Archiv: Virtueller Windkanal

Experiment H10VMitProp:

>  Anstellwinkel gleich 10 Grad
>  Iterative Bestimmung der Anströmung für Auftrieb = Gewicht
>  Iterative Bestimmung für Motorschub = Luftwiderstand

Eine letzte Frage, die bei einer Neukonstruktion anfällt ist die, wie und eventuell mit welchem Sturz man den Motor anbringt. Es wurde bereits gezeigt, dass man in diesem virtuellen Windkanal auch einen Motor am Flugzeug zuschalten und einen Algorithmus nutzen kann, der den Schub sucht, der gleich dem Luftwiderstand ist. Damit man die beste Position eines Motors bestimmen kann, wurde noch das zusätzliche Drehmoment berechnet, das der Propeller über die Motorwelle dem Modellflugzeug mitteilt und natürlich der Schub berücksichtigt, der über die Motorwelle ebenfalls auf das Modellflugzeug wirkt. Das Ergebnis ist, dass wie Bild GUIH20VM demonstriert, sich die horizontale Position (Y-Axis X-Pos = 116 mm) des Druckpunktes nicht verändert hat.
Die Aufgabe war jetzt durch Variation der vertikalen Position des Motors die Position zu finden, bei dem das Drehmoment um die Querachse verschwindet. Das Ergebnis war, dass wie zu erwarten der Motor auf der Höhe des Druckpunktes (Y-Axis Z-Pos = 16 mm) anzubringen ist. Dann erhält man ein verschwindendes Drehmoment um die Querachse (Y-TORQUE=0 gm). Jetzt ist endlich der Punkt der Simulation erreicht, bei dem man die Flug-Ente im virtuellen Windkanal frei fliegen lassen kann, weil erstens das Gewicht durch den Auftrieb kompensiert wird, der Luftwiderstand durch den Schub egalisiert wird und alle Drehmomente gleich Null sind. Die Flug-Ente erhält jetzt meinen Freiflugschein, leider aber nur virtuell. 
Ein letztes Experiment analog zu H20VOhneProp wurde durchgeführt, das analog zu H10VOhneProp angelegt ist, aber mit angeschaltetem Motor und Bestimmung der Höhenruderausschläge durchgeführt wurde. Ergebnis: Die Flug-Ente benötigt bei 10 Grad Anstellwinkel eine Geschwindigkeit von 10,7 m/s, einen Schub von ca. 130 g und erfordert einen Höhenruderausschlag nach oben von 5,36 Gad für die Höhenruder an der Tragfläche und am Vorflügel. D.h., als Konsequenz einer sinnvollen Druckpunktwanderung bei dem hier vorgestellten Hochdecker muss man bei Reduktion der Geschwindigkeit leicht das Höhenruder betätigen. Dieses Ergebnis war neben der Verbesserung der Stabilität um die Hochachse das Ziel: Eine sinnvolle Druckpunktwanderung bei unterschiedlichen Pflugphasen.
Damit man ein Gefühl bekommt, warum der Propeller mit einem weiteren Drehmoment zur Gesamtbalance des Flugzeugs beiträgt, zeigt Bild H20VMPVxz1 einen xz-Schnitt durch das Flugzeug und Bild H20VMPVxz2 gleiches aber dicht neben dem Rumpf des Flugzeugs. Zu erkennen ist, dass der Propeller mangels Hindernissen ungehinderten Zugriff auf die anströmende Luft hat. Es gibt z.B. kein Seitenleitwerk, das aufgrund einer Bildung von Grenzschichten die Strömungsgeschwindigkeit reduziert. Im anderen Bild sieht man, dass gleiches gilt für den Bereich unterhalb der Tragfläche. Anzumerken ist aber auch, dass die Druckverhältnisse über und unter der Tragfläche in Propellernähe sich ebenfalls ändern und so zu weiteren Verschiebungen des Druckpunktes beitragen. Bild H20VMPVyz zeigt in einem yz-Schnitt eine Gitterzelle vor dem Propeller, dass der wesentliche Teil der zum Propeller anströmenden Luft sich begrenzt auf drei Bereiche, nämlich zentral über dem Rumpf und links und rechts neben dem Rumpf. Dies bedeutet, dass der Unterdruck, den der rotierende Propeller erzeugt, davon abhängt, wie einfach der Propeller die Luft ansaugen kann. Im Endergebnis entwickelt sich ein Druckfeld vor dem Propeller, das nicht exakt kreisförmig ist. Das bedeutet schliesslich, dass ein Drehmoment entsteht, das die Motorwelle auf den Rumpf überträgt. In der Gesamtsicht zeigt Bild H20VMPyz die Druckdifferenz als yz-Schnitt und visualisiert letztendlich die Verteilung von Widerstand (rot) und Vortrieb (blau).
Die 3-dimensionale Darstellung physikalischer Größen ist weniger geeignet, die Daten von Felder präzise darzustellen, weil die Informationsdichte naturgemäß nicht mit der zweiten, sondern mit der dritten Potenz z.B. der Gitterzellen anwächst. Deshalb wurde bisher auf 3-dimensionale Darstellungen verzichtet. Jetzt gibt's ein paar Felder quasi als Leckerli zum Abschluß.
Das Bild H20VMV3D zeigt die Strömung,  Bild H20VMP3D die Druckverteilung, Bild H20VMTKH3D die Verteilung der horizontalen, turbulenten kinetischen Energie, das Bild H20VMTKV3D die Verteilung der vertikalen, turbulenten kinetischen Energie und Bild H20VMTKL3D die Längenskala der Wirbel.