simulation ohne Propeller lieferte einen Druckpunkt, der 44 mm über der Sehne der Tragfläche liegt. D.h., ein Motor angebracht auf dem Niveau des Druckpunktes sollte funktionieren. Unabhängig davon sollte der Propeller aber mindestens auf einem Niveau angebracht werden, bei dem man nicht bei Start und Landung mit dem Propeller aufsetzt.