Gleitflug

Bevor ein Gleitflug simuliert werden kann, musste zuerst der virtuelle Windkanal in die Lage versetzt werden, durch Rotation um die Querachse das Gleichungssystem in die Lage zu versetzen, den jetzt fehlenden Antrieb durch irgendeine Form eines Motors zu ersetzen uzw. hier durch die Schwerkraft.  Dazu wird erstens in den Bewegungsgleichungen ρ*g [Dichte*Gravitationskonstante] in der z-Komponente ersetzt durch je eine Ergänzung bzw. Änderung für die u-, v- und w-Geschindigkeitskomponente - siehe folgende Änderungen. Damit ist der Gleichungssatz in der Lage eine Rotation um die Längs- und Querachse zu bearbeiten. Zusätzlich sind die Randbedingungen für Geschwindigkeit, Druck und Temperatur zu verallgemeinern.

Experiment

Das Ziel des nun folgenden Experiments ist, für einen vorgegebenen Anstellwinkel von 3,452° und ein Gewicht von 1,65 Kg den Schwerpunkt, die Fluggeschwindigkeit und den Rotationswinkel um die Querasche so zu bestimmen, dass ohne einen Höhenruderausschlag, also bei verschwindendem Drehmoment um die Querachse, der Auftrieb gleich dem Gewicht ist.

Ergebnis

Bei einer Fluggeschwindigkeit von 11,85 m/s und einer Rotation von -2,81° - der Sinus dieses Winkels mal dem Gewicht kompensiert den Luftwiderstand von 80 Gramm - ist das System im Gleichgewicht. Dazu wurde der Schwerpunkt auf X=-30 mm und Z=-68 mm per Hand so optimiert, dass das Drehmoment um die Querachse ist - siehe Y-Torque=0 in der Grafik. Der Wert für X umgerechnet auf die Position der Nase des Wurzelprofils entspricht 370/4 mm = 92,5 - 30 mm = 62,5 mm. Die vertikale Position des Schwerpunkts wurde von Andreas Gawron mit 32 mm über dem Wurzelprofil abgeschätzt. Dies entspricht Z=-68 mm bzgl. meines Koordinatenursprungs in z-Richtung. Grundsätzlich liegt mein Schwerpunkt ca. 10 mm hinter dem von Andreas Gawron mit verschiendenen Tools prognostiziertem Schwerpunkt. Zu erwähnen ist, dass die vertikale Position nicht unwichtig ist, denn eine falsche Abschätzung dieser Größe bedeutet für diese Art eines Nurflügels mehrere Millimeter an Korrektur in x-Richtung.

Mit dem Schnitt in der xz-Ebene im Abstand 30 cm vom Rumpf wird mit dem Bildern SUFITGluVSP18 die absolute Windgeschwindigkeit in Farbe, die Isolinien für den Druck und Trajektorien für die Windrichtung und -stärke dargestellt. In 30 cm Entfernung vom Rumpf, also im inneren Teil der Tragflächenhälfte, ist trotz schlechterer Gitterauflösung die Strömung ähnlich der der 2D-Simulation. Mit der Auswertungen mit Bild SUFITGlB wird gezeigt, wie sich in der xy-Ebene der Auftrieb auf der Tragfläche verteilt. Die Tragfläche selbst liefert Auftrieb, zum hinteren Ende bedingt durch den S-Schlag aber Abtrieb.