Flebatron, ein "vogelinspiriertes" Brett

[matzito]

Der Flebatron, derzeitiger Designstand:

Hallihallo,
ich bin letztes Jahr durch einen Vortrag zum Vogelflug von Dr.Eder in der Rhön infiziert worden mal in diese Richtung zu experimentieren. Es wurde ziemlich viel Papier vollgekritzelt bis hin zu technischen Detaillösungen und ein normales Rumpfmodell mit Leitwerk war schnell verworfen. Die Beiträge hier im Forum haben mich zu einem brettähnlichen vor-und rückgepfeilten BWB inspiriert. Über Wochen habe ich mich dann mit Vortex, Catia und XFLR5 beschäftigt.

Hier mal die aktuellen Rechenergebnisse:
Alle Klappen im Strak:

Bestes Gleiten

Bestes Gleiten und Querruderausschlag +-10°

Geringstes Sinken

Überziehverhalten:

Am Ende wurde es doch recht aufwändig, da mein "Modell" immens viele Stützstellen hatte und geringste Änderungen an einer Profilstelle, sei es Pfeilung oder Profiltiefe selbst immer eine Korrektur des gesamten Nasen und Endleistensplines zur Folge hatte, immer wieder ziemlich viele Zahlen die eingegeben werden mussten um eine Varriation zu rechnen und dann doch wieder festzustellen: "Is nicht die wirklich richtige Richtung".
Am BWB habe ich lange experimentiert, den Flügeltiefenverlauf über der Spannweite harmonisiert, am Ende habe ich mir 2 von Uwes Bretter angesehen und kam zu dem Schluss, der Ai (lokaler indizierter Anstellwinkel) läßt sich nur begrenzt glätten, denn der Piek der im Innenflügelbereich entsteht scheint aus einer Art deltaähnlichem Wirbelzopf zu entstehen, zwar kann man ihn in gewissen Grenzen modifizieren, aber man wird ihn nie harmonisieren, denn der Innenbereich verhält sich wie ein Delta und dadurch hat der Ai am Übergang Delta zu Flügel, so nenne ich das mal, ein Minimun. Man kann also das eine (BWB) nicht ohne das andere (Piek) haben.

BWB Variationen:

Man beachte die wenigen Stützstellen.

Der Strak ist recht einfach aufgebaut, nachdem ich recht schnell feststellte daß Brettprofile eine geile Sache sind habe ich einige PW Profile ausprobiert. Das Innenprofil ist ein PW75, allerdings habe ich es von aktuell 1,4% Wölbung auf 1% reduziert um im restlichen Flügel mehr Ca max nutzen zu können. Am Übergang Body zu Flügel mündet das auf das PW98 mod. Dies bleibt dann bis zum QR so, allerdings schränkt der Flügel bis zum führenden Nasenleistenpunkt auf +1,2°und dann im 1. QR Drittel wieder auf 0° zurück. Der Aussenbereich war dann nicht ganz einfach.
das PW98 mod wurde auf ein Aussenprofil gestrakt und zwar auf den ersten 50% mit -1° EWD und aussen bei 60mm Flaechentiefe dann -3°, der Verlauf ist im Vortex in 2 Schritten linear, am Modell später ist das ganze logarithmisch harmonisiert über eine Geometriebeziehung im CAD.

Das Aussenprofil, angefangen habe ich mit einem SD8020, gemacht für kleine Re zahlen und dort eigentlich prima geeignet (lokale Re Zahl 42000), dann habe ich mir die Eigenheiten im XFLR5 angesehen, Re-Zahbereiche, Umschlagpunkt animiert ueber Anstellwinkel, Ca-Verläufe. Nun ja es geht, aber es gefiel mir nicht wirklich. Einfach mal diese alten Nacas rausgekramt, 0009, 0011, dann 0008 und 0007, einerseits wäre da draussen in einfaches Brett wohl das beste, wenn man diesem Brett eine Kreisförmige möglichst dicke Nase verleihen könnte, dass es immer eine prima wanderende Staupunktlinie hat, (Materie - Antimaterie- Kombination ) doch sowas gab es nicht. Dann habe ich nach einem Tropfen gesucht der nicht konkav ist, da war das HM50t schnell gefunden oder war es durch Zufall? Keine Ahnung , das Alter läßt einen schon manchmal was vergessen. Toll fand ich dann später eine Aussage von Raimund Sonst die ich im www fand das HM50t wird oft bei Horten im Aussenflügel eingesetzt.

Dann habe ich über dieses Forum den Peter in DK kontaktiert, wir haben uns ein paar Mal hin und her geschrieben und er war begeistert und sagte das wäre schon eine tolle aussergewöhnliche Form von einem Brett. ("Die Welt braucht mehr Bretter.") Er hat mir dann ein PW Spezialprofil für den Aussenflügel designed, einfach großartig von Ihm. das Ding habe ich natülich sofort eingebaut, letzten Sonntag und dann einfach vergessen ins Bett zu gehen, da ich erst einige Rechnungen durchführen musste. Das kann einen schon ganz schön fesseln, hätte ich vorher auch nie gedacht. Das Profil arbeitet im gänzlichen Inzidenzbereich großartig, es ist genau dafür gemacht!

Da ich hier im Forum viel bekommen habe, Anregungen, wissenschaftlich fundierte Aussagen und Kenntnisse, Unterstützung bei vorherigen Projekten sowie Unterstützung in diesem Projekt, möchte hier auch mal was zurückgeben und Euch am Flebatron teilhaben lassen.
Ist ja auch nicht uneigennützig, denn je mehr auf meine Fehler schauen, um so wahrscheilicher dass diese aufgedeckt werden .

So, nun will ich Euch rasch noch ein paar 3D Ansichten dazupacken, das Auge muss ja etwas Futter bekommen:

Die Flügelenden sind vogelartig spitz zulaufend, dadurch läuft auch das QR auf Null aus, eine Art natürlches Gigaflaps.
(Einschub: dito am HR aussen, Peter sagte erst die wirkung wäre da gering, dass ist ja auch der Sinn und der Widerstand wäre dort auch enorm, eine XFLR5 Untersuchung zeigte dass die Cw Werte nur wenig Steigerung erfahren, der eigentliche Zuwachs kommt, wenn auch die Wirkung der Klappe einsetzt.)
Das HR hat eine Fläche am SLW bekommen, damit dort keine Spalte auftreten, da bin ich allerdings skeptisch bei Landedrehern, es gibt eine erste Idee f die SLW Befestigung.

Diese Ansicht zeigt sehr gut die Flügel die ein bischen wie Vogelschwingen ausgebildet sind.

Die effektive V-Form liegt derzeit bei 1,358° so ca. pro Flügel, aussen haengt der Flügel mit -1,5° trotzem etsteht bei +-10° QR und -3.6° HR ein Giermoment um den Schwerpunkt (N_XS) = -0,18869Nm das jedoch so gering ist dass die SR Flosse mit Dämpfung um die 2,0 das kompensieren sollte.

Die letzten Bilder zeigen den Schwerpunkt, die gelbe Achse, und deren Position in Relation zum Flügel (Ebene in Spw-Richtung). Die Servos werden komplett vor dem SP eingebaut und über kreuz angelenkt. Die Abmessungen zeigen den Platz im Kompartment, hier soll später die Elektronik Ihren Platz finden. Jetzt geht es in die weitere Detailierung...

Gruß Matze

[Michl1]

Einfach nur schön und klasse Design!
Ich freu mich auf das was noch kommt!

Viele Grüße
Michael

[mario]

Hi Matze, bist zur nächsten Inter-Ex sind es von heute noch großzügige 134 Tage.
Aber ich will ja keinen Druck aufbauen...

Ne - Spaß beiseite.
Sehr schön und harmonisch. Das Modell würde ich gerne einmal fliegen sehen.

Grüße
Mario

[Realyser]

Sieht stark aus, bin gespannt wie es weiter geht

Gruß
Marco

[matzito]

Danke Euch!
Ja ich bin auch gespannt wie es weiter geht. Plan war einen Prototypen aus Schaum zu fräsen und dann zu Fliegen, aber mein Kollege hat zu viele Schrittverluste u müsste 8h fräsen an einem Schaumstück.
Jetzt überlege ich Urmodelle in Necuron von Necumer zu fräsen ist nur ein sehr teures Unterfangen. Na mal sehen evtl richte ich das SLW mal her für einen Versuch….

Marco hab gesehen dass Du aus dem Raum Steinheim kommst, da sind doch die Krügers aus Lemgo mit der Medusa-Turbine im Verein. War dort schon mal am Platz als ich ne kleine Oldtimerausfahrt gemacht habe.
Bellenberg ist Dein lokales Hangrevier? Sehr cool! In die Richtung wird es v Herford aus kommend ja immer hügeliger und der Hänge nehmen zu.
Lg Matze

[Realyser]

Hallo Matze,
in Lemgo war ich glaube noch nie am Platz, zumindest kann ich mich nicht mehr dran erinnern, höchstens vllt mal zu nem F3k bzw damals HLG Wettbewerb, aber das ist ewig her...
Ich bin im Bellenberger Verein, wohne allerdings nen paar Orte weiter, da haben wir auch noch einen kleinen Platz, dort fliege ich meistens.

Gruß
Marco

[UweH]

Am BWB habe ich lange experimentiert, den Flügeltiefenverlauf über der Spannweite harmonisiert, am Ende habe ich mir 2 von Uwes Bretter angesehen und kam zu dem Schluss, der Ai (lokaler indizierter Anstellwinkel) läßt sich nur begrenzt glätten, denn der Piek der im Innenflügelbereich entsteht scheint aus einer Art deltaähnlichem Wirbelzopf zu entstehen, zwar kann man ihn in gewissen Grenzen modifizieren, aber man wird ihn nie harmonisieren, denn der Innenbereich verhält sich wie ein Delta und dadurch hat der Ai am Übergang Delta zu Flügel, so nenne ich das mal, ein Minimun. Man kann also das eine (BWB) nicht ohne das andere (Piek) haben

Hallo Matze,
der Einbruch bei der Auftriebsbeiwertsverteilung in der Flügelmitte von BWB-Brettern entsteht nicht durch Tütenwirbel oder sonstige 3D-Effekte, sondern durch die Flügelform selbst.
Eine Regel der Aerodynamik sagt: „Was örtlich an Anstellwinkel fehlt, kann durch eine größere Flügeltiefe ausgeglichen werden und umgekehrt."

Wenn die Flügeltiefe in der Mitte stark erhöht ist wie bei BWB-Brettern wirkt das wie eine örtliche starke Verringerung des Anstellwinkels. Damit lässt sich der Flügel dort nicht voll ausnutzen, denn der Außenflügel kommt beim Langsamflug viel früher an seine Anstellwinkelgrenzen als der Innenflügel.

Man liest oft der Vorteil der BWB-Bauweise sei dass sich der Auftrieb des Flugzeugs erhöht weil der nicht tragende Rumpf durch eine tragende Erweiterung eines Flügelteils ersetzt ist, aber das Gegenteil ist der Fall. Die rumpfartige Erweiterung des Mittelflügels kostet viel Maximalauftrieb und verringert den möglichen Auftrieb des Flugzeugs.

Der Vorteil von BWB-Nurflügeln ist vor allem eine Verringerung des Schadwiderstands weil der Flügel die Innereien aufnimmt und damit so gestaltet werden kann dass kein Rumpf die Zirkulationsverteilung stört und parasitäre Widerstände minimiert werden können.

Maßnahmen gegen den Auftriebseinbruch am BWB-Innenflügel sind eine starke Entwölbung des Mittelprofils und notfalls auch Schränkung.
Schränkung hat allerdings den Nachteil dass sich die Zirkulationsverteilung gegenüber dem ungeschränkten Flügel mit dem Anstellwinkel stark ändert.
Wenn man das falsch macht können sich die Flugeigenschaften in bestimmten Flugzuständen gegenüber dem ungeschränkten Flügel verschlechtern,

Ein wichtiger Teil des Prinzips der BWB-Bretter ist dass die hohe Re-Zahl des tiefen Innenflügels die Wirkung des S-Schlags verbessert. Man baut also im tiefen Mittelflügel Profile mit starkem S-Schlag ein um im schmalen Außenflügel ohne Verschlechterung der Flugzeug-Momentenbilanz Profile mit weniger S-Schlag einbauen zu können die widerstandsärmer sind.

Die große Mittentiefe ermöglicht dort sehr dünne Profile einzubauen und trotzdem alle Innereien unter zu bringen, auch das spart Widerstand. Man sieht es ein bisschen an Deinem Screenshot mit dem Schnitt in der Mitte, das Höhenruderservo verliert sich förmlich im dicken Mittelflügelprofil.

Ich hänge hier als Beispiel für ein Mittenprofil mal das vom Minirock an. Es ist nur 5 % dick und durch den großen S-Schlag ist es bei neutraler Klappe geometrisch sogar negativ gewölbt obwohl es vorne +0,5 % Grundwölbung hat. Der Minirock hat damit keine geometrische Schränkung.
Für einen Thermik-Allrounder kann man am Mittelflügel auch mehr Dicke und Wölbung verwenden, passend zum Rest des Flügels.

Gruß,

Uwe.

[matzito]

Frohe Ostern Euch allen!
Ja Uwe alles was Du da geschrieben hast entspricht genau dem was ich erfahren habe. Vieles hatte ich dirket verstanden einiges musste ich erst durch einige Varriationsrechnungen erfahren oder wurde mir dann spaeter sukzessiv klar. Habe mir das Minirock Profil mal angeschaut und auch eingebaut, da müsste man dann die Nase noch weiter verlängern nach vorne damit es in die Gesamtauslegung passt.

Momentan habe ich noch einige offene Baustellen, das SLW gefällt mir nicht da es unten zu dick wird, ist eine CAD-Sache da es im Moment durch die Nasen und Endleiste geführte Profile sind, die sind unten zwar dünne doch liegt deren Dicke unten dadurch zu weit vorne, man muss eine hiölfsnasenkurve basteln, damit die Profile aufspannen , dann im Nasenbereich was rauschneiden und nach vorne ergänzen, nur dann sind die Flächen hinten geschmeidig. Das will ichmir in Kürze noch anschauen, und auch die Dämpfung v derzeit 2 ggfs noch bischen verkleinern, also die Fläche (und Masse) von SLW reduzieren, die Grundform soll aber bleiben. An der Flügelspitze muss die Unterseite im Spitzen Bereich noch um 0,2mm korrigiert werden da ist eine leichte Abweichung von der geraden Scharnierlinie das hatte ich nicht ausreichend beachtet. Solche Korrekturen und Perfektionierungen fressen immer viel Zeit, na mal sehen wie das läuft. Dann muss in die Nase eine Klappe: da hatte ich über Abziehnase oder Deckel nachgedacht entscheide mich aber wohl für einen Deckel, so dass auf dem BWB ein loch mit einer reduzierten kante entstehen soll. Damit der Deckel später nicht flattert will ich ihn mit ein oder zwei Streifen Gewebe komplett unter der Kante verhaken, mal sehen ob das Prinzip "Y" funktioniert. Hinten dann einen Kabinenverschluß.
Danach will ich mich dann um das erste fräsbare Urmodell kümmern.

Gruß Matze

[matzito]

Designstudie 1:4 hat Gero für mich und einen Freund gedruckt

[matzito]

Heute konnte ich den Aussenflügel korrigieren die Abweichung der Querruderlinie bon 0,226mm wurde begradigt:

Am Slw habe ich die Wellen eliminiert eine Verkleinerung habe ich verworfen nachdem das neue Design fertig war 4 dm2 zu vorher 5,5dm2 habe ich mich aufgrund von Abweichungen und ggfs nicht perfekter Umströmung für das grössere entschieden. So sind Stabilität und Dämpfung immer im grünen Bereich.

Jetzt sollte eigentlich der erste Prototyp gefräst werden aber die Beteiligten sind einfach zu eigennützig unterwegs so dass nun wieder alles offen ist. Da ich da Modell nur für einen Freund für eine spezielle dynamische Flugaufgabe entworfen habe also völlig uneigennützig haben sich schon 2 mit „ich will einen haben“ mit einer unbegrenzten Erwartungshaltung eingefunden dass ich auf die Notaustaste gedrückt habe, sollte anfangs kostenfrei gefräst werden sollte dann für die Maschinenstunden ein Vollgfk Modell als Gegenleistung gebaut werden von einem Modell von dem ich noch nicht mal weiss ob und wie es fliegt. Das zeigt mal wieder die beschissene Habgier von Menschen. Habe sofort gesagt: „nee is nicht“ und nun ist wieder alles offen.
Es gibt einfach zu viele Menschen die nur an dem persönlichen Vorteil interessiert sind.
Ein kollege von mir wollte das in seiner Firma fräsen doch als der Chef gesehen hat worum es geht war die Maschinenstunde nicht mehr für kostnix, material hätten wir ja bezahlt und die Reservefräse steht nur rum und tut nix. Aber ich will auch nicht um jeden Preis das Modell in die Luft bringen. Ist also alles wieder offen….

[matzito]

So sieht die Aufteilung im Block aus, suche nun jemanden der es mir f einen Prototypen aus XPS beidseitig fräst.
Habe auch 2 kommerzielle Anfragen verschickt, der erste hat abgelehnt wegen des beidseitigen fäsen. Wenn jemand weiss wo ich ggfs noch mal anfragen könnte u die das f kleines Geld das herbringen können, gerne.
Gruss Matzito

[matzito]

Die Versuche bisher liefen ins Nichts.
Jetzt wollte ich das Ding in die Schublade stecken da sagte mir ein Freund vom AMD, „Matze das Design ist wirklich toll und wir Holzwürmer können ja auch alles bauen“ das hat mich inspiriert zu einer Hybridbauweise ala AVA / Wladimirs Models. Also habe ich mit der Detailierung begonnen und drucke simultan Urmodelle bei einem Freund, so sind wir auf niemanden angewiesen.

Gruss von Ameland, das flebatronische Zentrum:

[matzito]

Weitere Detailierungen: Im Kompartment wurden die HR Servos mit IDS arahmen positioniert die Matek 743 WLite incl USB C Platine, Pitotrohr, drucksensor, Sateliten Rx, Lipo Akku 1550 3s und der Laser. Die GPS Antenne wird später ganz rechts zwichen den Rippen auf einen Balsaklotz mit der aussenhaut verbunden.

Die Druckteile für die GFK Nase sind mittlerweile auch fertig gedruckt.

[matzito]

Die GFK Bauteile / Beplankungen wurden gedruckt, zusammengeklebt und gespachtelt:

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[matzito]

Das erste Füllern war Käse, also schnell schleifen und nochmal zum lackierer bringen:

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Rückfahrt vom 2. Lackieren:

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Aufpolieren der Modelle incl. Heiligenschein :

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Einige Rippenversuche zu den Viertelkreisleisten an Querruder und Höhenruder:

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[mario]

Moin Matze, was und wie hast du das denn mit der Rundung der Balsabeplankung vor?

Viele Grüße
Mario

[matzito]

Hallo Mario, das werden die Viertelkreisleisten an den Rudern. Ich baue zwar in Holz, aber das Scharnier ist ein Aramid so um die 40gr, und alles aehnelt da der Konstruktion eines GFK Modells nur eben in Holz, habe das an meiner AS14 und am Cirrus schon probiert und bin damit sehr zu frieden.

Hier mal ein fertiges Scharnier an der Sport Ariens 14 mit allen Beplankungen in 0,4mm Sperrholz:

Test in Balsa 1mm Beplankung und 2mm Innen

So wurde es dann am Cirrus, die Dinger sind saumässig viel Arbeit aber am Ende einfach super:

Ich habe in den letzten Jahren immer mehr an Gewicht aus meinen Konstruktionen genommen und am Flebatron soll das auch wieder passieren. Das Aramidscharnier soll örtlich sehr stark begrenzt sein 5mm vor bis 5mm hinter die Scharnierlinie und Innenseite kommt kein Balsa mehr, bin gespannt. Wird bestimmt nicht so einfach aber leicht. Derzeit überlege ich grade wo an den Rippen hinter dem Holm ich noch Ausschnitte einbringen kann. Hier mal erste Konstruktionsdetails, die Helling:

Die Teile dafür füllen 6 Bretter a 5mm Balsa:

Hier die großen Rippen im BWB aus 3mm Pappel, da möchte ich im hinteren Bereich noch was an Aussparrungen machen, jedes Gramm zaehlt:

Also Daumendrücken, bitte !
Gruss Matze

[mario]

Ich hatte es mir so ungefähr vorgestellt.
Aber in gebaut schaut das sehr cool aus. Top!

Mario

[matzito]

Laserteile sind fertig und von sehr guter Qualität. Als nächstes werden die Hauptverbinder gebaut und die gedruckten Formen für die Gurte erstellt:

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[matzito]

Steckungen und Hülsen wurden gebaut und die ersten Formen enstehen bald:

Bei den Holmen gabs leider einen Rückschlag die gedruckten Formen funktionierten nicht präzise genug da es ablösungen der layer gab die Nacharbei hätte die Arbeit vervielfacht und es wäre viel zu unpräzise geworden jetzt einen anderer Weg…

[matzito]

Gero hat neue Formteile für die Gurte gemacht, eine von 4 ist gedruckt und macht einen prima Eindruck. Bei den Formen ging es auch ein bischen weiter der Hauptdeckel und die QR Abdeckungen sind fertig Form SLW erst 50%:

Sobald es passt werde ich mal einen Versuchsholm in CFK machen…

[matzito]

…

[matzito]

Der Formenbau geht weiter....

2023 01 04 Flebatron (3).jpg (74.78 KiB) 19083 mal betrachtet

Die Trennebenen hatten es in sich, weil mehrfach gebogen und die letzte Feinkorrektur musste ich mit Plastelin machen aber jetzt sitzt alles perfekt in den Trennebenen. Wegen der Winkelung der Zentrierungspunkte zueinander habe ich Stahlkugeln als Zentrierung verwendet, eine Premiere... mal sehen obs klappt.

[matzito]

Heute erste Form gebaut:

[matzito]

…

Als nächstes werden die ersten Hälften des Aussenflügels gebaut.

[matzito]

[matzito]

Heute sind die ersten Hälften der Außenflügelformen entstanden:

[matzito]

Alle Kanten besäumt, balsa entfernt und vom Trennbrett genommen und gesäubert:

[Michl1]

Hallo und ein gutes Neues Jahr noch!
Ich lese von Beginn an begeistert mit.
Klasse Projekt und ich freu mich gerade wieder mehr vom Projektvortschritt zu sehen.
Viel Erfolg weiterhin!
Viele Grüße
Michael

[matzito]

Danke Michael, sobald die Formen fertig sind gibts wieder Bilder. Die speziellen Holme brauchen noch Formen die druckt ein Freund grade im Resindrucker. Dann kann der eigentliche Bau auf der Helling beginnen. Wird auch für mich spannend. Für das Seitenleitwerk habe ich sogar noch 40gr Biaxial CFK aus der Ukraine bekommen, war paar Wochen unterwegs aber günstig.
Ob das ganze Konzept am Ende aufgeht wird spannend. Auch was Ardupilot dann aus dem Flieger macht, mein Kollege macht schon diverse Tests und programmiert Scripte. Da bin ich gespannt.
Gruss Matze