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Profile für Dynamic Soaring

1. Widerstand (CW) 
Ein Segler für DS muß insgesamt einen geringen Widerstand haben, damit er schnell fliegen kann - das ist klar! Einen Einfluß hat der Rumpf, die Anordnung der Flächen und Leitwerke, die Streckung von Flächen und Leitwerken (wegen des induzierten Widerstandes) und der Widerstand Cw des verwendeten Profiles. Bei langsamen Thermikseglern ist die Streckung von großer Bedeutung, (höhere Streckung reduziert den induzierten Widerstand), der Profilwiderstand und der Schadwiderstand des Rumpfes dagegen haben nur eine untergeordnete Bedeutung. Bei schnellen Hangseglern und Modellen für DS oder Pylon sieht es anders aus - der induzierte Widerstand (siehe 3.C) ist etwas weniger relevant, bleiben insbesondere der Schadwiderstand und der Profilwiderstand. Den Schadwiderstand des Rumpfes und die Anordnung von Flächen und Leitwerken gering zu halten - da bieten die Modelle aus F3B. F5B und Pylon (insbesondere E-Pylon / F5D) sicher gute Vorbilder. Der Profilwiderstand macht im Schnellflug den größten Anteil in der Widerstandsbilanz aus - da lohnt es sich, die passende Auswahl zu treffen.
Nicht ganz außer Acht lassen sollte man auch den Momentenbeiwert eines Tragflächenprofiles, der für die Größe des Höhenleitwerkes mitentscheidend ist. Bei den Pylonprofilen wird durchaus ein Vorteil mit kleinen Höhenleitwerken erflogen.

2. Die Bauweise - Profile sind nicht alles.
Vergessen darf man nicht, daß die Stabilität des Modells wichtiger ist als die Profilwahl. Und statt wochenlang über Profile nachzudenken ist es sehr viel besser, lieber DS zu fliegen, denn ohne Training nutzt das beste Profil nichts. "Langweilige", immer gleich aussehende Kreise zu fliegen ist genauso schwierig wie genau geradeaus zu fliegen.
Eine verdrehsteife Fläche dürfte das Entscheidende sein - erreichbar durch Voll-Gfk-Bauweise, oder besser noch durch den Einsatz von Kohlefaser. Bei höherer Geschwindigkeit würde die Fläche sonst tordieren, die Steuerbarkeit wäre eingeschränkt, und der Speed würde über einen Maximalwert nicht hinauskommen. Bei den meisten Modellen ist daher auch ab ca. 250 km/h Ende. Wer schneller fliegen will, braucht eine CFK-Fläche. Und das verwendete Profil muß so aufgebaut sein, dass eine gute Stabilität bautechnisch auch erreichbar ist. Weniger gut geeignet sind daher Profile, die sehr dünn sind (HD 47 der Ariane V 10 mit 6.5 % Profildicke, oder solche, die eine sehr lange, dünne Endfahne haben wie das MG 06 von Marcel Gywang - siehe Pike Brio und Miraj. Das soll natürlich nicht bedeuten, dass dünne Profile nicht funktionieren würden - schließlich werden in allen Bereichen des Hochleistungs-Modellfluges die dünneren, "widerstandsoptimierten Profile" aus den Serien von MH - HD - HQ - RG - HN - und welche auch immer - benutzt. Aber die Anforderungen an einen stabilen Bau werden entsprechend höher - jede Menge Kohlefaser muss es dann leisten! Sollte das Modell nicht zu groß und mit wenig Streckung konstruiert sein, ermöglicht dieses schon eher ein dünnes Profil - siehe z.B. den DS-Blade.

3. Auftriebsbeiwert (Ca) und Widerstand (Cw)
Um ein Profil auszusuchen oder zu entwerfen, muß man wissen oder festlegen:

A.
die Größe des Modells und der Geschwindigkeitsbereich - also den Rezahlbereich:
Rezahl :   Re = v * l  * 70.000(Reynolds number)
 
Beispiele:
Opus mit 0,185 m Profiltiefe bei 100 m/s (360 km/h) ergibt eine Rezahl von ca. 1.300.000
Opus mit 0,185 m Profiltiefe bei 140 m/s (500 km/h) ergibt eine Rezahl von ca. 1.800.000
Opus mit 0,185 m Profiltiefe bei 78 m/s (280 km/h) ergibt eine Rezahl von ca. 1.000.000
Kunstflug-Fox mit 0,3 m mittlerer Profiltiefe bei 48 m/s (173 km/h) ergibt eine Rezahl von ca. 1.000.000
 
B. in welchen Auftriebsbereich (Ca) das Modell fliegen soll
Dann braucht man ein Buch mit Formeln, z.B. das von Martin Simons - "Flugmodell-Aerodynamik". Oder mal hier schauen: Formelsammlung Team Ariane: http://www.delago.de/ariane/DFormel.htm 
 
 Ca  = ( √ (m*g )² + (m*g*n)² )  /   (0,5 * ρ* V² * F)
Normalflug Looping
n (flacher DS-Kreis) = (V²/r * g)

Ca = Auftriebsbeiwert (-)
m  = Flugmodellgewicht (kg)
n  = Lastvielfache (durch Looping)
g  = Beschleinigung (9,81m/s²)
ρ  = Luftdichte (1,225 kg/m³)
V  = Geschwindigkeit (m/s)
F  = Flächeninhalt (m²)

Ich gehe von einer Zeit von ca. 3 bzw. 2,5 Sekunden pro Kreis aus; solche Zeiten sind noch zu steuern, noch schnellere Kreise wären schwierig - folgendes kommt dabei heraus - Werte gerundet:

Opus mit ca. 2 kg Gewicht, Flächeninhalt ca. 0,32 m². ca. 3 Sekunden pro Kreis:

Geschwindigkeit m/s Auftriebsbeiwert Ca Looping Radius m
30 0,60 15
40 0,48 19
50 0,39 24
60 0,33 29
70 0,29 33
80 0,25 38
90 0,23 43
100 0,19 48
120 0,17 57

 

C. induzierter Widerstand (Cwi) - Formel:
 
 Cwi = Ca² /  π * ∆ dabei ist ∆ = b ² / F
Es ist erkennbar: um so niedriger der geflogene Ca-Bereich, umso unerheblicher wird die Streckung bzw. der induzierte Widerstand. Aber ein Einfluß ist natürlich vorhanden!

4. Profile
Welche Profile in der Zukunft die Nase vorn haben werden, ist offen. Hier nun eine kleine Liste mit geeigneten Profilen. Diese Liste ist natürlich alles andere als vollständig. Bitte die Rezahlen (siehe Tabelle unten) immer im Auge behalten - ein Spezial-Profil für DS ist . beim normalen Hangflug kaum leistungsfähig.

RG 14 
Profildicke  8,47 %
Wölbung  1,58 %
Dickenrücklage  31,22 %
Wölbungsrücklage  37,55 %
Momentenbeiwert bei Cm0  -0,048
Das RG 14 (Rolf Girsberger) ist meiner Meinung nach absolut top für Hangflug und DS, da es ausreichend Auftrieb liefert (Wölbung 1,58 %). Mein subjektives Gefühl ist, daß das RG 14 mit hoher Flächenbelastung geflogen werden kann. Der Durchzug ist sehr gut. Noch ein Vorteil sehe ich in der einigermaßen großen Profildicke mit 8,47 %, und insbesondere die recht große Bauhöhe im Bereich des Endleisten-Steges, die beim Bau eine gute Klappen - Torsionssteifigkeit ermöglicht. Die Wirkung auf Verwölbung ist durchaus gegeben, ganz leichtes Hochwölben - dann läuft es noch etwas ruhiger (wohl durch das dann reduzierte Moment) - mäßiges bis starkes Verwölben nach unten - die Thermikleistung steigt. Meinen 4-Klappen-Opus fliege ich im Geradeausflug mit minimal hochgestellten Quer- und Wölbklappen (höchstens 1 mm), per Snap-Flap /Höhe gehen die Ruder beim DS-Kreis in den Strak, nur bei stärker gezogenem Höhenruder gehen die Klappen leicht nach unten (Querruder max. 1 mm, Wölbklappen max. 2 mm). Sehr gute Modelle mit RG 14: Wizard F3B, Opus, die Hangfeile und viele andere. Mir fällt noch ein Modell mit RG 14 mod. ein:
F5B-Pilot Thomas Pils mit seinem Modell Verminator war bei der F5B-WM 2003 ein kaum zu schlagendes Modell - Profil DD928416. Es ist eine Modifikation des RG 14 aus Delft, Niederlande. Xfoil ist zufrieden mit dem RG 14, es hat nur bei hohen Rezahlen nur geringfügig schlechtere Polare wie modernere Profile (z.B. das MH 30); ein Aufdicken auf ca. 9,5 % belohnt Xfoil mit fast genauso guten Werten, im reinen Geradeausflug und bei scharfen Wenden ist das dickere Profil sogar im Vorteil.

RG 15
Profildicke 8,93 %
Wölbung 1,76 %
Dickenrücklage 31,78 %
Wölbungsrücklage 39,73 %
Momentenbeiwert bei Cm0 -0,0692

F3F ist die Paradedisziplin für das RG 15 (Rolf Girsberger), aber auch F3J und F3B - das RG 15 ist immer eine gute Wahl. Und für DS? Na klar - auch dafür gut geeignet! "Schön dick", stabil herzustellen. Die Liste der Modelle mit RG 15 dürfte endlos sein, hier eine kleine Auswahl: SRTL, Pike F3B, Pike F3J, Pike WR, Mini Ellipse, Ellipse, Caracho, Blade usw.!

Der SRTL hat ein unverdünntes RG 15, nur außen am Randbogen ist es leicht verdünnt. Dadurch ist der SRTL recht stabil baubar. Der Caracho (Vektor Modelltechnik) bzw. Blade haben das RG 15, aber kontinuierlich zu den Randbögen hin auf 7 % dünner werdend und in der Wölbung reduziert. So eine Fläche muß dann durch diese "Schlankheitskur" mit sehr viel mehr Kohle gebaut werden, um noch für DS geeignet zu sein. Für F3B scheint es gut zu funktionieren.

Den Blade zum Beispiel (mit halt diesem verdünnten RG 15) muß schon recht ordentlich gebaut sein, um den Belastungen stand zu halten. Durch das Reduzieren der Wölbung kann man den Blade auch nicht groß aufballastieren, der sackt sonst bei nachlassender Thermik durch. Mit Wölbklappen gehts dann natürlich schon wieder besser. Von wegen Wölbklappen - manche Profile laufen besser, wenn man die Wölbklappen leicht hochstellt - beim RG 15 ist davon nichts zu merken, es fliegt im Strak am besten!

Wenn man versuchen würde, den Caracho im DS auf über 300 km/h zu bringen - dann müsste man den sehr mit Kohle verstärken. Die Caracho, die ich bisher gesehen habe im DS, fliegen zwar ruhig, würden aber wohl bei 300 km/h zerbrechen, die Streckung ist zu groß. Jens K. allerdings hat eine superharte Version des Caracho und ist bei nächster Gelegenheit gewillt, anderes zu beweisen! Ich werde mit der Kamera dabei sein! Anfang November 2004: da war es soweit: einigermaßen Wind am Minihügel - und Jens mit seinem DS-Caracho - ca. 3 Sekunden pro Kreis. Jens erreicht durch sauberes Fliegen 298 km/h - und das mit einem 3,10 m Caracho (in DS-Ausführung mit Kreuzleitwerk)! Dann Mitte November 2004 - fliegt Jens mit seinem DS-Caracho sogar 317 km/h. Etwas ins Flattern gekommen ist der Caracho dabei schon, aber - er hält.

Xfoil: hier sieht die Widerstandsbilanz im Schnellflug (Ca von 0 bis 0,3) bei sehr hohen Rezahlen eigentlich gar nicht so toll aus - was solls - in der Praxis sind z.B. der SRTL und der Pike imposant schnell. Den SRTL müssen wir mal auf über 350 km/h bringen (wo bleibt eigentlich der Herbststurm 2004...) - ob er dann gegen eine Wand fliegt? Ich meine nicht einen Springbaum oder irgendeinen Acker, ich meine die Xfoil-Wand ...) Neee - die Xfoil-Wand war nicht da an einem Tag im November! Mein DS-SRTL fliegt mit Pilot Michael K. 325 km/h und ich mit 323 km/h - sehr leise dabei, kaum ein Biegen, absolut kein Flattern - der ging einfach nur vorwärts!

27.11.04: Da gibt es doch eine Möglichkeit, den Auftriebsbereich 0,1 bis 0,5 deutlich zu verbessern - laut xfoil sollten die Klappen ca. 1 bis 2 % nach oben gestellt werden (also recht wenig) - und schon ist der Widerstand absolut im "Grünen Bereich"; also bringt das Hochstellen doch etwas? Muß ich mal probieren! Ausserdem bekommt mein DS-SRTL nun doch Wölbklappen (das Landen ist mir sonst zu schwierig) - und dann kann man ja auch mit den Klappen experimentieren - oder man nutzt das RG 15 halt zum Kurvenfliegen mit Ca ab 0,5 - da ist es absolute Sahne (F3F)!

RG 15 oder RG 14 ?

Schaut man sich die Xfoil-Polaren bei RE 1.000.000 von beiden an, dann ist das RG 14 bis Ca = 0,7 besser; der geringere Momentenbeiwert des RG 14 erlaubt kleinere Höhenleitwerke; der Endleistensteg ist beim RG 14 dicker, also stabiler. Insgesamt sehe ich daher Vorteile beim RG 14.

Fortsetzung folgt.

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