Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

[Husi]

Moin moin,

zum einen bin ich wieder aus dem Urlaub zurück und zum anderen hat es mir dann doch keine Ruhe gelassen.

Ich habe mal wieder etwas weiter gemacht. Zur Zeit kann ich im AutoCAD eine Polylinie bel. Form zeichnen, die ich als Geschwindigkeits-Verteilung des Abwindfeldes über den Rotor-Radius annehme. Hier sind mal drei grundlegene Verteilungen abgebildet.

Verteilung_der_induzierten_Geschwindigkeit.png (96.31 KiB) 1223 mal betrachtet

Intern mache ich es so, das ich (vorerst) nur den Schwebeflug betrachte. Zusätzlich gebe ich ein Gewicht des Hubschraubers vor. Die gezeichnete Abwindverteilungslinie, lasse ich um die Rotorachse rotieren und bestimme das Volumen. Damit kann ich die Luftmasse pro Zeiteinheit bestimmen, die durch den Rotor nach unten gedrückt wird. Somit habe ich meinen Schub bestimmt, der ja dem Eigengewicht des Helis gleich sein soll. Ist der berechnete Schub größer, oder kleiner als er soll, dann wird die ursprünglich gewählte Linie in Höhen- / (Y-) Richtung um einen entsprechenden Korrekturfaktor skaliert. Somit haben alle drei hier gezeigten gelben "Körper" den gleichen Inhalt / Volumen.
Jetzt stimmen die Vertikal-Luftgeschwindigkeiten insofern mit dem Heli überein, das er "schwebt". Wie gesagt, die Verteilung der Geschwindigkeit im Abwindfelt ist noch immer geraten.

Diese roten Flächen, stellen (mit ihrer Z-Höhe) den effektiven Anstellwinkel jedes Rotor-Teilstücks da. Die X-Achse ist der Radius bzw. das Rotorblatt.
In Tiefenrichtung habe ich gleich verschiedene Drehzahlen rechnen lassen.

Verteilung_der_induzierten_Geschwindigkeit_Detail.png (174.9 KiB) 1226 mal betrachtet

Der "platte" Bereich links ist das "Auftriebsloch" rund um die Hauptrotorwelle / Rotorkopf, wo kein profiliertes Rotorblatt ist.
Der fast senkrechte Teil jeweils rechts an der roten Fläche ist aus dem Grund so, weil ich bei allen drei Abwindverteilungen an der Rotorblattspitze den Abwind auf den letzten paar cm auf "Null" zurück genommen habe. Somit ist ganz rechts der reine geometrische Anstellwinkel, ohne Abwind zu finden...

Wie ermittle ich den effektiven Anstellwinkel?
Zum einen haben wir von oben ja den "Abwind" pro Radiusstation. Zum anderen haben wir ja auch noch verschiedene Drehzahlen. Daraus lassen sich mittels Winkelfunktion der Abwindwinkel an jeder Radiusstation bestimmen. Dann addiere ich noch einen (zur Zeit) konstanten geometrieschen Anstellwinkel des Rotorblattes dazu und lösche die Werte im Bereich der Rotorwelle, an der das Rotorblatt überhaubt kein Profil mehr hat. (also Aerodynamisch zuende ist.)

Hier die Draufsicht der effektiven Anstellwinkelverteilung für die rechteckige Abwindsituation:

Rechteck.png (27.98 KiB) 1224 mal betrachtet

Hier die Draufsicht der effektiven Anstellwinkelverteilung für die dreieckige Abwindsituation:

Dreieck.png (17.31 KiB) 1223 mal betrachtet

Hier die Draufsicht der effektiven Anstellwinkelverteilung für die Kurven Abwindsituation:

Kurve.png (22.49 KiB) 1226 mal betrachtet

Die nächsten Schritte sind:
- Aufbau einer Datenbank mit vielen vielen Profildaten, die ich im XFoil berechne und via Text-Report-Datei (zur Zeit nur" ins Excel lade) in die Datenbank einlese.
- Ergebnisse für jede Radiusstation und Drehzahl durch mehrdimensionales Interpolieren (wenn man es so sagen darf) zwischen den in der Datenbank gespeicherten Re-Zahlen, den Anstellwinkeln bestimmen.
- Ergebnisse in einer Netzfläche und Höhenlinien automatisch zeichnen lassen.

Und dann, kann ich kontrollieren, wie weit daneben meine ganz am Anfang geratene Abwindverteilungs-Polylinie mit der nun berechneten Abwindverteilung übereinstimmt. Dann in einer Iterationsschleife der Realität ? weiter nähern...
Dann kann ich evtl. irgendwann auch eine Begründete Aussage zu der vernünftigen Positionierung von Turbulatoren auf einem Rotorblatt machen.

Viele Grüße
Mirko

[satsepp]

machst Du jetzt da eine Doktorarbeit?
das wäre doch was
Bei dem Aufwand den Du da reinsteckst wäre das schon angebracht.

Titelvorschlag statt fluigsau "Dr. Ehernhalber"

Sepp

[Yaku79]

Dr. Turbulator

[acanthurus]

Schöne Arbeit, Mirko.

Die Ermittlung des Abwindfeldes (und damit auch automatisch die des effektiven Anstellwinkels) ist in der Tat die Crux der Sache.
Für den reinen Schwebeflug bist du mit einem Ansatz aus der lokalen Impulstheorie recht gut bedient.
Das funktioniert folgendermaßen:
1. Du teilst deine Rotorkreisfläche in Ringe auf (für Vorwärtsflug: Ringsegmente). Den Rand berücksichtigst du dadurch, dass du mit der Diskretisierung eine halbe Blatttiefe von der Blattspitze entfernt aufhörst (sog. B/2-Regel nach Opitz)
2. Du nimmst deinen geometrischen Einstellwinkel (Pitch) und nimsmt davon die Hälfte als Startwert für den effektiven Anstellwinkel
3. Mit diesem effektiven Anstellwinkel berechnest du den Schub (über die Polare oder notfalls über ca=2*pi*alpha_eff), der auf das Ringsegment wirkt
4. Aus dem Schub berechnest du über den Impulssatz die Geschwindigkeit des Downwash im Fernfeld (v_i)
5. Du halbierst diese Geschwindigkeit und setzt sie als momentane Durchströmgeschwindigkeit am Blatt an. Daraus kannst du jetzt ein neues alpha_effektiv berechnen. Mit diesem Wert steigst du bei schritt 3 wieder ein und iterierst durch, bis sich alpha_eff nicht mehr wirklich ändert.

Mit dieser Methode kannst du aus deinem Pitchwinkel den Gesamtschub, die Downwashverteilung und deinen effektiven Anstellwinkel schon ganz brauchbar berechnen. Wenn du aber den Schub vorgegeben hast, musst du noch deinen Pitch hiniterieren (newton-Verfahren, oder einfach zwei verschiedene Pitchwinkel rechnen und dann interpolieren)

Ich kann dir ne Studienarbeit zukommen lassen, wo genau das durchgeführt wurde, basierend auf X-Foil-Polaren. Juh häf PN.

gruß
andi

[Husi]

machst Du jetzt da eine Doktorarbeit?
das wäre doch was
Bei dem Aufwand den Du da reinsteckst wäre das schon angebracht.

Titelvorschlag statt fluigsau "Dr. Ehernhalber"

Sepp

Moin Sepp,

früher habe ich das mal gewollt (damals allerdings noch mit Thema Segelflugzeug), heute ist das aber rum.
Nee die Antwort ist viel einfacher, ich habe keinen Fernseher Zuhasue. Und bevor es anfänge langweilig zu werden, werfe ich das AutoCAD an und programmiere / zeichne mir was schönes.
Außerdem habe ich noch immer meinen Wunsch-Heli vor Augen, den ich in ein paar Jahren gebaut und in der Luft haben möchte. Dazu brauche ich den oben gezeigten Blödsinn dann auch...

Viele Grüße
Mirko

[yogi149]

Hi Mirko und Andi,

müsste nicht eigentlich die Patentschrift von Helitec da was zu sagen?

Ansonsten sind da wohl auch andere dran:SWR Bericht

Da müste ich wohl mal Rolf vom Institut ansetzen, der hätte wenigstens dirket den Windkanal zu testen.

[yogi149]

Hi,
hier noch der Link dahin:
Depatisnet Gebrauschmusterschrift
ist übrigens doch nur ein Gebrauchsmusterschutz, und dabei wird ja eigentlich keine vollständige Patentrecherce gemacht.
Allerdings finde ich da überhaupt keine Grundlagen zum genauen Funktionieren der Turbulatoren.
Aber eine Rechtschreibprüfung hätte so ein Dokument meiner Meinung nach schon verdient.

[Crizz]

na, das sieht aber wild und planlos aus was da als Gebrauchsmuster geschützt ist....

[acanthurus]

Guten Morgen miteinander.

@Jürgen: Ich hatte das HeliTec-Ding mal grob überflogen und ihnen auch ne Mail geschickt - mit dem freundlichen Hinweis, dass ich bereits 2004 dazu was veröffentlicht hatte - ohne böse Absicht, einfach um denen Patentaufwand und Kosten zu sparen für ein Patent, welches sehr leicht anfechtbar wäre. Es gab keinerlei Antwort oder Kenntnisnahme.

Im Vergleich zu dem, was Mirko da so an Aufwand treibt und dem, was ich anno 2001 da ausprobiert habe (zwar mit Grundberechnung, aber nicht so aufwendig wie Mirko) ist die HeliTec-Lösung eine reine TabulaRasa (oder Turbulatorasa)-Methode. Großflächig trippen, keine Ahnung wo, dann passiert schon was.
Eine hochoptimierte Lösung kann es ja aber auch aufgrund der vielen Kompromisse bei Rotorblättern eh nicht geben, insofern kann ich verstehen, dass man die Kunden nicht noch mit aufwendigen Anweisungen konfrontieren möchte.

gruß
andi

[yogi149]

Hi Andi,

da es ja nur ein Gebrauchsmusterschutz ist, wurde ja gar keine Recherche gemacht.
Kenne das, weil wir selber für unsere Gebrauchsmusteranmeldungen dafür sorgen mussten, das es nicht schon geschützt oder "bekannt" ist.

Aber welcher Patentanwalt liefert so ein Dokument ab?
Halbe Sätze, die irgendwo aufhören und Schreibfehler, die eine normale Rechtschreibkorrektur eliminiert hätte.
(und wer ist Ben Rathmann? Kai kenne ich)

Hatte nicht sogar Curtis Youngblood vor Jahren mal so seltsam zerkratzte Blätter, die effektiver sein sollten? So in Richtung Haifischhauteffekt.
Und Beulen wie beim Golfball gab es auch schon auf Blättern.

Bei Mirkos Datenbank sehe ich das Problem, das die meisten Modell-Blatthersteller gar kein sauberes Profil verwenden.
Mit Christopher hast Du Dich ja schonmal für tragene Profile auf die Suche gemacht.

[Husi]

Moin moin,

heute sagte mein Arbeitskollege, das er seine Steuer fast fertig hätte. Warum freue ich mich darauf? Er ist unser Mister Datenbank und kann seine Muttersprache SQL besser als ich deutsch.
Somit bekomme ich irgendwann nächste Woche eine Datenbank für die mit XFoil berechneten Daten.

Damit ich auch etwas zum "füttern" habe, bin ich gerade fleißig:

NACA0015_XFoil_03.png (72.24 KiB) 1058 mal betrachtet

Es geht also weiter, wenn auch nicht so schnell...


Viele Grüße
Mirko

[Crizz]

wow !

[acanthurus]

Alles so schön bunt hier...

Bevor du kubikmeterweise Polardaten bunkerst, solltest du mal kurz über dein ncrit nachdenken; der wunderparameter im Xfoil, um Polaren da hinzutrimmen, wo man sie haben möchte
(ncrit ist das Kriterium im e^n-Grenzschichtmodell, d.h. die Berechnung geht genau dann von Transition aus, wenn eine Anfangsstörung auf ihren e^n-fachen Wert gestiegen ist)
Ich hab gesehen dass du mit dem Standardwert von ncrit=9 rechnest.
Das könnte evtl. etwas zu niedrig sein, da deine Zuströmung (im Schwebeflug wenigstens) axial beschleunigt ist und deshalb einen recht kleinen Turbulenzgrad mitbringen dürfte (im gegensatz zum Vorwärtsflug-Strömungsmüll).
Normalerweise würde ich deswegen kein Aufhebens machen, ABER ncrit ist der ENTSCHEIDENDE Parameter, wenn es um die Lage der natürlichen laminar-turbulenten Transition geht, und damit auch um die Lage/Existenz von Ablöseblasen. Und gerade deshalb sammelst du ja die Polaren (in diesem Thread wenigstens)
Guggsdu dazu mal hier: http://www.rc-network.de/forum/archive/ ... -1709.html

Vielleicht machst du mal ein oder zwei Vergleichsrechnungen mit ncrit=9, 10, 11 und 12 für eine exemplarische Polare und schaust.
Speziell bei solchen Baby-Reynoldszahlen kann der EInfluss schon recht mächtig sein.
Faustregel: je kleiner ncrit, desto früher setzt die natürliche Transition ein. Da kann es also passieren, dass ind er Realität Blasen auftreten, wo die Rechnung aufgrund frühzeitiger Transition schon (abösefreie) Turbulenz vorhersagt.

gruß
andi

[Mataschke]

ihr seid krank !

[acanthurus]

ihr seid krank !

Danke, von DIR nehme ich das mal als Kompliment.
Aber wenn man, wie ich, zu blöde zum anständig fliegen ist, zu schusselig um anständig zu basteln, zu beschäftigt um reichlich zu tüfteln, dann bleiben nicht viele Betätigungsfelder übrig....
gruß
andi