Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

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Husi
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#16 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von Husi »

Eben habe ich mir mal die "Dstar" Spalte im XFoil Export "Dump-File" angesehen.

Dazu habe ich ein paar Fragen:
- Ist der Wert "Dstar" die Dicke der kompletten Grenzschicht (bis sie eben 99% von U unendlich angenommen hat)?
- Ist der Wert (Delta 1 + Delta 2) also somit die Verdrängungsdicke + die Impulsverlustdicke?
- Wird vor der Stelle "X-Transition" die Dicke der laminaren Grenzschicht und nach der Stelle "X-Transition" einfach die Dicke der turbulenten Grenzschicht im Wert Dstar abgebildet?
- Ist die Genauigkeit systembedingt nicht sooo genau? In dem Bild sieht man das NACA 0015 bei einer RE=300 000 und Anstellwinkel = 0° und einer X-Transition bei (jeweils) 75,9% Profil-Länge
Dstar_Ungenauigkeiten.png
Dstar_Ungenauigkeiten.png (65.43 KiB) 1799 mal betrachtet
Viele Grüße
Mirko
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acanthurus
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#17 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von acanthurus »

Moin.

Du nimmst 4x den Publikumsjoker (gut, hätte ja auch der Telefonjoker sein können, aber das ist in diesem Fall wohl dieselbe Person)
- Ist der Wert "Dstar" die Dicke der kompletten Grenzschicht (bis sie eben 99% von U unendlich angenommen hat)?
Die Definition der Grenzschicht mit 99% der Außengeschwindigkeit ist zwar anschaulich recht nett und sehr maschinenbaumäßig (vgl. Rp0.2), aber in der Praxis nicht so richtig brauchbar. Zum Einen sind die 99% ziemlich willkürlich, zum anderen hat man ggf. ein wenig Schwierigkeiten festzusetzen, welches genau die "ungestörte Außengeschwindigkeit" überhaupt ist... insbesondere bei einer Profilumströmung mit sich ändernden Geschwindigkeiten entlang der Profilkontur.
D* ist da wenigstens bezüglich der 99%-Willkürlichkeit deutlich besser und auch bei näherem Hinsehen nicht weniger anschaulich. Es ist die kinematische Verdrängungsdicke. Definitionsgleichung guggsdu hier. Das ist ein Mittelungsergebnis der Geschwindigkeit innerhalb der Grenzschicht, und besagt anschaulich diejenige Dicke an Material, die man auf das Profil schmotzen müsste, um bei einer REIBUNGSFREIEN Strömung um das um die Verdrängungsdicke aufgedickte Profil denselben Massenstrom am Profil vorbeistreichen zu lassen. Die Grenzschicht "kostet" Massendruchsatz, und die Verdrängungsdicke ist die Dicke, die effektiv blockiert wird.
Es gibt dann noch die Impulsverlustdicke (Gleichung), offensichtling eng verwandt, nur nochmal mit dem Geschwindigkeitsverhältnis durchmultipliziert. Das ist die Dicke, welche sich nicht aus der Verdrängung (Massendurchsatz), sondern aus dem Impulsfluss, der Kraft, definiert. Um diese Dicke müsstest du dein Profil aufdicken und reibungsfrei umströmen lassen, wenn dich der Verlust an "Schwung" in der Strömung interessiert (anstatt der "Höhe der Mauer"). Das Verhältnis aus beiden Dicken ist der Formparamenter (H12), der ein schönes Indiz über den Zustand der Grenzschicht liefert (Ablösegefährdet, laminar, turbulent etc.)
- Ist der Wert (Delta 1 + Delta 2) also somit die Verdrängungsdicke + die Impulsverlustdicke?
Die Summe aus beiden Werten bildet (soweit ich das als nicht-Profilaerodramatiker überhaupt verstehe) nicht unbedingt eine Größe mit physikalischer Bedeutung - höchstens das Verhältnis (H12). Woher stammt die delta1+delta2-Geschichte? Könnte ggf. die Summe aus der Dicke der laminaren Unterschicht und der turbulenten GS sein?
- Wird vor der Stelle "X-Transition" die Dicke der laminaren Grenzschicht und nach der Stelle "X-Transition" einfach die Dicke der turbulenten Grenzschicht im Wert Dstar abgebildet?
Davon gehe ich in Xfoil aus, bin da aber nur Anwender. Der Grenzschichtdickenverlauf macht ja (Verdrängungs- und Impulsverlust) an der Transitionsstelle keinen Sprung, sondern "nur" einen Knick. Da aber das Geschwindigkeitspropfil in der Grenzschicht grundsätzlich anders wird, sieht man das im Formparameter am besten, der in der Rechnung da springen kann. In der physikalischen Realität ist die Transition ja keine exakte "Stelle", sondern ein Bereich, den die Grenzschichttheologen ja nochmal unterteilen (Tollmien-Schlichting-wellen, einfaches Wachstum, angefachtes Wachstum, Lambda-Wirbel, Omega-Wirbel, um mal ein paar Schlagworte aus deren Gebetbuch zu nennen...)
- Ist die Genauigkeit systembedingt nicht sooo genau? In dem Bild sieht man das NACA 0015 bei einer RE=300 000 und Anstellwinkel = 0° und einer X-Transition bei (jeweils) 75,9% Profil-Länge
Maaaann bist du anspruchsvoll :roll:
Wir reden hier von Grenzschichtverfahren, das ist mehr Religion als Wissenschaft. Da musst du schon ein wenig Platz für göttliche Eingebung lassen. Denke daran, Xfoil weiß ja nicht, dass das Ergebnis symmetrisch aussehen soll, es rechnet per Panelverfahren erst mal locker-flockig ne Außenströmung in einer vollelliptischen Domäne.. d.h. JEDE Ungenauigkeit an JEDEM Punkt der Panellierung wirkt sich auch auf den Staupunkt (und dessen exakte Lage) aus.
Zudem haben viele Grenzschichtverfahren ein Problem mit der Stunde Null. Ohne Grenzschicht darf nur eine Geschwindigkeit von Null vorliegen, denn sonst wird die Schubspannung unendlich. Ist aber schon eine Grenzschicht vorhanden, wo gar keine GEschwindigkeit vorliegt, so haben wir ebenfalls eine Division by Zero.
Man hangelt sich also mit einer bösen Singularität beginnend die Strömung abwärts - kein gutes Omen für den Numeriker.
Alles nicht so einfach.

gruß
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Husi
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#18 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von Husi »

Heute habe ich es geschafft, ich habe mich selbst ausgetrickst. :oops:

Um Darstellungen in dieser Art machen zu können, möchte ich die Steigungen am Profil bzw. deren Orthogonalen in jedem Profilkoordinatenpunkt in der Datenbank speichern.
NACA_4415_Alpha_4_Grad_klein.jpg
NACA_4415_Alpha_4_Grad_klein.jpg (10.65 KiB) 1750 mal betrachtet
Soweit so gut. Das kleine Progrämmchen, das mir Arrays mit den Steigungen pro Profil ausspuckt, machte seinen Job gut.
Dann dachte ich mir, lass doch einmal die Steigungen schnell im AutoCAD darstellen. Klick -> fertig -> :shock: was ist das?
NACA_Profil_Vergleich_mit_Steigung_in_jedem_Profilpunkt_01a.png
NACA_Profil_Vergleich_mit_Steigung_in_jedem_Profilpunkt_01a.png (44.35 KiB) 1749 mal betrachtet
Alle vier Profile sind symmetrisch, alle vier Profile haben eine Dickenrücklage von 30%, aber die Stelle an der die Steigung null bzw. die Steigung der Orthogonalen unendlich wird ist, an jedem Profil an einer anderen Stelle. :evil:

Was habe ich falsch gemacht?
Also die Stellen (die jeweilige Scheitelpunktnummer) mit den unendlich großen Steigungen im Profil markiert...
NACA_Profil_Vergleich_mit_Steigung_in_jedem_Profilpunkt_02.png
NACA_Profil_Vergleich_mit_Steigung_in_jedem_Profilpunkt_02.png (23.96 KiB) 1749 mal betrachtet
Ok, hier passt es. Aber warum?
Dann hatte ich (mal wieder) eine Erleuchtung :idea:
Das dicke Profil (NACA 0015) braucht ja vorne im Nasenbereich mehr Scheitelpunkte, weil ganz einfach die Konturlinie länger ist. Die Scheitelpunkte sollen ja möglichst harmonisch über das gesamte Profil verteilt sein. :D
NACA_Profil_Vergleich_mit_Steigung_in_jedem_Profilpunkt_03.png
NACA_Profil_Vergleich_mit_Steigung_in_jedem_Profilpunkt_03.png (10.6 KiB) 1752 mal betrachtet
Viele Grüße
Mirko
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acanthurus
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#19 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von acanthurus »

Mann mann Mirko! :mrgreen:
Hab ich dir doch schon bei den parametrischen Splines angekündigt (remember, Osprey-Kontur), dass du in dieses Problem laufen wirst.
Anstatt einer Steigung solltest du dir einen (Einheits)normalenvektor ins Array packen (der wird nur dann singulär, wenn du zwei identische Punkte hast), wenn du schon unbedingt der Datensammelwut erliegst und redundante Geometrieparameter mitschereibst, anstatt diese lokal zu berechnen wenn (falls) du sie brauchst.
Wenn dir das nicht kompliziert genug ist, dann speichere die Splineparameter deiner parametrischen Splinefunktion - daraus kann man analytisch die Ableitungen (auch höhere!) ausrechnen.

Beim Arbeiten mit einfachen Funktionsgraphen-Steigungen kommt dannimmer irgendwann mal das Skalenproblem.... Steigung gegen Unendlich, berechnet aus der finiten Differenz zweier vergleichsweise kleiner (<1) Punktordinaten dividiert durch durch eine Differenz der noch kleineren Abszissen (<<1). Einmal Quer durch die Exponentenskala deines Numerischen Prozessors, ohne Rücksicht auf Verluste. Da nützt auch Double Precision nix mehr, Singularität bleibt Singularität.... die Weiterverwendung dieser Daten macht nur Ärger.

Zudem finden wir hier mal wieder das hier bereits diskutierte Mantra der Punkteverteilung wieder.
Dazu noch ein kleiner Tipp, falls du beratungsresistent dennoch auf der Verwendung von NormalenSteigungen bestehst:
Wenn du einen Punkt deiner Geometrierepräsentation EXAKT auf die dickste Stelle packst (bei gewölbten Profilen viel Spaß beim suchen), dann vermeidest du automatisch die Division by Zero.


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Husi
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#20 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von Husi »

acanthurus hat geschrieben:dass du in dieses Problem laufen wirst.
Stimmt hast du, aber es ist kein ernstes Problem, da ich DIV Null immer vorher abfange und ein "manuelles" / nicht gerechnetes Ergebnis zurück liefere.
acanthurus hat geschrieben:Anstatt einer Steigung solltest du dir einen (Einheits)normalenvektor ins Array packen
Da habe ich doch die selben Differenzen der kleinen Zahlen auch, oder nicht?
acanthurus hat geschrieben:dann speichere die Splineparameter deiner parametrischen Splinefunktion - daraus kann man analytisch die Ableitungen (auch höhere!) ausrechnen.
Die Idee gefällt mir wieder mal gut bis auf die Tatsache... siehe unten. :(

Ich habe den alten Quellcode mal wieder aus dem Keller geholt. Aber sobald ich die Zeichenrichtung umkehre, macht das ein paar 100 Zeilen lange und umständlich geschriebene Programm Mist.
hier funktioniert alles normal
hier funktioniert alles normal
Spline_Erstellung_Punkte_im_Uhrzeigersinn.png (23.52 KiB) 1728 mal betrachtet
Aber wenn ich die Ausgangs- Polylinie in ihrer Zeichenrichtung umdrehe, dann:
hier funktioniert irgendwie nichts, alle Linien sind auf Höhe Null und die Gleichungen sind auch anders...
hier funktioniert irgendwie nichts, alle Linien sind auf Höhe Null und die Gleichungen sind auch anders...
Spline_Erstellung_Punkte_gegen_den_Uhrzeigersinn.png (18.9 KiB) 1727 mal betrachtet
Die reine Spline Erstellung und Ableitung Bestimmung funktioniert mit meinem "Spline-Matrix-Funktions-Kern" komischer Weise in beide Richtungen.
nur_Spline_Funktionen.png
nur_Spline_Funktionen.png (8.16 KiB) 1727 mal betrachtet
Vielleicht lösche ich den alten Krempel und schreibe es noch einmal neu... :roll:
Die Geschichte mit der Steigung ist halt vieeeel weniger Aufwand und z.Z. werde ich es nur brauchen um "Bildchen" zu erstellen...

Viele Grüße
Mirko
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acanthurus
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#21 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von acanthurus »

Da habe ich doch die selben Differenzen der kleinen Zahlen auch, oder nicht?
Yep, aber nicht die ungünstige Division der beiden Differenzen. Diese macht das Problem, denn die Zähler-Differenz bleibt endlich, die Nenner-Differenz klein / geht gegen 0. Die Genauigkeit dadurch auch.
Wenn du den normierten Normalen- oder Tangentialvektor nimmst, dann dividierst du x- und y-differenzen SEPARAT durch den Betrag des (nichtnormierten) Vektors. Der gemachte Fehler ist damit für beide eingiermaßen gleich und landet in der NORMIERUNG, aber nicht in der Richtung. Zudem gibts (wie schon gesagt) keine Singularität (solange die Punkte unterschiedlich sind)

Splinefunktionen sind insbesondere an den Rändern öfter mal zickig, und je nach Gleichungssystemlöser manchmal nicht so richtig symmetrisch.
Ich hab mal (vor knapp 20 Jahren - seufz-) ein Splinefunktiönchen geschrieben, welches mit variabler Stetigkeitsordnung arbeiten konnte. Das funktionierte auch an den Rändern prima. Die Funktion war auch so robust, dass sie am Rand auch zwei identische Punkte vertrug, ohne komische Überschwinger zu machen.
Der Kommentar mit der Splinefunktion war übrigens mehr als Stichelei gedacht denn als echte Empfehlung.
Da du ja mit Xfoil deine Profileigenschaften rechnest, wäre auch mal darüber nachzudenken, in den Code einzusteigen und die Splineparameter auszugeben, welche Xfoil intern (höchstwahrscheinlich) verwendet. Die Source liegt ja glaub ich offen, man müsste sich halt mal etwas Hirnchirurgie zutrauen.
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#22 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von Husi »

Soll ich direkt Moin Andi schreiben, oder hat zu diesem (folgenden) Punkt noch jemand eine Idee bzw. mathematisches Wissen?

Folgendes wie ja weiter oben schon geschrieben, möchte ich als nächste die Koordinaten der rot markierten Punkte bestimmen.
Die Radien (der grünen Kreise) spuckt mir das XFoil aus und sie werden bald in meiner Datenbank stehen...
NACA_Profil_Ortho_Punkt_Bestimmung.png
NACA_Profil_Ortho_Punkt_Bestimmung.png (45.11 KiB) 1721 mal betrachtet
Dazu sehe ich mehrere Möglichkeiten, weiß aber nicht welche die beste Möglichkeit ist.
a.) Die Profilkontur mittels einer kubischen Funktion (Spline) beschreiben und analytisch die Schnittpunkte der gelben ortho-Linien mit den grünen Kreisen bestimmen.
b.) Mittels der gelben Delta Werte, die ja meine normierten Vektoren sind, eine Geradengeleichung erstellen. Dann den (richtigen) Schnittpunkt mit der Kreisgleichung bestimmen.
c.) Alles einfach von AutoCAD erledigen lassen. Via Programmierung automatisch Strahlen (anstelle der gelben Linien) erstellen lassen, ein Kreis zeichnen, den (jetzt nur noch) einen Schnittpunkt bestimmen und die temp. Objekte direkt wieder löschen lassen... -> Das wäre für mich die schnellste Methode, wenn auch der Rechner dabei mehr gequält wird. :roll:
acanthurus hat geschrieben:Yep, aber nicht die ungünstige Division der beiden Differenzen. Diese macht das Problem, denn die Zähler-Differenz bleibt endlich, die Nenner-Differenz klein / geht gegen 0. Die Genauigkeit dadurch auch.
Wenn du den normierten Normalen- oder Tangentialvektor nimmst, dann dividierst du x- und y-differenzen SEPARAT durch den Betrag des (nichtnormierten) Vektors. Der gemachte Fehler ist damit für beide eingiermaßen gleich und landet in der NORMIERUNG, aber nicht in der Richtung. Zudem gibts (wie schon gesagt) keine Singularität (solange die Punkte unterschiedlich sind)
Ich denke, das ich bei den Punkten a. und b. das Problem nicht umgehen kann, oder doch?
Bei Punkt c. überlasse ich die Problemlösung andern. :D
acanthurus hat geschrieben:Da du ja mit Xfoil deine Profileigenschaften rechnest, wäre auch mal darüber nachzudenken, in den Code einzusteigen und die Splineparameter auszugeben, welche Xfoil intern (höchstwahrscheinlich) verwendet. Die Source liegt ja glaub ich offen, man müsste sich halt mal etwas Hirnchirurgie zutrauen.
Soll ich die den Quellcode weiter leiten, ich blicke bei der verwendeten Sprache und Vorgehensweise im XFoil nicht so wirklich durch... :dontknow: :oops:

Viele Grüße
Mirko
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yogi149

#23 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von yogi149 »

Hi Mirko,

ich weiß zwar gerade nicht genau, was Dein "roter Punkt" überhaupt ist :roll: , aber, wenn Du doch den Radius hast (XFoil) und die Richtung (in Winkel oder in dx und dy) von Deinem Strahl (Gelb), sind doch die Koordinaten von dem Punkt direkt zu berechnen.
Da brauchst Du doch keine Schnittpunktberechnung mehr. Ist doch ein rechtwinkeliges Dreieck mit dem Radius als Hypotenuse, oder nicht?
CubaLibreee
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#24 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von CubaLibreee »

Wenn ich hier lese, komme ich mir immer vor, als war ich auf der Baumschule und hab selbst da die ganze Zeit geschlafen!!! :roll:
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Husi
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#25 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von Husi »

yogi149 hat geschrieben:ich weiß zwar gerade nicht genau, was Dein "roter Punkt" überhaupt ist
z.B. die Druckverteilung auf dem Profil, die Dicke bzw. die "Stabilität" der Grenzschicht, oder lokale Scherspannung an der Profiloberfläche etc.
Für eine Druckverteilung hatte ich hier das oberste Bild gezeigt. https://www.rchelifan.org/viewtopic.p ... 1#p1558891
yogi149 hat geschrieben:Ist doch ein rechtwinkeliges Dreieck mit dem Radius als Hypotenuse, oder nicht?
Danke, da habe ich mal wieder den Wald vor lauter Bäumen nicht gesehen. Ein einfacher Dreisatz reicht aus. :headbang:

Viele Grüße
Mirko
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#26 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von acanthurus »

Wie hieß das bei Genesis damals? "And then there were three"... obwohl die sich der Zahl von der anderen Seite genähert hatten.
Jedenfalls Danke, Jürgen, dass dies hier kein reines Zwiegespräch mehr ist.
Danke auch Cuba, dass du uns gelegentlich daran erinnerst, wie "normal" wir sind :alien:
Um Jürgens Methode in meine Worte zu fassen:

Nehme die von mir so empfohlenen Einheitsnormalenvektoren, multipliziere sie mit dem (ggf. verabsolutwerteten) Cp-Wert, addiere die Aufpunktkoordinate und du hast deinen roten Punkt. Rot natürlich nur für das passende Vorzeichen.. wenn du dieses beim verabsolutwerteln umdrehen musstest (Cp<0), musst du auch die Farbe ändern ;)

Gaanz entspannt.

Gruß
andi
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yogi149

#27 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von yogi149 »

Hi,
acanthurus hat geschrieben:dass dies hier kein reines Zwiegespräch mehr ist.
bei der Mathe bin ich aber schon längst raus, das wäre eher was für Susanne.
Ich bin mehr der Praktiker, der dann Mirkos gewonnene Profildaten in eine Fräsform umsetzen kann.

Und zusätzlich hätten wir sogar die Möglichkeit das ganze nachher im RWTH Windkanal vermessen zu lassen. :roll:
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#28 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von Husi »

acanthurus hat geschrieben:Nehme die von mir so empfohlenen Einheitsnormalenvektoren, ...
Nach einigem Nachdenken, habe ich es glaube ich verinnerlicht.
So sieht es bei mir aus, wenn ich mir die Vorgänge grafisch vorstelle.
NACA_Profil_Delta_XY_Linien_und_Einheitsvektoren_02.png
NACA_Profil_Delta_XY_Linien_und_Einheitsvektoren_02.png (56.8 KiB) 1622 mal betrachtet
Hellblau ist wieder mal das Profil.
Dunkel blau die um genau eine Einheit versetzte Profil-Kontur.
Hellgrau (jede 5te Verbindungslinie zwischen Profil-Kontur und der um 1 versetzen Profil-Kontur.
Rot sind die Einheitsnormalenvektoren -> ach siehe mal an, die bilden ja einen Keisausschnitt... -> irgendwie ja auch klar, wenn jeder Vektor "1" lang ist... :roll:

Die grüne Linie zeigt (zusätzlich noch einmal) die Delta X Werte. Bei ihr sind die Y-Werte einfach nur hochgezählt bzw. die Punktnummern.
Die gelbe Linie zeigt (zusätzlich noch einmal) die Delta Y Werte. Bei ihr sind die X-Werte einfach nur hochgezählt bzw. die Punktnummern.
acanthurus hat geschrieben:Gaanz entspannt.
Das ist ja wirklich ganz entspannend. :D Manchmal dauert es eben etwas länger, bis ich dir (Andi) glaube. :oops:
Auf Grund dessen habe ich jetzt auch das Datenschema in der Datenbank dahingehend angepasst.

Viele Grüße
Mirko
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#29 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von Juergen110 »

Ich hätte wirklich gern einen Beitrag geleistet, aber nach 15 Minuten lesen bin ich nur noch :confused2: :happy6: :happy6: :happy7: :confused5:

I-wann werde ich vll. nochmal verstehen um WAS es hier überhaupt geht....Aber sicher bin ich mir nicht....
helihopper

#30 Re: Erstellung von NACA Profilen der 4er-Serie

Beitrag von helihopper »

Moin Jürgi,

im Prinzip geht es um so etwas:

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ ... e_seed.ogv

:mrgreen:

Harald

Der hier auch nur Bahnhof versteht, aber ganz gerne mitliest, wie sich das entwickelt.
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