Hilfe! Profil-Aerodynamik?

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acanthurus
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#16 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von acanthurus »

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
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vortex
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#17 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von vortex »

Hallo Andi,

danke, danke, danke!!! :D Das macht wirklich Spass so gut erklärte Antworten zu erhalten.
Im Reiseflug und im Schwebeflug ist die dem Rotor zuströmende Luft relativ "gesund"..
Nach dem Bild "Wirbelstruktur im Vorwärtsflug" in dem kleinen Buch hatte ich gedacht, dass die Wirbel des Vorblattes doch einen ganz erhleblichen Einfluss haben.... Sind diese Wirbelzöpfe nur so lokal, dass sie über die Blattlänge so wenig Einfluss haben, oder gilt die Aussage
..ist eine hohe turbulenz in der Anströmung nicht weiter schlimm..
generell im Hinblick auf Aerodynamik für die Modellhelis?
Man bedenke auch, dass keine Stabistange da ist, welche auch den Effekt einer Servolenkung mitbringt.
Ist das der Grund, warum man bei den "Großen" die Blattachsen nicht unmittelbar durch die Rotorachse gehen lässt? Ich habe das schon bei Zeichnungen von zwei moderneren Typen gesehen, dass die Rotorblattachse etwas vor der Rotorachse liegt. Wirken die daraus resultierenden Kräfte unterstützend für die Anlenkung oder hat es andere Gründe?
..aber vorsicht, Verwindung geht auf Kosten der Autorotationsperformance
Dem könnte man vielleicht mit einem schwereren Blatt begegnen, was aber wieder zusätzliche Verlustleistung bedeuten würde.... Kompromisse, Kompromisse...

Wie schätzt du die "zulässigen" Profilfehler ein? Angenommen wir haben übliche Blattabmessungen, wieviel darf das Blatt in der Dicke Toleranz haben (aus dem Bauch geschätzt)? Dass die Profilkontur selbst stimmen muss ist klar und macht letztlich auch nur einmal Arbeit. Aber bei jedem Blatt besteht natürlich beim Zusammenfügen eine gewisse Toleranz...

Gruß Klaus.
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acanthurus
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#18 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von acanthurus »

Moin.

Zur Erklärung, Off Topic..
Bei dem kleinen Bild aus dem kleinen Buch (wenn es das ist, was ich meine ;) ) wurde bewusst die Neigung der Blattspitzenebene nach vorne relativ klein gewählt, DAMIT sich eine etwas stärkere Interaktion als im realen Reiseflug bildet. Zudem ist der Interaktionsbereich räumlich beschränkt, da die Wirbel nicht wirklich tangential zur Blattachse liegen, sondern eher senkrecht dazu.
Beim Modellheli kann man die Interaktion von Blättern und Wirbeln relativ deutlich hören... es ist das, was oft fälschlicherweise als "Schlaggeräusch" bezeichnet wird - bei engen Manövern, im Sinkflug etc. Im normalen Rundflug oder Schwebeflug hört man davon eigentlich nichts - ein deutliches Indiz dafür, dass der Rotor "gesunde Luft" frisst.

Ansonsten könnte man ganz allgemein und fast schon resignierend sagen, dass Rotorströmungen DERART vielen Kompromissen entsprechen müssen, dass man eigentlich nichts richtig, aber sehr viel falsch machen kann.

Das Vorverlegen des "Schwenklagers" vor die Rotorachse verfolgt primär die Absicht, den Blattschwerpunkt (des während des Umlaufs infiolge des Widerstands leicht nach hinten geschwenkten Blattes) zurück auf die Einstellwinkelachse zu bringen. Somit müssen während der Umdrehung bei zyklischem Ausschlag wenigstens keine Blattmassen gehoben und gesenkt werden - und das ist (richtig erkannt, Klaus) sehr hilfreich, um die Steuerkräfte zu reduzieren - nicht die aerodynamischen, sondern die massendynamischen.
Kann man am Modell leicht nachvoillziehen - im Stand mal Blätter nach hinten schwenken und Pitch geben... man sieht deutlich, was die Servos an Blattmasse heben müssen. Bei nem zyklischen Ausschlag passiert das 1x während jeder Umdrehung... schöne Wechsellast.
Das Thema Lagerpositionen und Lagerwinkel ist bei gelenkigen Rotoren ein ganz wichtiges. Bei den Modellhelis konnte man das lange Zeit ignorieren - so lange, bis die Leute angefangen haben, 3d-Kunstflug mit riesigen zyklischen Ausschlägen mit Rotoren ohne Stabistange zu fliegen und mittels künstlicher Stabilisierung sehr schnelle, automatisierte Ausschläge von Vstzabi und co einzusteuern. Plötzlich war der Vorlauf von Rotorblättern in aller Munde, nachdem die ersten Servos gequalmt hatten. Vor 3-4 Jahren wusste kaum einer, was das überhaupt ist.

Autorotationsperformance...
die schwereren Blätter bringen nur beim Einleiten der AuRo und beim Landeflare deutliche Vorteile. Das STATIONÄRE Autorotieren (konstante Drehzahl, Sinkrate und Vorwärtsfahrt) wird dadurch nicht merklich beeinflusst... und das ist genau der Betriebszustand, bei dem die AuRo-Performance durch Verwindung schlechter wird.
Ich bin ein erklärter Freund von schweren Blättern (ich zappel ja auch kein 3d).. v.A. wegen des geringeren Konuswinkels und den damit kleiner ausfallenden Kopplungen zwischen roll und nick (jaja, die alte Mär von stabilisierender "V-Form" bei Rotoren - nicht totzukriegen und sowas von falsch)

Der "zulässige Profilfehler" lässt sich wirklich nicht pauschalisieren. Je nachdem, ob der Punktuell ist oder die ganze Kontur betrifft, welches Profil er betrifft und an welcher Stelle er auftritt kann 1% Bauabweichung (bezogen auf Profiltiefe) alles von "verheerend" bis "auch mit bester Meßtechnik nicht feststellbar" sein.
Grundregeln:
je schlechter das Profil, desto weniger Toleranz auf Baufehler.
je größer die laminare Lauflänge, desto weniger Toleranz auf Baufehler.
je kleiner der Nasenradius desto weniger Toleranz auf Baufehler
je "großflächiger" der Fehler, desto mehr absolute Abweichung ist erlaubt. (betrifft z.b. das globale Aufdicken oder Verwölben von Profilen)

gruß

andi


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dilg
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#19 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von dilg »

hello;

Eine kurze Zwischenfrage, kann man mit einem andren Randbogen / Profilabschluss ein lauteres Schlaggeräusch erreichen?
Super wäre eine "Begünstigung" einer BVI...

Hintergrund: im Keller liegt ein Satz entfolierter&teillackierter Holzis (mit dem bekannten eckigen Blattende), CNC wäre für eine gleiche 2d Fräsung auch vorhanden;

thx!
lg michl
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echo.zulu
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#20 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von echo.zulu »

Das wird ja immer besser hier. So langsam entwickelt sich der Thread. Ich bin schon geneigt Andi hier die Gastprofessurwürde zu verleihen. Danke für die wie immer fundierten Erklärungen. Trotz der komplexen Zusammenhänge schaffst Du es diese allgemeinverständlich zu erklären. Danke vielmals dafür.
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acanthurus
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#21 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von acanthurus »

Hmmmm. ein Rotorblatt LAUTER bekommen... ein völlig neues Konzept für mich. Über das GEGENTEIL haben ja schon viele Leute gehirnt.
Sollte am besten gehen, indem man a) das Blattende relativ aprupt macht und b) vielleicht im Außenbereich eine "falsche" Verwindung und/oder Profiltiefenverteilung vorsieht - die Auftriebsverteilung also weiter nach außen verlegt. Schlecht für die Schwebeperformance, aber die ist bei uns Modellern eh nie kritisch.

Ansonsten Danke für die Huldigungen :oops:
ich bitte euch nur, das nicht alles blind und ungefragt zu glauben. Auch ich verzapfe manchmal versehentlich ausgemachten Unsinn (kürzlich in einem anderen Forum beim Thema Heli-Theorie / Autorotation so geschehen). Zudem ist das THEORIE, und die hat die praktische :lol: Eigenschaft, öfters mal von der Praxis abzuweichen.
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vortex
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#22 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von vortex »

Hallo,
Ansonsten Danke für die Huldigungen :oops:
... die da gar nicht genug sein können! Es ist halt nicht so einfach für mich als FeldWaldWiesenWurschtler an gut erklärte Fachkenntnis zu kommen. Deshalb Danke für deine Bemühungen...

Aber natürlich schon wieder mit neuen Fragen:
...um die Steuerkräfte zu reduzieren - nicht die aerodynamischen, sondern die massendynamischen...
Das Thema Lagerpositionen und Lagerwinkel ist bei gelenkigen Rotoren ein ganz wichtiges.
Ausgangspunkt für meine Überlegungen ist eigentlich ein neues (eigenes) Blatt für einen gelenk- und für einen lagerlosen Rotor herzustellen (Prinzip wie der alte OF/Vario Bendix-Bo105-Kopf bzw. wie der OF Staflex). Bei beiden Blatttypen ist ja "nur" ein virtuelles Schlag- und Schwenkgelenk vorhanden, das deutlich weiter "draussen" sitzt. Dadurch, dass der Modell-Rotorhals ohnehin zwangsläufig steifer wird, als der "echte" - und damit der massebedingte Nachlauf wohl nicht mehr wirklich zum Tragen kommt - dürften solche Spielereien wie ausmittig angeordnete Rotorblätter wenig Sinn machen... oder habe ich wieder ein paar Kleinigkeiten übersehen??

... und das ist genau der Betriebszustand, bei dem die AuRo-Performance durch Verwindung schlechter wird.
Ist die Ursache hier, dass im inneren Bereich die Strömung abreisst bzw. das Profil überzogen ist?

Wie sieht es eigentlich beim Heckrotor aus? da müsste doch eigentlich auch ein S-Schlag-Profil Vorteile bringen? Da potenzieren sich halt auch die Probleme mit der Fertigungstoleranz...


Gruß Klaus.
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dilg
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#23 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von dilg »

danke, das hilft mal weiter, schau ma mal wies wird;
lg michl
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acanthurus
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#24 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von acanthurus »

Moin..
Thread zwar eingeschlafen, aber ich schulde wohl noch ein paar Antworten für Klaus.

Schwerpunktlagen bei Bendix..
schwierig zu sagen, wenn man die tatsächlichen Lagen IM BETRIEB nicht genau kennt. prinzipiell kann man die Schwerpunkt auch dazu verwenden, um so eine Art "Servoeffekt" hervorzurufen. Das ist aber mit Vorsicht zu genießen, da es im schlimmsten Fall zu Instabilität und/oder Flattern führen könnte. Da du vermutlich in der Praxis sowieso nicht ohne einen Iterationsschritt auskommen wirst, würde ich mal mit einer recht "neutralen" Anordnung starten und davon ausgehen, dass das Blatt in seiner Mittellage infolge Aerodynamik (Widerstand) zwischen 1 und 2° nach hinten abweicht.

AuRo und Verwindung..
Ja, so kann man das interpretieren. Der "Antreibende" Teil gerät gegenüber dem "angetriebenen" Teil der Rotorkreisscheibe ins Hintertreffen

HeRo-S-schlag-Profil.
Exakt. Deshalb findet man bei (insbesondere älteren) Hubschraubern am Heckrotor oftmals auch "kompliziertere" Profile als am Hauptrotor. Je nach Bauweise der dortigen Blattverstellung (mit/ohne delta-3) dann auch Profile mit deutlich größeren Momentenbeiwert, da ja dort keine echte zyklische Verstellung vorgenommen werden muss.
Im Modell: mein Ur-Eco8 hatte (so Anfang 1996) zum Beispiel HeRo-Blätter mit S-Schlag. Und so wenig optimal dieser Heli gewesen sein mag, diese Entscheidung des Herstellers war sicherlich richtig.
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#25 Re: Hilfe! Profil-Aerodynamik?

Beitrag von dilg »

acanthurus hat geschrieben:Hmmmm. ein Rotorblatt LAUTER bekommen... ein völlig neues Konzept für mich. Über das GEGENTEIL haben ja schon viele Leute gehirnt.
Sollte am besten gehen, indem man a) das Blattende relativ aprupt macht und b) vielleicht im Außenbereich eine "falsche" Verwindung und/oder Profiltiefenverteilung vorsieht -

Zeit für eine Rückmeldung: Vorsichtig wie ich bin, wurden die 2 Blätter vorerst mal nur dezent(5mm) mit R337,5 gekürzt, dh die originale Ausrundung Oberseite->Unterseite ist weg und grad, von oben gesehen ist noch die schräge Vorderkante erhalten geblieben. Sind jetzt leider nur 300er Blätter (Spitze->Bohrung, bzw 310 nach align).
Ich bilde mir ein, was zu hören - allerdings nur mit 2700 Touren und im schnellflug von rechts nach links. Wohl auch nur, weil mein Rex "relativ" leise ist..

Ergo: Wenn, dann gscheit;
lg michl
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