Trimmung: Messerschmidt M35

Üblicherweise wird der Schwerpunkt in einem Experiment gemäß der in Strategie festgelegten Methode ermittelt. Da aber inzwischen der Druckpunkt ziemlich genau von diesem virtuellen Windkanal bestimmt wird, habe ich den Schwerpunkt aus der im Modell verwendeten Position übernommen. In der Modellbeschreibung wird für den Schwerpunkt einen Position von 95mm hinter der Profilnase vorgeschlagen. Ich verwende eine etwas schwanzlastigere Einstellung von 100mm und versuche dann die Höhenrudertrimmung für den Geradeausflug unter Vollgas zu simulieren.

Ergebnisse in 2D:

Laut Bild M35TrimUVSPxz2 [Trajektorien, skalare Geschwindigkeit in Farbe und Druck als Isolinien; Schnitt auf der xz-Ebene durch den Radschuh] wird für den vorgegebenen Schwerpunkt von 100mm hinter der Profilnase, entspricht X=-195 in der GUI, eine Tiefenrudertrimmung von -1,93° simuliert. Tatsächlich verwende ich für die reale M35 als Höhenrudertrimmung -2°. Haarscharf an der  Punktlandung vorbei! Neben der typischen Druckverteilung im Bereich der Tragfläche entwickelt sich ein Nachlauf, der das Höhenleitwerk  knapp verfehlt. Entscheidend für die Geschwindigkeitsverteilung hinter der Tragfläche ist die Turbulenzschließung mit den Variablen, horizontale&vertikale turbulente kinetische Energie Kh und Kv, Längenskala L und horizontale&vertikale Diffusionskoeffizienten Ah und Av - siehe Gleichungssystem. Bild M35TrimLKvxz [Trajektorien, Längenskala L in Farbe und vertikale turbulente kinetische Energie Kv] zeigt die Verteilung der Längenskala der Wirbel zusammen mit der vertikalen turbulenten kinetischen Energie. Mit der scheerungsbedingten Produktion von turbulenter kinetischer Energie entwickelt sich eine Grenzschicht um die Tragfläche, die sich im Nachlauf fortsetzt. Gleichzeitig  nimmt die Längenskala der Wirbel stetig zu. Bild M35TrimUVSAvxz [Trajektorien, skalare Geschwindigkeit in Farbe und vertikale Diffusionskoeffizient Av] zeigt u.a., wie Impuls durch vertikale Diffusion in den Nachlauf gemischt wird. Dieser Mechanismus hat sich als entscheidend bei den Experimenten für Landung und Gleitflug erwiesen, weil dieser die Geschwindigkeit kontrolliert, mit der das Höhenleitwerk angeströmt wird und somit auch die Wirksamkeit von Ruderausschlägen steuert.

Die naheliegende Frage ist natürlich, warum der Schwerpunkt so perfekt passt. Zuerst sollte man sich die Druckverteilung in der xy-Ebene anschauen. Denn wenn man die Position des Neutralpunktes nur für Tragfläche&Höhenleitwerk berechnet, so ergibt sich 85mm hinter der Profilnase. Erwarten würde man einen Druckpunkt weit hinter dem Neutralpunkt und nicht nur bei 95mm. Betrachtet man aber das Bild M35TrimBxy [Druckverteilung in der xy-Ebene als Differenz Druck oben minus Druck unten], so erkennt man, dass i.W. die Motorhaube und vorderer Teil des Rumpfes kräftig Auftrieb produziert und somit den Schwerpunkt nach vorne schiebt. In der yz-Ebene zeigt das entsprechende Bild M35TrimByz [Druckverteilung in der xy-Ebene als Differenz Druck vorne minus Druck hinten] letztendlich die Verteilung des Luftwiderstandes. Der Sternmotor im Original fordert seinen Tribut. Tatsächlich ist die Endgeschwindigkeit der M35 trotz identischem Antrieb erheblich geringer als die meiner MXS-64 mit identischem Motor.

Ergebnisse in 3D:

Bild M35TrimUVWSPxyz [Trajektorien, skalare Geschwindigkeit als Flächen und Druck als eingefärbte Oberfläche der M35] liefert einen Eindruck, wie Oberflächendruck und Geschwindigkeiten verteilt sind. Bei diesem Experiment dominiert die Strömung, die vom Propeller erzeugt wird. Das zweidimensionale Bild M35TrimUVWSPxz1 [Trajektorien, skalare Geschwindigkeit in Farbe und Druck als Isolinien] zeigt dazu passend die Geschwindigkeitsverteilung auf dem vertikalen Schnitt durch die Rumpfmitte. Bild M35TrimKvxyz [vertikale, turbulente kinetische Energie als Flächen] und Bild M35TrimKhxyz [horizontale, turbulente kinetische Energie als Flächen] zeigen, dass über der Tragfläche und über dem Rumpf vorwiegend vertikale turbulente kinetische Energie [Rotationsachse der Wirbel liegt parallel zur Querachse] erzeugt wird. An den vertikalen Flächen wird vornehmlich horizontale turbulente kinetische Energie [Rotationsachse der Wirbel liegt parallel zur Hochachse] erzeugt. Zusammen mit Bild M35TrimLxyz [Längenskala der Wirbel als Fläche] enstehen daraus ein mit Bild M35TrimAvxyz [vertikaler Diffusionskoeffizient als Flächen] und mit Bild M35TrimAhxyz [horizontaler Diffisionskoeffiziet als Flächen] die Diffusionskoeffizienten, die die mittlere Strömung angefangen mit der Bildung einer Grenzschicht an der Tragfläche über die Geschwindigkeitsverteilung z.B. im Nachlauf hinter der Tragfläche bis hin zur Anströmung des Höhenleitwerks kontrollieren.