#16 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?
Verfasst: 02.09.2009 17:21:07
Wow sooo viele Fragen...
zur "optimalen" Blattgeometrie (unabhängig vom Profil): das hängt wieder mal sehr stark davon ab, WAS man optimieren will.
Für den Optimierungsaspekt "minimaler Leistungsbedarf bei maximalem Schub im Schwebeflug" gibt es eine rechnerisch recht einfach abzuleitende Optimierung: einen hyperbolischen Blattgrundriss (Blatt-Tiefe proportional 1/r) sowie hyperbolische (geometrische) Verwindung.
Wenn man das durch lineare Funktionen approximiert (sowohl Verwindung als auch Grundriss), dann verliert man nicht sonderlich viel Effizienz bei dennoch VIEL einfacherer Bauweise. Das Ergebnis sieht dann etwa aus wie das Blatt eines Koax-Rotors - die Dinger sind recht gut schwebeoptimiert - u.A. deshalb fliegen Koaxe si bescheiden vorwärts.
Für den Reiseflug ist diese Grundform aber alles andere als optimal - da ist eine Geometrieverteilung "weiter nach außen" erforderlich, da die Innenbereiche des Blattes auf der rücklaufenden Seite im Strömungsmüll wühlen.
Ein Rechteckblatt ist da gar kein soooooo schlechter Kompromiss, allerdings würden dem Blatt einige Grad Verwindung (im Modell vielleicht 3 bis 4, bei den "großen" sogar bis 8°) guttun, um Leistung zu sparen - aber vorsicht, Verwindung geht auf Kosten der Autorotationsperformance!
Blattschlankheit... beim "Großen" folgt die "Fülligkeit" des Rotors (im dt. normalerweise "Flächendichte" im engl. "geometric solidity" = Verhältnis von Rotorblattfläche/Rotorkreisfläche) aus der max. Profiltragfähigkeit. Beim Modell ist da aber nich VIEL Luft. Eigentlich könnten dort also recht schmale Blätter eingesetzt werden. Das ist aber wiederum Nachteilig wegen der kleineren Reynoldszahlen und dem größeren erforderlichen Pitch-Stellbereich. Also wieder einen Kompromiss finden. Das wurde für unsere Modelle im Laufe der Jahre empirisch schon gemacht, der Ist-Stand passt (zu den üblichen Drehzahlen)
Blattspitzenform: je schlanker das Blatt, desto weniger wichtig ist eine "schöne" Blattspitzenform. Aus diesem Grund sind stumpf endende Blätter meist keine Katastrophe (außer für die Geräuschentwicklung).
Ein schöner Randbogen ist für die Blattspitzenverluste sicherlich vorteilhaft. Fürs Modell NICHT hilfreich (jedenfalls aus Sicht der Aerodynamik) sind die sog. Berp-Blades, da dies eine Transsonik- und Lärmoptimierung darstellt, die beim Modell nicht anwendbar ist.
@Vortex:
Laminarprofile: Bei den kleinen Reynoldszahlen ist eine hohe turbulenz in der Anströmung nicht weiter schlimm.. manchmal sogar nützlich. Im Reiseflug und im Schwebeflug ist die dem Rotor zuströmende Luft relativ "gesund" (d.h. wenig beeinflusst von der eigenen Rotorturbulenz). Im SInkflug, wo es wirklich merklich werden würde, ist ein Leistungsoptimum nicht unbedingt gefragt.
Taumelscheibenkräfte: Diese sind schon signifikant, weshalb da Hydraulik schon bei relativ kleinen Hubschraubern erforderlich ist. Manchmal wird sowas auch unterschätzt ("Jack stall" Problematik bei diversen Dauphins und Eichkatern).
Man bedenke auch, dass keine Stabistange da ist, welche auch den Effekt einer Servolenkung mitbringt.
Rückenflugproblematik:
Aerodynamisch ist afaik KEIN Heli in der Lage, in Rückenlage stationär genug Negativ-SChub zu bringen. Zwar sind bei einigen Typen bedingt negativ-Schübe theoretisch möglich, aber weitaus zu wenig, und meist nicht verträglich mit dem sonstigen Rotorsystem. Die Getriebeschmierung, Tanksystemen und die Hydraulikanlagen sind definitiv NICHT für längere negative Lastvielfache ausgelegt. Die Bauvorschriften (EASA CS-27, CS-29) fordern soweit ich weiß (müsste ich mal nachschlagen) eine klurzfristige Toleranz dieser Systeme für -1g... aber definitiv nicht stationär.
gruß
andi
zur "optimalen" Blattgeometrie (unabhängig vom Profil): das hängt wieder mal sehr stark davon ab, WAS man optimieren will.
Für den Optimierungsaspekt "minimaler Leistungsbedarf bei maximalem Schub im Schwebeflug" gibt es eine rechnerisch recht einfach abzuleitende Optimierung: einen hyperbolischen Blattgrundriss (Blatt-Tiefe proportional 1/r) sowie hyperbolische (geometrische) Verwindung.
Wenn man das durch lineare Funktionen approximiert (sowohl Verwindung als auch Grundriss), dann verliert man nicht sonderlich viel Effizienz bei dennoch VIEL einfacherer Bauweise. Das Ergebnis sieht dann etwa aus wie das Blatt eines Koax-Rotors - die Dinger sind recht gut schwebeoptimiert - u.A. deshalb fliegen Koaxe si bescheiden vorwärts.
Für den Reiseflug ist diese Grundform aber alles andere als optimal - da ist eine Geometrieverteilung "weiter nach außen" erforderlich, da die Innenbereiche des Blattes auf der rücklaufenden Seite im Strömungsmüll wühlen.
Ein Rechteckblatt ist da gar kein soooooo schlechter Kompromiss, allerdings würden dem Blatt einige Grad Verwindung (im Modell vielleicht 3 bis 4, bei den "großen" sogar bis 8°) guttun, um Leistung zu sparen - aber vorsicht, Verwindung geht auf Kosten der Autorotationsperformance!
Blattschlankheit... beim "Großen" folgt die "Fülligkeit" des Rotors (im dt. normalerweise "Flächendichte" im engl. "geometric solidity" = Verhältnis von Rotorblattfläche/Rotorkreisfläche) aus der max. Profiltragfähigkeit. Beim Modell ist da aber nich VIEL Luft. Eigentlich könnten dort also recht schmale Blätter eingesetzt werden. Das ist aber wiederum Nachteilig wegen der kleineren Reynoldszahlen und dem größeren erforderlichen Pitch-Stellbereich. Also wieder einen Kompromiss finden. Das wurde für unsere Modelle im Laufe der Jahre empirisch schon gemacht, der Ist-Stand passt (zu den üblichen Drehzahlen)
Blattspitzenform: je schlanker das Blatt, desto weniger wichtig ist eine "schöne" Blattspitzenform. Aus diesem Grund sind stumpf endende Blätter meist keine Katastrophe (außer für die Geräuschentwicklung).
Ein schöner Randbogen ist für die Blattspitzenverluste sicherlich vorteilhaft. Fürs Modell NICHT hilfreich (jedenfalls aus Sicht der Aerodynamik) sind die sog. Berp-Blades, da dies eine Transsonik- und Lärmoptimierung darstellt, die beim Modell nicht anwendbar ist.
@Vortex:
Laminarprofile: Bei den kleinen Reynoldszahlen ist eine hohe turbulenz in der Anströmung nicht weiter schlimm.. manchmal sogar nützlich. Im Reiseflug und im Schwebeflug ist die dem Rotor zuströmende Luft relativ "gesund" (d.h. wenig beeinflusst von der eigenen Rotorturbulenz). Im SInkflug, wo es wirklich merklich werden würde, ist ein Leistungsoptimum nicht unbedingt gefragt.
Taumelscheibenkräfte: Diese sind schon signifikant, weshalb da Hydraulik schon bei relativ kleinen Hubschraubern erforderlich ist. Manchmal wird sowas auch unterschätzt ("Jack stall" Problematik bei diversen Dauphins und Eichkatern).
Man bedenke auch, dass keine Stabistange da ist, welche auch den Effekt einer Servolenkung mitbringt.
Rückenflugproblematik:
Aerodynamisch ist afaik KEIN Heli in der Lage, in Rückenlage stationär genug Negativ-SChub zu bringen. Zwar sind bei einigen Typen bedingt negativ-Schübe theoretisch möglich, aber weitaus zu wenig, und meist nicht verträglich mit dem sonstigen Rotorsystem. Die Getriebeschmierung, Tanksystemen und die Hydraulikanlagen sind definitiv NICHT für längere negative Lastvielfache ausgelegt. Die Bauvorschriften (EASA CS-27, CS-29) fordern soweit ich weiß (müsste ich mal nachschlagen) eine klurzfristige Toleranz dieser Systeme für -1g... aber definitiv nicht stationär.
gruß
andi