the-fallen hat geschrieben:Vielleicht versucht er es mal
So, dann möchte ich mal den Versuch starten, zu erklären was ein Polar-Diagramm ist, bzw. was meine letzten Bilder zeigen sollten:
Dabei fange ich mal ganz vorne an.
Jedes Fluggerät bewegt sich durch die Luft bzw. hat sich durch die Luft bewegende Rotoren / Propeller.
Dabei teilt sich die Luft am Profil in eine Strömung darüber und eine Strömung darunter. Durch das Teilen der Strömung wird die Luft umgelenkt und an einigen Stellen beschleunigt und an anderen Stellen abgebremst. Wenn Luft beschleunigt wird, sinkt der Druck und umgekehrt, wenn sie abgebremst wird, steigt der Druck.
In dem folgenden Bild habe ich auf den Flügel den Druck farblich aufgetragen.
- c_by_01_Möwe_mit_Druckverteilung_0_Grad.jpg (24.56 KiB) 2462 mal betrachtet
Die Stellen, die durch die Strömungsumlenkung einen lokal geringeren Druck haben sind rot, die mit einem lokal höheren Druck sind blau eingefärbt. Gleichzeitig sind die unter- / über- Druckwerte auch noch einmal rechtwinklig zur Profiloberfläche als Linien aufgetragen.
Dann habe ich die differenz-Druckflächen von dem Flügel "abgelöst" und etwas nach oben, unten vorn bzw. hinten versetzt.
- c_by_02_Möwenflügel_mit_Druckverteilung_0_Grad.jpg (28.02 KiB) 2462 mal betrachtet
Somit erkennt man, dass auf der Oberseite (außer ganz hinten) eine reine Unterdruckfläche ist, während auf der Unterseite im vorderen Profilbereich Unterdruck herrscht. Im hinteren Bereich des Profils herrscht ein Überdruck-Bereich. An der Nasenleiste ist ein kleiner aber gut zu erkennender Überdruckbereich.
Im nächsten Schritt betrachte ich nur einen Schnitt durch den Flügel und die schon am 3D Flügel gezeigte Druckverteilung.
- c_by_03_NACA_4409_Druckverteilung_01.jpg (27.92 KiB) 2463 mal betrachtet
Dann fasse ich die Streckenlasten (Bauingenieur Sprache <=> Druck bzw. Sog entlang einer Strecke) zu einzelnen Kräften zusammen.
Die einzelnen Kräfte werden vektoriell addiert und als zusammengefasste Gesamtkraft wieder am Profil aufgetragen.
- c_by_04_NACA_4409_Druckverteilung_02.jpg (21.53 KiB) 2463 mal betrachtet
Es hat sich als gut rausgestellt, wenn man unterschiedliche Profile vergleichen will, wenn man ein festes Bezugssystem (Koordinatensystem) an jedem Profil hat. Dieses Bezugssystem ist der 1/4 Punkt, sprich 25% der Profillänge von der Nasenleiste aus gesehen, auf der direkten Verbindungslinie von dem vordersten Punkt auf der Nasenleiste mit dem hintersten Punkt an der Endleiste.
Kräfte darf man "ungestraft" entlang ihrer Wirkrichtung (Achse) verschieben, aber nicht quer dazu. Das mache ich mit der resultierenden Kraft (grün) in dem ich sie soweit auf ihrer Achse verschiebe, bis sie die 25% Achse trifft.
- c_by_05_NACA_4409_Druckverteilung_03.jpg (27.47 KiB) 2463 mal betrachtet
Dann spalte ich die schräge (grüne) Kraft in zwei Kräfte auf, die einmal parallel zur Profilachse verlaufen (Widerstand) und quer dazu (Auftrieb).
- c_by_06_NACA_4409_Druckverteilung_04.jpg (28.06 KiB) 2462 mal betrachtet
Die rote (Auftriebs-) Kraft darf man ungestraft nach unten auf die Profilachse verschieben, die nach hinten zeigende Widerstandskraft nicht. Wenn man es doch macht, dann wird ein Drehmoment erzeugt und man ändert somit das Verhalten des Profils.
Da wir das Verhalten des Profils nicht verändern wollen, setzen wir zusätzlich zu den Kräften noch ein Drehmoment an, das das Verschieben der horizontalen Kraft kompensiert.
- c_by_07_NACA_4409_Druckverteilung_05b.jpg (27.98 KiB) 2463 mal betrachtet
Somit haben wir jetzt zwei Kräfte und ein Drehmoment als "Antwort" des Profils auf die Strömung.
Jetzt geht es über zu dem Polar-Diagramm:
Die Kräfte (und das Drehmoment) werden zuvor noch "bereinigt".
Damit ist gemeint, das Einflüsse durch die Fluggeschwindigkeit, die Flughöhe (Luftdruck) und der Flugzeuggröße (Profillänge) raus genommen werden.
Mathematisch passiert das raus nehmen durch eine Division. Die Werte die übrig bleiben, habe keine Einheit wie z.B. N, m etc. mehr.
Um die Werte gut ablesen zu können haben sich verschiedene Skalier Faktoren für die verschiedenen Koordinatensystem-Achsen eingebürgert.
Das Drehmoment wird üblicher Weise sogar "falsch" herum, also negative Werte nach oben, aufgetragen. Der Grund ist, das "normale" Profile
alle ein negatives Drehmoment haben.
Durch die oben raus gerechneten Daten wie Fluggeschwindigkeit etc. nicht komplett zu vergessen, wird aus diesen Daten die Reynoldzahl bestimmt.
Die jetzt in dem Polar-Diagramm ein gezeichneten Werte gelten nur für diese Re-Zahl.
- c_by_08_NACA_4414_Pol-Diagramm.jpg (28.91 KiB) 2462 mal betrachtet
Vorgegangen wird einfach so, dass die bereinigte Auftriebskraft (jetzt ca genannt) im ca / Alpha Diagramm auf dem vorhandenen Anstellwinkel aufgetragen wird.
Dann zeichnet man waagrecht durch deren Spitze eine Hilfslinie durch alle Diagramme.
In dem ca / cw Diagramm wird die Länge der bereinigten Widerstandskraft (cw) auf der X-Achse aufgetragen.
Von deren Spitze wird wieder eine Hilfslinie, diesmal jedoch lotrecht gezeichnet. In dem Punkt, in dem sich beide Hilfslinien
schneiden, wird ein weiterer Punkt im Diagramm gezeichnet.
Zum Schluß wird noch im dritten Diagramm (cm / Alpha) das bereinigte Drehmoment (cm) über den Anstellwinkel aufgetragen.
Diese "Prozedur wiederholt man nun für einige verschiedene Anstellwinkel. Dann ergibt sich in jedem dieser Diagramme eine Linie für die oben ermittelte RE-Zahl.
Werden die Untersuchungen nun auch noch für versch. Fluggeschwindigkeiten bzw. Profillängen etc. gemacht, ergeben sich in den
Diagrammen versch. Linien für die versch. RE-Zahlen.
- 10_ca_über_cw_Draufsicht.png (23.96 KiB) 2463 mal betrachtet
In meinem letzten Bild habe ich einfach nur den Linien für die versch. RE-Zahlen eine Höhe gegeben und eine 3D-Fläche drum herum gehüllt.
- 11_ca_über_cw_über_RE.png (80.03 KiB) 2462 mal betrachtet
Sollten noch immer Dinge unklar sein, bitte Fragen
Ich stehe auf dem Standpunkt, wenn andere es nicht verstehen, dann habe ich es eben schlecht erklärt.
Viele Grüße
Mirko