Zusammenfassend die Empfehlungen:
- Spannweite grösser 1 Meter
- Flügelbreite grösser 150mm
- Flügelstreckung zwischen 4-8
- Max. Fluggewicht festlegen nach Flügelfläche und
angepeilter Flächenbelastung
Als erstes sollte man sich darüber klar werden; was für ein
Modell will man überhaupt bauen? Das heisst Segelflugzeug,
Motorflieger, Hoch- oder Tiefdecker, mit oder ohne Fahrwerk usw.
Im folgenden werde ich einen möglichen Weg aufzeigen um ein
Motorflugmodell auszulegen.
Analog gilt das gleiche natürlich auch für ein Segelflugzeug,
nur das dort die Profilwahl und Flügelform einen deutlich
grösseren Stellenwert haben (um brauchbare Flugeigenschaften zu
erzielen).
Wir werden, in diesem Beispiel, zusammen ein gutmütiges,
einsteigerfreundliches Motorflugmodell "erarbeiten".
Erste Frage: Wie gross soll das Modell werden
(Spannweite)? Es ist ein Irrtum wenn man meint, es sei einfacher
ein kleines Modell zu fliegen. Sicher, es gibt heute (2014) wirklich
kleine RC- Modelle mit teilweise kaum mehr als 300mm Spannweite.
Aber das sind entweder super leichte Saalflugmodelle, oder dann
Modelle die ein "3-Achsen- Kreisel- Autopiloten"
eingebaut haben um diese kleinen "zappeligen" Dinger
beherrschen zu können.
Um ein einigermassen gutmütiges Flugverhalten zu bekommen,
sollte man nicht gross unter einem Meter Spannweite gehen
(besser mehr). Gleichzeitig soll der Flügel auch nicht zu
schmal werden.
Das ist aerodynamisch bedingt und hängt mit der
so genannten Reynolds- Zahl zusammen. Weniger als 150mm
an Flügelbreite sollte man eher vermeiden, wenn es ein
gutmütiger fliegendes Modell werden soll. Das ist vor allem bei
langsamer fliegenden Modellen wichtig; bzw. es wirkt sich im
Langsamflug positiv aus, z. B. bei der Landung...
Neben der Spannweite ist also auch die Flügelbreite ein wichtiger
Faktor, denn daraus ergibt sich am Schluss die Flügelfläche
die da gesamte Modellgewicht "in der Luft tragen
muss".
Wenn man nun die gewählte Spannweite durch die gewünschte
Flügelbreite teilt, bekommt man eine Zahl die Flügelstreckung
genannt wird.
Die Flügelstreckung errechnet sich aus der Spannweite geteilt
durch die Flügelbreite. Bei Motorfliegern liegt die Streckung meist
in einem Bereich von 4-8..., hingegen kann sie bei
Segelflugmodellen leicht 15, 20, 30 oder sogar noch mehr
betragen. Für ein Motorflugzeugen spielt es (meistens) keine so grosse Rolle,
wenn der Flügel einen relativ grossen Strömungswiederstand
erzeugt. Bei Segelflugzeuge hingegen ist das eine sehr
wichtige Grösse. Am Strömungswiederstand einer Tragfläche
hat der so genannten induzierten Widerstand einen grossen Anteil
(Randwirbel).
Die Form des Flügels ist auch eine Grösse
die es zu berücksichtigen gilt. Der einfachste ist der
rechteckige Flügel, gefolgt von einer Trapeztragfläche und
Flügel die aus mehreren Trapezen, oder auch geschwungenen
Formen gebildet werden. Hier begnüge ich mich mit dem
rechteckigen und trapezförmigen Flügel.
Die Flügelfläche [FA] berechnet sich immer aus Spannweite [SW]
mal
(mittlere) Flügelbreite [b].
FA = SW x b
FA = SW x ( (Fba + Fbi) / 2)
Welche der drei einfachen
Trapezformen man wählt ist dabei unerheblich. wichtig ist hier
nur, dass die äussere Flügelbreite [Fba] nicht fiel kleiner
als 150mm gewählt wird, sonst kommt man auch hier in einen
ungünstigeren, tieferen Reynolds- Zahlenbereich, was zu
plötzlichem "abschmieren" eines Modells im
Langsamflug beitragen kann.
Neben dem "besseren
Aussehen" einer Trapez- Tragfläche wird hier auch die
Auftriebsverteilung positiv beeinflusst, solange man es nicht
übertreibt und den Aussenbereich zu schmal macht.
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Reynolds- Zahl
Die nach dem Physiker Osborne Reynolds benannte Zahl,
ist eine einheitenlose Grösse die sich für jeden
umströmten Körper berechnen lässt.
Die Reynolds- Zahl "Re" eines Tragflächenprofils lässt
sich direkt mit folgender Formel berechnen:
Re = v x b x 70
(gültig für Flügelprofile)
v = Geschwindigkeit in [m/s]
b = Flügelbreite in [mm]
Bei einer Flügelbreite von 180mm und einer
angenommen Fluggeschwindigkeit von 30 km/h (8.33 m/s) ergibt das
zum Beispiel eine Reynolds- Zahl von:
8.33m/s x 180mm x 70 = 104'999.99
[Re]
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Flügelstreckung
Die Flügelstreckung ist eine
dimensionslose Zahl die sich aus der Spannweite und der
Flügelbreite errechnet:
Beispiel:
Spannweite [SW]: 1400mm
Flügelbreite [b]: 180mm
>> Flügelstreckung [Fs] = 1400 / 180 = 7.77
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Induzierter Widerstand
einer Tragfläche
Das Flugzeug erzeugt seinen
Auftrieb, indem sich seine Tragfläche durch die Luft
bewegt. Dadurch entsteht oberhalb des Flügels ein relativer
Unterdruck und unterhalb des Flügels ein relativer
Überdruck. An den Flügelenden findet nun ein
Druckausgleich statt, in dem die Luft mit höherem
Druck (unten) zur Oberseite mit niedrigerem Druck
fliessen möchte. Es entstehen an den Flügelenden zwei
gegenläufige Randwirbel. Diese Randwirbel entziehen dem
"Auftriebssystem Tragfläche" jedoch
Energie, und das wird „induzierter Widerstand“ genannt.
Der Widerstandsbeiwert ist bei optimaler
Auftriebsverteilung (siehe unten) nur abhängig von der
Flügelstreckung
.
>> je grösser die Flügelstreckung um so kleiner
wird der induzierte Widerstand, darum haben
Segelflugmodelle vergleichsweise schlanke Flügel mit
hoher Streckung.
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Randwirbel
Der Randwirbel ist ein sich
drehender Wirbel an den Flügelenden. Er entsteht durch
den Druckunterschied von der Unterseite zur Oberseite
der Tragfläche. Diese Wirbel drehen sich immer
"nach innen". Mann kann sie sich auch als
liegende Tornados vorstellen, die sich konisch erweitern
mit steigender Distanz zum Flugzeug/Modell.

Diese Wirbelschleppen können
ein nachfolgendes Flugzeug gleicher Grösse in
erhebliche Schwierigkeiten bringen. Darum sind auch die
Abstände von grossen Passagieremaschinen beim Landen
sehr wichtig (Stichwort: wake turbulence) |
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Weitere grundlegende Fragen; Abfluggewicht und
Flächenbelastung:
Das geplante Abfluggewicht ist zusammen mit der
Flügelfläche ein wichtiger Indikator dafür, wie sich ein
zukünftiges Modell fliegen lässt. Eng verknüpft dazu, ist
hier die Flächenbelastung. Das ist ein guter Indikator dafür,
wie sich ein Modell verhält.
Generell gilt, dass je geringer
die Flächenbelastung ist, es einfacher wird ein Modell zu
fliegen. Das vor allem darum, weil man es langsamer fliegen kann.
So ganz pauschal kann man das aber nicht sagen, denn ein kleines
Modell kann fast unfliegbar sein mit einer Flächenbelastung von
Beispielsweise 80 g/dm2. Hingegen ein doppelt so
grosses Modell, mit der gleichen Flächenbelastung, lässt sich
noch sehr angenehm fliegen. Das liegt daran, dass beim
grösseren Modell die Aerodynamik am deutlich breiteren
Flügel einen viel Besseren "Wirkungsgrad" aufweisst,
was sich in der viel grösseren Reynolds Zahl ausdrückt (sehr
vereinfacht gesagt).
Um das besser zu verdeutlichen habe
ich die folgende Tabelle dazu erstellt:
|
Modell |
Spannweite |
Gewicht |
Flügelfläche |
Flächen-
Belastung |
Lande-
Geschw. |
Einstufung |
Pilatus
Turboporter |
1440
mm |
560
g |
25.2
dm² |
22.22
g/dm² |
Sehr
langsam |
extrem
gutmütig |
Piper
Cub L-4 |
1050
mm |
335
g |
15
dm² |
22.33
g/dm² |
Sehr
langsam |
extrem
gutmütig |
Nimbus
(Segler) |
3600
mm |
2656
g |
80
dm² |
33.2
g/dm² |
langsam |
sehr
gutmütig |
Piper
Cherokee |
1050
mm |
679
g |
18.58
dm² |
36.54
g/dm² |
langsam |
gutmütig |
Speedy
2012 NG |
869
mm |
615
g |
16.51
dm² |
37.25
g/dm² |
langsam |
gutmütig,
wenn nicht zu langsam |
Speedy
NG 2XL |
1430
mm |
1562
g |
36.46
dm² |
42.84
g/dm² |
langsam |
sehr
gutmütig |
CalMod
one E |
1550
mm |
2308
g |
42.6
dm² |
54.18
g/dm² |
langsam |
gutmütig |
Partenavia |
1330
mm |
1361
g |
24.6
dm² |
55.33
g/dm² |
gut
beherrschbar |
gutmütig |
Pegasus |
1800
mm |
2720
g |
47.7
dm² |
57.02
g/dm² |
langsam |
gutmütig |
Twin
Otter DHC-6-300 |
1345
mm |
1545
g |
20.17
dm² |
76.58
g/dm² |
gut
mit Klappen |
Mit
Erfahrung; gutmütig |
Robin
Dauphin 4 / DR400-140B |
1740
mm |
4698
g |
54.2
dm² |
86.7
g/dm² |
gut
beherrschbar |
gutmütig |
Tecnam
P2002-JF |
1547
mm |
3287
g |
36.25
dm² |
90.67
g/dm² |
Schnell |
Mit
Erfahrung und Klappen; gut beherrschbar |
Millenium
(Elektro- Twin) |
2000
mm |
6285
g |
65
dm² |
96.69
g/dm² |
gut
beherrschbar |
gutmütig |
Cessna
310 |
2350
mm |
7107.4
g |
68.9
dm² |
103.16
g/dm² |
langsam |
Mit
Erfahrung; gutmütig |
Pilatus
PC-12 |
1890
mm |
5810
g |
40.7
dm² |
142.8
g/dm² |
relativ
langsam |
Mit
Erfahrung und Klappen; gut beherrschbar
kritisch beim Starten… |
Robin
Dauphin 4 (Grossmodell) |
2400
mm |
15150
g |
105.24
dm² |
143.96
g/dm² |
Schnell |
Mit
Erfahrung und Klappen; gut beherrschbar |
Ich habe hier versucht einen Anhaltspunkt zu geben, wie sich
verschiedene Gewichts/Grössenverhältnisse auswirken können.
Natürlich ist es schwierig das in Worte zu fassen, aber
zumindest gibt sie einen "Bereich" an (Farben), was man in etwa
erwarten kann, bei verschiedenen Verhältnissen. Allgemein
darf gesagt werden, dass alles was unter 40 g/dm2
Flächenbelastung liegt, keine all zu grossen Schwierigkeiten
geben sollte. Wenn sogar 20-25 g/dm2
Flächenbelastung unterschritten werden, dann fliegt fast alles,
solange nicht die elementarsten aerodynamischen regeln ignoriert
werden . Bei Modellen mit Spannweiten um die 1300mm sind etwa 60
g/dm2 die Grösse, wo man sich Gedanken
über die eigenen (Fliegerischen) Fähigkeiten machen sollte. Ein schönes
Beispiel dazu ist meine kleine Twin
Otter; Das Modell ist für mich gut zu beherrschen, aber
für die Landungen sind die Landeklappen ein wichtiger Faktor.
Das liegt hauptsächlich daran, dass es für seine Grösse eine
hohe Flächenbelastung von rund 76 60 g/dm2
aufweisst (i st kein Anfängertaugliches Modell).
Die deutlich grössere Elektro-
Robin hat mit ihrem breiten, 1740mm spannenden Flügel wohl
eine deutlich grössere Flächenbelastung (86.760 g/dm2);
das Modell lässt sich aber relativ langsam und viel einfacher landen
wie die Twin Otter. Wenn
nun also die Grösse, das heisst Spannweite und Flügelbreite,
wie auch das geplante Abfluggewicht festgelegt sind, kann es mit
der eigentlichen Modellberechnung losgehen.
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