DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

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UweH
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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von UweH » Fr 21. Okt 2016, 16:17

matzito hat geschrieben:Gleichzeitig wird ja bei einer Horten im Aussenfluegen Abtrieb erzeugt zur Stabilisierung.
Hallo Matze, es ist eine weit verbreitete Legende dass bei einer Horten der Außenflügel Abtrieb erzeugt, denn diese Aussage stimmt meistens nicht.
Im normalen rumfliege-Auftriebsbeiwert = Fluggeschwindigkeit von z.B. cA 0,35 erzeugt immer noch der ganze Flügel Auftrieb, der örtliche Auftriebsbeiwert fällt erst an der Flügelspitze auf Null. Z.B. liegen bei meiner Horten XII erst kurz vor Maximalauftrieb und nur an der äußersten Flügelspitze negative Auftriebsbeiwerte und negative Zirkulationsstärke an, in > 90 % der Flugzustände ist auch der Außenflügelauftrieb komplett positiv.
Das was eine Horten von einem üblichen Wingletpfeil unterscheidet ist das was relativ zwischen Flügelspitze und Flügelwurzel passiert.
Grundsätzlich wird eine Horten um die Hochachse im wesentlichen durch die Pfeilung stabilisiert, um die Querachse durch Schränkung.
Die Zirkulationsverteilung bei einem geschränkten Flügel ändert sich mit dem Anstellwinkel, der ebenso wie die Fluggeschwindigkeit mit dem Gesamt-Auftriebsbeiwert des Flügels verknüpft ist (bei einem Brett oder Leitwerker mit einfacher Geometrie und durchgehendem Profil ändern sich diese Kurven über den Anstellwinkel so gut wie nicht)

Der negative Wendemoment ist ein Problem wenn man ohne Seitenflächen hinter dem Schwerpunkt auskommen will, auch er ist Auftriebsabhängig, er ist bei kleinem örtlichem Auftriebsbeiwert im Querruderbereich ebenfalls klein. Um den negativen Wendemoment bei einem Nurflügel klein zu halten ist es also notwendig, dass der Außenflügel relativ zum Innenflügel einen kleinen Auftriebsbeiwert hat.
Im Laufe der Horten-Entwicklung hat sich die Auftriebsverteilung nach einer sin³-Glocke als akzeptabler Kompromiss zwischen Kurvenverhalten und Widerstand erwiesen.....nur versuche mal raus zu finden auf welchen Auftriebsbeiwert diese sin³-Glocke bezogen ist :shock:
Die Verteilung der Auftriebsbeiwerte und die Zirkulationsverteilung ändern sich ja mit dem anliegenden cA durch den Höhenruderausschlag oder die Schränkung. Liegen Schränkung und Höhenruderausschlag fest, dann ändert sich die Verteilung der Auftriebsbeiwerte und die Zirkulationsverteilung durch unterschiedliche Schwerpunktlagen. Ein Dilemma und schon immer Stoff für Zoff unter den Hortenjüngern, vor allem unter denen mit mathematischer Affinität :roll: .....die mir zum Glück fehlt :D

Eine Horten kommt also bei einem Querruderausschlag deshalb ausreichend gut um die Kurve, weil der lokale Auftriebsbeiwert im Querruderbereich klein ist und damit der negative Wendemoment klein. Bei einem Querruderausschlag giert die Horten zunächst ein bisschen in die falsche Richtung, fängt aber dann an zu rollen. Beim rollen sorgt die Roll-Gier-Kopplung dann dafür das die Kurve halbwegs gut und schiebearm in die Richtige Richtung geht.
Ein konventioneller Wingletpfeil kommt deshalb gut um die Kurve, weil die große Seitenfläche der Winglets das falsche Schieben um die Hochachse aus dem starken negativen Wendemoment so weit dämpft, dass der Flügel fast schiebefrei zu rollen beginnt. Wenn er erst mal rollt, dann sorgt die Roll-Gier-Kopplung dann dafür das die Kurve halbwegs gut und schiebearm in die Richtige Richtung geht.
Eine Halbhorten hat am Außenflügel geringere Auftriebsbeiwerte als ein konventioneller Wingletpfeil und damit weniger negatives Wendemoment. Damit kommt sie mit kleineren Winglets aus, was durch die kleineren Massen, den geringeren negativen Wendemoment und mehr Reserve im negativen Auftriebsbereich der Außenflügelprofile für höhere Rollwendigkeit sorgt.
Der Nachteil der Halbhortenauslegung ist eigentlich der kleinere Gesamtauftrieb des Flügels, aber wenn man nicht hoch starten muss oder für sonst was Monsterauftrieb benötigt ist das zu Gunsten der Vorteile zu verschmerzen.

Gruß,

Uwe.

P.S.: die Kurven in meiner letzten DISPAR-Simulation sagen gar nichts aus, denn bei Klappen im Strak ist der Auftrieb ungefähr Null, das heißt der Flügel befindet sich im senkrechten Sturz und fliegt rein ballistisch in ziemlich gerader Linie Richtung Erdmittelpunkt. Hier zählen nur noch die Profil- und Störwiderstände, die aber in der Simulation nicht abgebildet werden. Sorry, aber eigentlich ist der Screenshot ein etwas böser Scherz, denn um verwertbare Simulationsergebnisse zu bekommen muss man irgendwelche Klappen setzen, dann sehen die Kurven anders aus und ergeben (hoffentlich) irgend einen Sinn :oops:
Das zeige ich dann im Laufe der Profiloptimierung ;-)
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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von matzito » Sa 22. Okt 2016, 10:37

Hi Uwe,
besten Dan fuer die Erklärung ich denke das habe ich voll verstanden, das aendert meine Anschaung ein bischen mehr in Richtung Realitaet :thumbup: ;-)
Klar der Auftrieb variiert, jetzt kann man sich die Sin3-aehnliche Kurve im Geiste mal schoen elastisch vorstellen wie sie hoch und runter geht, die Klappen Einfluss nehmen und wie sie aussen eben ein wenig mehr "Ca" durch die winglets dazukommt.
Danke fuer Deine Geduld
lg Matze
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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von UweH » Mi 26. Okt 2016, 21:10

Hallo Leute,

ich habe seit letzter Woche wieder am Dispar weiter gemacht. Zunächst habe ich die Geometrie der Variante 14 aus dem FLZ_Vortex ins CAD exportiert.
Im AutoCAD habe ich dann die Außenkontur geometrisch geglättet, durch iteratives hin und her zwischen CAD und FLZ_Vortex den cA bei Klappen im Strak leicht angehoben und den nicht linearen Bogen des Verlaufs der Schränkungswinkel dabei geometrisch geglättet.
Das hoch gewölbte Außenprofil das in der grünen cA-Verteilungskurve den Zacken nach oben verursacht hat wurde erstmal durch das vorletzte Außenprofil ersetzt, das deshalb aktuell 2 x im Außenflügel drin ist.
Raus gekommen ist die Variante 15 von der ich ein paar sinnvollere Screenshots poste als zuletzt.
Fluggewicht in der Simulation ist wieder 2,2 kg bei 3 m Spannweite, damit 36 g/dm² Flächenbelastung.

Hier zunächst die Klappen im Strak. Der Auftriebsbeiwert ist dabei nicht mehr negativ, sondern mit 0,033 gaaaaanz knapp über Null.
Das Stabilitätsmaß ist ziemlich genau 8 %, der sich daraus ergebende Schwerpunkt von 237,45 mm wird fest gesetzt.
Die rote Kurve der Zirkulationsverteilung zeigt den Verlauf, den Hans für den Horten-Schnellflug beschrieben hat.
Der Flugzustand entspricht dem anstechen aus der Höhe, es ist bei F3F ungefähr die Beschleunigungsphase beim Wippen zum Höhe aufbauen und vor dem Einflug in die Strecke. Die Zirkulationsverteilung spielt eine untergeordnete Rolle, wichtig sind hier die Profilwiderstände bei hohen Re und die Störwiderstände, beide sind in dieser Simulation nicht zu sehen.
20161025 DISPAR V15 Ruder 0°.jpg


Der zweite Screenshot zeigt einen relativ beliebig gewählten Flugzustand irgendwo beim zügigen Thermikflug, cA ist ~ 0,67, die (nicht optimierten) Klappenwinkel dazu sind eingeblendet. Die rote Kurve der Zirkulationsverteilung nähert sich der ellipsenförmigen, die durchgezogene grüne Linie der Auftriebsbeiwertsverteilung (cA-Verteilung) zeigt außen im Querruderbereich die Auftriebsentlastung aus der Halbhortenauslegung.
Wie man am Stabilitätsmaß sieht wandert der Neutralpunkt mit dem Anstellwinkel nach vorne, der Schwerpunkt ist fixiert und das Stabilitätsmaß wird kleiner.
So ist es auch im Flug und deshalb ist es wichtig dass man bei der Simulation nach dem fest legen des Auslegungs-Stabilitätsmaßes den Schwerpunkt fixiert und mit dem im Flug (meist) unveränderlichen Schwerpunktmaß weiter rechnet, nicht mit fixiertem Stabilitätsmaß.
20161025 DISPAR V15 Ruder Thermik.jpg


Der dritte Screenshot zeigt den Flugzustand unmittelbar vor dem Abriß, der etwa auf Höhe des Schwerpunkts im Bereich der mittleren Klappe erfolgt, das sieht man daran wo die durchgezogenen grüne Linie der Auftriebsbeiwertsverteilung mit der gepunkteten grünen Linie der örtlichen Maximalauftriebswerte zusammen kommt.
Die Strömung im Rumpfbereich ist bereits abgerissen, aber das stört nicht. Deshalb ist dort ein Tiefensprung der den inneren Wölbklappenlängsspalt verkürzt, das spart mehr Widerstand als eine Optimalität der Profile dort, die durch den Rumpf wieder kaputt gemacht wird. Ich hoffe Jörg bekommt die runden Übergänge auf der Endleistenseite hin. Die Profile sind am Übergang zum tieferen Klappenbereich aufgedickt und so angepaßt, dass es auf der Flügelnasenseite der Flugzeugmitte keinen Dickenversprung gibt. Damit laufen auch die Holme ohne Welle oder Versatz durch und es gibt dort keine geometrisch bedingte Verringerung der Flügelsteifigkeit.
cA max ist etwa 0,95, das reicht für F3F und Freizeit-Hangflug.
Stabilitätsmaß ist 7,15 %, das könnte für den Außenflügel schon etwas knapp werden, was man an der nach oben gerichteten Zacke der grünen Kurve am Wingletfuß erahnen kann.
20161025 DISPAR V15 cA max.jpg
Als nächstes brauche ich einen ruhigen Nachmittag Zeit um für diesen Grundriß die erste Profiloptimierung zu machen. Mal schaun was dabei raus kommt, aber es wird nach derzeitigem Zwischenstand sicher nicht der Wunsch nach einer Leitwerkerauslegung sein ;-)

Gruß, Uwe.
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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von matzito » Do 27. Okt 2016, 14:33

Hi Uwe, das mit den Erklaerungen welche Kurve was ist, ist sehr hilfreich.
lg Matze
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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von UweH » Sa 19. Nov 2016, 23:11

UweH hat geschrieben:Als nächstes brauche ich einen ruhigen Nachmittag Zeit um für diesen Grundriß die erste Profiloptimierung zu machen. Mal schaun was dabei raus kommt, aber es wird nach derzeitigem Zwischenstand sicher nicht der Wunsch nach einer Leitwerkerauslegung sein ;-)
Hallöchen, der ruhige Nachmittag war heute, es sind 9 verschiedene Profile entstanden, aber jetzt bin ich nach 8 Stunden virtuellem fliegen am Computer müde ohne fertig zu sein. Immerhin steht das Profilierungs-Grundkonzept und es fehlen nur noch Detailanpassungen die geometrisch bedingt sind, z.B. für die Einschnürung in der Flügelmitte an der Rumpfposition und an den starken Tiefenänderungen von Elevon und Wingletanschluss.

Wenn ich auch damit fertig bin kommen hier noch ein paar Infos dazu, bis jetzt bin ich recht zufrieden, die Simulation schaut schon mal nicht schlecht aus ;-)

Gruß,

Uwe.
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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von UweH » Di 22. Nov 2016, 23:47

Hallöchen, die Profile sind erstmal fertig und im Moment dreht sich alles ein bisschen um aerodynamische Details. Da es keine aktuellen Erfahrungen dazu gibt wie ein Pfeilnurflügel für die F3F Wettbewerbsaufgabe optimiert werden muss bin ich hierfür ziemlich am raten. Für den Freizeitflugbetrieb ist alles gut, aber um auf der F3F-Strecke schnell zu sein kommt es neben dem Piloten auch darauf an den richtigen Auslegungspunkt zu treffen.
Dünne Profile bringen Widerstandsvorteile und machen den Flieger schneller, aber dünne Profile bedeuten auch geringere Torsionssteifigkeit und damit Flattergefahr oder zumindest Verformung des Flügels mit Verlusten bei der Steuerpräzision. Ein Flieger mit dünneren Profilen ist schon mit wenig Gewicht schneller als ein Flieger mit dicken, weniger verformungsempfindlichen Profilen. Den Flieger mit den dickeren Profilen kann man dafür mehr ballastieren ohne dass er flattert oder biegt und damit könnte er vielleicht den Widerstandsnachteil der größeren Profildicke wieder rein holen.....nur wo liegt der beste Kompromiss?

Ich habe also mal geraten und die Screenshots zeigen den aktuellen Stand. Wegen der Profile dazu werde ich mich noch mit Peter Wick beraten, mal schaun was er meint. Sein schneller Pfeil "SNAP" ist aber nach einer ganz anderen Philosophie ausgelegt und ich möchte nicht von meiner Entwicklungslinie abweichen um ein anderes Prinzip zu bauen (.....das schon früher gegen die Leitwerker das nachsehen hatte :?: :roll: )
Ich habe mich für eine im Vergleich zu den F3F-Leitwerkern eher größere Profildicke um 8,5 % entschieden, denn damit ist es einfacher einen alltagstauglichen Pfeil zu bauen, der auch mal schwerer und im DS schneller geflogen werden kann als ein reiner F3F-Pfeil der eigentlich nur rund 150 km/h aushalten müsste.
Die Profile kommen allerdings noch mal in den Ortho-Transformator und werden damit doch noch mal spürbar dünner.

Hier der Auslegungspunkt bei Klappen im Strak, cA ist knapp unter 0,2, mit einem Rumpf in Flügelmitte wird das noch mal etwas weniger:
20161122 Dispar V16-3 Ruder 0°.jpg
Das Gegenteil ist der Maximalauftrieb cA max kurz vorm Abriß, der liegt in der Simulation bei etwa 0,98, der x-mess hat hier im Vergleich etwa cA 0,94, also etwas weniger.......vielleicht sollte ich doch noch etwas mit der Wölbung runter?!? :? Die Umströmung am Wingletfuß ist trotz 8 % Auslegungs-Stabilitätsmaß noch relativ unauffällig, in Flügelmitte ist ein bisschen Auftriebsreserve für den Rumpfeinfluß vorhanden, das müsste so fliegbar sein.....also für einen Pfeilnurflügel viel Maximalauftrieb und geringes Stabilitätsmaß für knackige Wenden bei wenig Ruderausschlag = wenig Trimmwiderstand.
20161122 Dispar V16-3 cAmax 098.jpg
Hier noch ein Screenshot bei irgend einer nicht optimierten Thermikstellung, da findet man die passenden Klappenstellungen besser in der Flugerprobung:
20161122 Dispar V16-3 Thermik.jpg
...und hier das gleiche noch mal mit anderen Klappenstellungen für gutes Gleiten:
20161122 Dispar V16-3 Gleiten.jpg
Gruß,

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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von matzito » Mi 23. Nov 2016, 06:30

UweH hat geschrieben:Das Gegenteil ist der Maximalauftrieb cA max kurz vorm Abriß, der liegt in der Simulation bei etwa 0,98, der x-mess hat hier im Vergleich etwa cA 0,94, also etwas weniger.......vielleicht sollte ich doch noch etwas mit der Wölbung runter?!? Die Umströmung am Wingletfuß ist trotz 8 % Auslegungs-Stabilitätsmaß noch relativ unauffällig, in Flügelmitte ist ein bisschen Auftriebsreserve für den Rumpfeinfluß vorhanden, das müsste so fliegbar sein.....also für einen Pfeilnurflügel viel Maximalauftrieb und geringes Stabilitätsmaß für knackige Wenden bei wenig Ruderausschlag = wenig Trimmwiderstand.
Uwe, die Lebenserfahrung zeigt, dass der erste Gedanke und das erste Gefühl einen nicht betrügen, deshalb würde ich fast sagen so lassen, unsere Intuition ist oft unschlagbar gegen Gedanken und Überlegungen. Was Du schreibst hört sich klasse an und ich bin überzeugt, dass das so ein klasse Flieger wird. :thumbup: Fast so lassen deshalb, weil der Mensch auch Fehler macht aber wenn Du mit Peter nochmal draufgeschaut hast, und alles paar tage sacken laesst und es immernoch so gut aussieht und keine Probleme auftauchen würde ich damit starten.
Viel Erfolg und viel Elan, lg Matze
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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von UweH » Mi 23. Nov 2016, 23:57

Hallo Matze, danke für die aufmunternden Worte, das tut echt gut :) :thumbup:

Im Moment vergleiche ich den Stand der Simulation beim Dispar mit den Simulationen anderer Nurflügel die ich geflogen habe.
Es gibt daraus bisher noch keinen Änderungsbedarf, vor allem mit der Klappenaufteilung bin ich recht zufrieden.
Die Profilierung wird ja durch die Ortho-Umrechnung auf die Pfeilung noch mal dünner und damit schneller. Für die Flügelstatik gegen flattern bin ich einer baubaren Spezial-Holmstegkonstruktion auf der Spur die mehr Torsionssteifigkeit bei gleichem Gewicht wie in konventioneller Schaum-Gewebesteg-Bauweise bringen könnte, da hatte ich zuletzt ein paar Ideen die funktionieren könnten.......auch hier bleibt es spannend ;-)

Gruß,

Uwe.
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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von UweH » Sa 26. Nov 2016, 22:00

UweH hat geschrieben:es sind 9 verschiedene Profile entstanden, aber jetzt bin ich nach 8 Stunden virtuellem fliegen am Computer müde ohne fertig zu sein.
Hallo Leute, heute habe ich noch mal einen Nachmittag in die Profilanpassung investiert, es sind jetzt incl. für die profilierte Wingletvariante 12 Profile geworden, 10 verschiedene Profile hat allein der Flügel.
Screenshots der Simulation poste ich jetzt nicht mehr, gegenüber oben ist das Auslegungs-cA noch mal ein bisschen runter gegangen (jetzt cA 0,16 statt 0,19) und ein paar der Wellen in den Kurven sind jetzt glatter, aber nichts auffälliges, nur Detailarbeit.
Jetzt bin ich ziemlich zufrieden mit der Auslegung in der Simulation :)

Gruß,

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Re: DISPAR- Nurflügel für Hangflug und F3F

Beitrag von UweH » Mi 7. Dez 2016, 22:06

UweH hat geschrieben:nichts auffälliges, nur Detailarbeit
Tja, auch Detailarbeit ist viel Arbeit und am besten ist wenn die jemand anders macht :P :D

Peter Wick hatte mir angeboten als Backup nach meiner Profilierung zu schauen. Das Angebot habe ich gerne angenommen, obwohl die meisten der 12 von mir vorgesehenen Kurven eh schon auf seinen Profilen basierten. Zuerst hatte ich mich mit ihm geeinigt dass er nur die Innenprofile optimiert die von mir kamen und eher für höhere Re-Zahlen geeignet sind als sie beim Dispar in Flügelmitte anliegen.
Nach etwas Austausch per Mail bekam ich dann Gestern aber 11 neue Profile, nur das Randbogenprofil des Winglets ist unverändert geblieben, da bestand kein Optimierungsbedarf. Die Erstflugerprobung soll eh mit einfachen Winglets aus Holz oder Positivbauweise erfolgen.

Die neuen Profile orientieren sich in Wölbung und Dicke an den von mir für die Auslegung angepaßten, aber Peter hat die Tropfenform besonders bei den Profilunterseiten besser auf den Einsatzzweck schneller Hangflug und F3F angepaßt und dabei sicher spürbar die Handbremse gelöst ;-)

Die Grundauslegung mit der cA-Verteilung, Flügelgrundriß und Klappenaufteilung von mir ist dabei gleich geblieben, nur der cA mit Klappen im Strak ist auf 0,27 hoch gegangen weil der Momentenbeiwert der neuen Innenprofile weniger negativ ist als bei den alten.

cA 0,27 ist mir zu viel, deshalb habe ich vorhin noch mal die Schränkung des Außenflügels geändert. Da die Verwindung von Anfang an nicht linear war, habe ich die Krümmung der Winkelverteilungskurve geändert, aber die maximale Schränkung der Außenrippe am Wingletanschluß bei - 2,1 ° gelassen. Das bringt noch ein bisschen Luft für den Außenflügelabriß und die von der Schränkung positiv beeinflußte Spiralsturzstabilität wird nicht spürbar verschlechtert.
Jetzt ist der Flugzeug-cA bei Klappen im Strak 0,19, das ist für mich obere Grenze, aber bei 8 % Stabilitätsmaß in der Simulation durchaus akzeptabel.

Jetzt werde ich die Profile des gepfeilten Bereichs auf ortho-Einbau umrechnen und dann mit dem Profile-Editor von Frank Ranis und Eberhard Mauk glätten.
Dann ist die aerodynamische Auslegung abgeschlossen und Jörg darf im CAD ran, dann geht es vor allem um die konstruktiven Details für die Urmodelle und deren Fräsdaten.


Hier noch mal ganz vielen Dank an Peter Wick für die viele Arbeit bei der Profiloptimierung, danke, danke, danke :thumbup: :thumbup: :)

Hier noch zwei neue Screenshots aus dem FLZ_Vortex, einmal bei Klappen im Strak und einmal bei Maximalauftrieb.
Der kundige Nurflügeldesigner wird im Vergleich zu den letzten Screenshots folgenden Unterschied erkennen: trotz der weiteren zig Stunden Arbeit von mir und besonders von Peter bei der Profiloptimierung ist im FLZ_Vortex kein relevanter Unterschied zu erkennen :roll: ...nur die simulierte Gleitleistung bei Klappen im Strak ist schlechter geworden :shock: :D

Klappen im Strak:
20161207 Dispar V17-PW Klappen 0°.jpg
Maximalauftrieb:
20161207 Dispar V17-PW cAmax 092.jpg
Gruß,

Uwe.
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