Nachdem ich mich schon verschiedentlich über Aerodynamik und Flugmechanik ausgelassen habe, sind immer wieder Fragen aufgetaucht, die auf die Grundlagen zielen.
Ich bin keinesfalls der grosse Guru auf diesem Gebiet - die Segler- und Motorpiloten im Forum und selbstverständlich die anderen Modellflieger können dies auch. Ich gehe davon aus, dass sie mich gegebenenfalls unterstützen oder wohlwollend korrigieren werden, wenn ich Unsinn erzähle ...

Mein Ziel: wenn wir uns über Gleiter unterhalten, sollen wir vom Gleichen sprechen. Und ganz egoistisch: ich möchte auch von euren Erfahrungen profitieren können ...

Ich starte mit ein paar Literaturtipps. Aus diesen Büchern habe ich viele theoretische Grundlagen gewonnen - auch wenn sie sich in einigen Punkten widersprechen ...

1. Simons, Martin: Flugmodell Aerodynamik, Verlag Technik und Handwerk, Baden-Baden 1994, vth-Fachbuch 2012,ISBN 3-88180-012-3
   
2. Lnenicka, Jaroslav: Aerodynamik der Motorflugmodelle, VErlag Technik und Handwerk, Baden-Baden 1987, ISBN 3-88180-013-1
   
3. Perseke, Franz: Das Segelflugmodell, Teil 1 (ev. 2 & 3), Neckar-Verlag, Villingen-Schweningen 1994, ISBN 3-7883-1154-1
   
4. Werner, Reinhard H.: Nurflügelsegler ferngesteuert, Neckar-Verlag, Villingen-Schwenningen 1993, ISBN 3-7883-0194-5
   
5. Unverferth, Hans-Jürgen u.A.: Faszination Nurflügel, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden 1989, ISBN 3-88180-026-3
   
6. Nickel, Karl und Wohlfahrt, Michael: Schwanzlose Flugzeuge und ihre Eigenschaften, Verlag Birkhäuser, Basel/Boston/Berlin 1990, ISBN 3-7643-2502-X
   
7. Schall, Dieter: Entwerfen und Fliegen von Entenmodellen, Neckar-Verlag, Villingen-Schwenningen 1986, ISBN 3-7883-0130-9
   

Kommentar und Empfehlungen folgen.
Gruss

Andi

Bücher Nr. 1 und 2:
Ziemlich trocken und theoretisch, aber sauber aufgebaut und gegliedert. Übersetzungen aus dem Englischen bzw. Tschechischen. Bezüglich den neueren Erkenntnissen bei Laminarprofilen noch im Rückstand, aber sehr gute Basis.

Buch Nr. 3:
Die drei Bände sind gegliedert in:
1. Grundlagen/Theorie/Profile: Genau das, was da steht. Gut verständlicher Einstieg in die Grundlagen, z.T. vereinfachte Formeln, aber i.O. Meine Empfehlung für den Einstieg!
2. Festigkeitsberechnungen: Viele Versuche und Berechnungsgrundlagen für die Dimensionierung von Holmen und Flächenschalen bei klassischer Bauweise (also keine FfK!)
3. Optimierung von Segelflugmodellen: Optimierungsrechnungen, vor allem aber ein Auslegungsalgorythmus, der sich gewaschen hat. Alle Überlegungen von Band 1 und viele Ergänzungen. Wer seriös Normalmodelle auslegen will, ist hier gut bedient. Grenze: die Formeln für die Neutralpunktrechnung von Flächen ist auf Einfachtrapeze beschränkt. Kann aber angenähert werden.

Buch Nr. 4:
Der Klassiker, der Inhalt hat schon fast historischen Wert. Entsprechend fehlen neuere Erkenntnisse. Wer Brettnurflügler als Floater auslegen will, findet hier viele Tipps, die wichtigsten Grundlagen und einige Auslegungsbeispiele aus der Praxis.

Buch Nr.5:
Untertitel: eine Bestandsaufnahme. Genau das ist es auch - liefert einen hervorragenen Überblick über den Stand Anfang der 90er-Jahre; ich nehme an, dass neue Auflagen überarbeitet wurden. Der Herausgeber publiziert auch regelmässig im FMT. Er lässt Verfechter aller möglichen Prinzipe zu Wort komme, die z.T. wichtige Erkenntnisse gewonnen haben und diese auch weitergeben. Für NF-Einsteiger meine absolute Empfehlung!!

Buch Nr. 6:
Puh! Auf dem Umschlag eine SB 13, eine B2, ein F3B-Pfeilnurflügler und ein Hängegleiter. Genau so breit fassen die Autoren auch ihre Überlegungen. Etwa 600 Seiten. Nickel hat schon in den 40er-Jahren mit den Gebrüdern Horten an Nurflüglern gearbeitet. Die beiden erhielten 1988 für ihre Untersuchungen den Berblinger-Preis der Stadt Ulm.
Nur für mathematisch und pysikalisch Sattelfeste. Mich hat es sehr gefordert ...

Buch Nr. 7:
Nicht nur für Entenjäger ...
Dieter Schall liefert eine sehr saubere Analyse und die wichtigsten Formeln, ebenfalls genau begründet und hergeleitet. Mathematische Grundkenntnisse zwingend erforderlich - dann aber ein Fundus! Die Berechnungen von Flächenneutralpunkten sind für alle Flugzeuge universell anwendbar.

OK, jetzt gehe ich meine Modelle für heute Nachmittag vorbereiten. Will ein bisschen Kunstflugtraining machen. Wenns denn nicht allzusehr regnet ...

So, nachdem ich nun recht lange nicht weiter geschrieben habe - morgen geht nach zwei Wochen Ferien die Schule wieder los; ich habe diese Woche recht intensiv gearbeitet und nur in kurzen Pausen ins Forum geschaut - habe ich heute wieder mal was vorbereitet.
Ich habe als erstes Thema ein klassisches aus der Flugmechanik gewählt, das dem Raketenbauer nahe liegt:
Die Stabilisierung im Flug.

Zuerst zur Rakete.
Wie jeder frei bewegliche Körper haben auch Raketen (und Flugzeuge) sechs Freiheitsgrade - drei translatorische, drei rotatorische (stimmt das Wort so? Tönt ungewohnt ...).
Wenn wir eine Rakete betrachten, haben wir zwei Querachsen (x/y) durch den Schwerpunkt, die 90° zueienander stehen und eine Ebene senkrecht zur Flugrichtung bilden. Senkrecht zu diesen beiden Achsen liegt die Längsachse (z).
Interessant bei Raketen sind vor allem drei der sechs Freiheitsgrade: Die Rotationen um die beiden Querachsen und die Translation entlang der Länsachse. Sie ist ja letztlich das Ziel des Fluges ...
Die drei anderen möglichen Bewegungen vernachlässige ich hier (Rotation um die Längsachse ist nur im Zusammenhang mit Kreiseleffekten wichtig; Translation entlang den beiden Querachsen kommt nur als Nebenwirkung der anderen stabilisierenden Effekte vor - der Einfachheit halber lasse ich sie hier weg).
Der Schub wirkt als parallel zur z-Achse, der Luftwiderstand antiparallel.
Eine "Schieflage" um die x-Achse sorgt für eine Kraft auf die Flossen, die parallel zur Drehachse liegen. Dies Kraft wiederum ist parallel zur y-Achse und bewirkt ein rückdrehendes Moment um die x-Achse - die Rakete richtet sich gerade. Alle Luftkräfte greifen im CP an, die Gewichtskraft im Schwerpunkt. Um diesen dreht sich der Flugkörper, daher habe ich dort auch den Ursprung des Koordinatensystems gewählt. Es fliegt mit, ist also nicht erdgebunden. Diese Betrachtungsweise ist eine der üblichen; je nach Zweck wird auch ein erdfestes Koordinatensystem verwendet.

Folgende Datei wurde angehängt:

Habe einen Fehler in der Grafik - die y-Achse sollte nach vorne schauen. Unterdessen habe ich die Grafik neu gezeichnet, das Bild aus dem Beitrag entfernt, das neue eingefügt - zwei Mal ohne Resultat, also belasse ich es beim Hinweis.

Edit:
Problem gelöst. War wohl eher so, dass bei mir die Seite noch im Cache lag. Die neue Grafik heisst gleich; sollte man wohl nicht so machen. Schon wieder was gelernt!

Gut, gehen wir zum Flugzeug.

Folgende Datei wurde angehängt:

Ok, ich geb's zu - ich habe eine Rakete umgebaut.
Weggelassen habe ich eine Flosse (die "untere" - nach Olivers Definition ist unten dort, wo der Kopf nicht ist, wenn einem das Blut nicht in denselbigen läuft ...), angesetzt habe ich einen Flügel mit etwas V-Form - hier ist nur die seitliche Projektion davon zu sehen. Die Achsen habe ich auch gedreht. Das Flugzeug fliegt in Richtung der x-Achse (Längsachse), die y-Achse biidet die Querachse, die z-Achse die Hochachse.

Achtung, Falle!!!!
Längsstabilität = Stabilisierung der Bewegungen um die Querachse - zuständig ist die KombinationTragfläche/Höhenleitwerk (HLW)
Seitenstabilität = Stabilisierung der Bewegungen um die Hochachse - zuständig ist das Seitenleitwerk (SLW)
Querstabilität = Stabilisierung der Bewegungen um die Längsachse - zuständig ist die V-Form

Ja ich weiss - Aerodynamiker lassen sich etwas einfallen, damit es komplizierter aussieht, als es ist ...

Nun, auf den ersten Blick könnte man jetzt denken:
"Das ist ja wie bei einer Rakete!"
Ist es auch. Nur leider können wir bei Raketen viele Effekte vernachlässigen, weil es sie in den meisten Fällen nicht gibt oder sie vernachlässigbar klein sind. Auftrieb, zum Beispiel. Können wir bei einem Flugzeug nicht ...

Betrachten wir zuerst die Seitenstabilität, also die Stabilität um die Hochachse. Dazu können wir das Seitenleitwerk wie eine Flosse betrachten, der Rumpf wirkt wie ein Raketenrumpf. Nichts Neues, kennen wir, funktioniert fast genau so.
Fast.
Erster Punkt: Trägheitsmomente.
Masse ist träge. Sie will eine einmal begonnene Bewegung fortsetzen oder sich nicht aus der Ruhe bringen lassen. Kennen wir, wenn wir ein Auto bremsen müssen. Oder anschieben. Dies gilt auch bei Rotationsbewegungen. Dort ist das Mass für die Trägheit nicht die Masse in kg, sondern das Trägheitsmoment. kg*m^2 (Kilogramm mal Quadratmeter). Will heissen: das Trägheitsmoment ist proportional zur Masse und proportional zum Quadrat des Abstandes der Masse zum Schwerpunkt. Wenn ich also einer Rakete 100g Blei in der Nase 50cm vor dem Schwerpunkt spendieren muss, habe ich ein Trägheitsmoment des Ballastes von 0.1kg*0.5m*0.5m = 0.025kgm^2
Das bedeutet, dass ich mir irgendwann überlegen muss, ob ich nicht besser 200g Blei nur 25cm vor dem Schwerpunkt anbringe - die statische Wirkung für den Balast ist gleich (0.1kg*0.5m = 0.2kg*0.25m), aber das Trägheitsmoment ist nur halb so gross! 0.2kg*0.25m*0.25m = 0.0125kgm^2.
Warum das wichtig wird? Nun, wenn die Massen weit aussen liegen, wird die Rotationsträgheit grösser. Der Flugkörper reagiert weniger schnell auf Störungen. ABER: Die Reaktion (Drehung) beharrt, geht weiter, muss also von den Flossen (dem SLW) gebremst werden. Hohe Trägheit verlangt hier grössere Kräfte - oder der Flugkörper fängt an zu pendeln.
Soweit sind Flugzeug und Rakete gleich zu betrachten. Nur: um die durch das SLW zu stabilisierenden Achse (also die Hochachse) dreht beim Flugzeug mit dem Rumpf auch der Flügel, und der hat i.A. eine grosse Spannweite, ergo ein hohes Trägheitsmoment.
Und schon sitzen wir in der Tinte. Die Anforderungen an die Stabilisierung sind bereits gestiegen. Wobei zu sagen ist: i.A. haben wir es bei Flugzeugen - vor allem am Flügel - mit geringeren Massen zu tun als bei einer Rakete, wo die Massen an den Enden des Rumpfes liegen (Motor und Ballast).

Einige haben vielleicht auch schon die "Flugzeug"skizze betrachtet und ahnen Schlimmes:
Die Tragfläche hat bei den meisten Flugzeugen eine projezierten Flächenanteil, der in der Ebene des Seitenleitwerks liegt (in der Skizze die blaue Fläche). Die hat tatsächlich einen Einfluss auf die Stabilisierung durch das SLW - wer schon einmal eine AMRAAM, einen Kormoran oder etwas Ähnliches gebaut hat, weiss, wovon ich spreche.
Ich gehe im Zusammenhang mit der Querstabilität (Längsachse) und der V-Form darauf ein. Jetzt gehe ich ins Bett, die Schüler kommen morgen früh wieder ...

Gruss

Andi

Hoi Andi

bist du auch Linkshänder..(auch beim Flugzeug)?
Aber schön dass du dir die Mühe machst.
Gruss Andy

Grmbl. Hab's geändert.
Vor Jahrzehnten (ja, lacht nur!) habe ich mal eine Prüfung in Elektrizitätslehre versaut, weil ich nicht aufhören wollte, rechts zu schreiben, während ich mit links die Vektoren ausrichtete. Wie gesagt, lange her. Da kann man die Schlüsse, die man daraus zieht (gezogen haben sollte ...) schon mal vergessen.
Vorzeitige Vergreisung?

Eine Frage an die geneigten Leserinnen (ja, auch die soll's geben!) und Leser:
Ist es so verständlich - soll ich in der Art weiterfahren oder versuchen zu vereinfachen? Wenn ihr nicht reinschreiben wollt, könnt ihr mir auch eine PM schicken.

Danke!

Gruss

Andi