Diamant Plus

Home Nach oben Inhalt Gastvermerke

 

 

3 Seitrenansicht des Diamant Plus

 

 

Das "Diamant Plus" - Konzept

Schon seit ein paar Jahren schwebte mir vor, mir mal wieder ein Modell der 4 Meter-Größenordnung zu bauen, das ähnlich wie mein alter "Diamant", den Uwe Gewalt und Hans Müller seit den frühen 80er Jahren noch immer in ihren Portfolios anbieten, großseglerähnliche Konturen haben sollte, profilmäßig besonders für flaue Thermikphasen am Hang oder in der Ebene geeignet sein sollte und dessen Design mit Hilfe meines FMFM-Programms hinsichtlich Leistung und Handling bestmögliche Resultate beim Floatenschieben wie beim dynamischen Segeln liefern sollte. Um in der Ebene unabhängig von Winde und (oft nicht vorhandenen) Helfern zu sein und beim alpinen Hangfliegen jederzeit starten zu können, um auch bei flauen Bedingungen ohne Sorge um fatale Absaufer weiter draußen nach Bärten schnüffeln zu können, sollte auch ein Elektrotriebwerk ins Pflichtenheft.

Im Hinblick auf die flugmechanische Auslegung des avisierten Modells erwiesen sich die Proportionen des alten Diamantrumpfes als nahezu ideal und seine Konturen fand ich nach wie vor so ansprechend, daß mir nichts Besseres in den Sinn kam. Drei Rümpfe aus der Urzeit des Diamant fanden sich noch auf dem Dachboden, also machte ich mich daran, Tragflügel und Leitwerk seinen Gegebenheiten anzupassen. Heraus kam mit den Zielspezifikationen ein Modell mit den Proportionen wie in obiger 3 Seitengrafik dargestellt.

Der Tragflügel sollte weitestgehend das HQ/W-3,5/13 - Profil tragen. Da am Rumpf aber noch das alte HQ-3,5/13  -Profil angeformt war, wurde in einem kleinen Übergangsbereich in der Flügelmitte vom alten auf das neue Profil gestakt. Um dem Modell ein möglichst unkritisches Überziehverhalten beim Thermikkurbeln anzuerziehen, wurden die Flügelenden etwas stärker nach oben gestellt und vom Ende der Querruder bis zur Spitze auf das sehr überziehstabile neue HQ/Winglet - Profil gestrakt. Die widerstandsintegrierten Tragflügelpolaren für diese Profilkombination sind weiter unten für verschiedene Wölbklappenstellungen wiedergegeben.

Hohe Flugleistungen bei einem Modell sind zwar immer schön und erwünscht, man muß aber bei der Konzeption der Manövrierbarkeit dafür sorgen, daß diese Leistungen auch erflogen werden können. Insbesondere ist bei  Segelflugzeugen und -Modellen dafür Sorge zu tragen, daß das negative Wendemoment klein gehalten wird  und ausreichend Gier- und Rollwendigkeit vorhanden sind. Schmale Flügel im Flächenaußenbereich bedeuten in der Regel geringe Profil-Re-Zahlen und damit hohe Profilwiderstände, besonders bei Querruderausschlag und im Kurvenflug. Bei den Großsegelflugzeugen hat schon der Überflieger "Eta" gezeigt, daß ein Tiefensprung zu höheren Flügeltiefen am Außenflügel zu deutlich besserem Roll- und Gierverhalten führt. Da ich mit meinem FMFM-Programm die Möglichkeit habe, die Auftriebsverteilung am Tragflügel auch bei Einsatz eines solchen Tiefensprunges zu optimieren (siehe Grafik unten), habe ich mich zu einer solchen Maßnahme am neuen Modell entschlossen. Um diesen Tiefensprung beim Fliegen auch wirklich auszunutzen, muß dann allerdings das Querruder am Beginn des Sprunges geteilt werden und die inneren und äußeren Querruder müssen getrennt angelenkt werden. Das äußere Querruder ist logischerweise stärker auszuschlagen als das innere, ein wenig Probieren beim Einfliegen bleibt einem allerdings nicht erspart.

 

 

 

Zum Graupner DIAMANT

Es sollte nicht lange dauern, daß auch die Fa. Graupner ( www.graupner.de ) daran Interesse zeigte, den Diamant Plus in etwa wie konzipiert in ihr Seglerportfolio aufzunehmen. Mit Uwe Gewalt wurde man sich schnell einig über eine modifizierte Verwendung des Diamantrumpfes und für die Herstellung der Tragflächen bot sich ein Verfahren an, das an Stelle von Mehrfachtrapezen wie an meinem Prototyp eine ästhetisch schöne Verrundung der Flügelvorderkante ermöglichte. Der Rumpf bekam eine Anformung für das HQ/W-3,5/13 - Profil und eine veränderte Spitze für einen potentiellen  Einbau des  Graupner COMPACT 655- Elektrotriebwerks.

Innerhalb nur weniger Monate gelangte dieses Modell zur Produktreife und wurde im Februar (2006) auf der Nürnberger Spielwarenmesse als DIAMANT der Modellfliegerwelt vorgestellt.

 

 

               

 

Einige Fotos vom Jungfernflug unserer Diamanten an den Colli di San Fermo in den italienischen Alpen

 

Geometrische und aerodynamische Größen des Diamant Plus
1. Berechnung relevanter geometrischer und aerodynamischer Größen des Tragflügels          
Teilfläche : Trapez 1 Trapez 2 Trapez 3 Trapez 4 Trapez 5 Trapez 6 Trapez 7 Randfläche      

Flächeninhalte der Teilflächen,  Fi [dm2] :

1,680 11,400 11,575 10,775 2,538 3,700 2,511 1,631      
Gesamtflächeninhalt,  FTf [dm2] : 91,619                    
Mittlere Tragflächentiefe,  lm [mm] : 203,60 Xo-Wert der Tragfläche mittlerer Tiefe,  Xom [mm] :   20,30 Nullmomentenbeiwert der Tragfläche,  CMo(lm) : -0,1347
Tiefe der Ersatztragfläche,  lE [mm] : --- Xo-Wert der Ersatztragfläche,  XoE [mm] :  --- Nullmomentenbeiwert der Tragfläche,  CMoE(lE) : ---
Neutralpunkt der Tragfläche,  XN [mm] :  68,22 Neutralpunktabstand des Ersatzflügels,  XNE [mm] :  ---          
Streckung der Tragfläche,  L : 22,10 Effizienzfaktor der Streckung ,  aFell 0,9170          
Auftriebsanstieg des Tragflügels,  dcA / da  [1/°Deg] : 0,0920 Effizienzfaktor des Flächenauftriebs,  aF 0,8390 Effizienz der Flächengeometrie,  aF / aFell : 0,9149
Nullauftriebswinkel des Tragflügels,  ao [°Deg] : -4,80                    
k - Faktor des Tragflügels,   cWi = k * cWi,ell  : 1,0127                    
2. Geometrische und aerodynamische Größen des Höhenleitwerks              
HLW-Teilfläche : Trapez 1 Trapez 2 Trapez 3 Randfläche              
Flächeninhalte der Teilflächen,  Fi [dm2] : 0,188 1,813 1,723 0,702              
Gesamtflächeninhalt,  FHlw [dm2] : 8,849                    
Mittlere HLW-Flächentiefe,  lm [mm] : 124,64 Xo-Wert der HLW-Fäche mittlerer Tiefe,  Xom [mm] :   16,22 Nullmomentenbeiwert der HLW-Fläche,  CMo(lm) : 0,0000
Tiefe der HLW-Ersatzfläche,  lE [mm] : 131,17 Xo-Wert der HLW-Ersatzfläche,  XoE [mm] :  12,79 Nullmomentenbeiwert der HLW-Fläche,  CMoE(lE) : 0,0000
Neutralpunkt der HLW-Fläche mittl. Tiefe,  XNm [mm] :  45,34 Neutralpunktabstand des Ersatzflügels,  XNE [mm] :  45,59          
Streckung der HLW-Fläche,  L : 5,70 HLW-Effizienzfaktor der Streckung ,  aHell 0,7401          
Auftriebsanstieg des HLW,  dcA / da  [1/°Deg] : 0,0755 Effizienzfaktor der HLW-Flächengeometrie ,  aH 0,7555 aH / aHell : 0,9308
Nullauftriebswinkel des Höhenleitwerks,  aoH [°Deg] : 0,00                    
3. Geometrische und aerodynamische Größen des Seitenleitwerks                  
SLW-Teilfläche : Abschnitt 1                    
Flächeninhalte der Teilflächen,  Fi [dm2] : 7,394                    
Gesamtflächeninhalt,  FSlw [dm2] : 14,788                    
Tiefe der SLW-Ersatzfläche,  lE [mm] : 235,20 Xo-Wert der SLW-Ersatzfläche,  XoE [mm] :  60,33 Nullmomentenbeiwert der SLW-Fläche,  CMoE(lE) : 0,00
Neutralpunkt der SLW-Ersatzfläche,  XNE [mm] :  119,13                    
Streckung der SLW-Fläche,  L : 2,86 Effizienzfaktor der SLW-Streckung ,  aS 0,5207          
Auftriebsanstieg des SLW,  dcA / da  [1/°Deg] : 0,0521                    
4. Geometrische und aerodynamische Größen des Rumpfes                  
Gesamtlänge des Rumpfes,  lR [mm] : 1714,00                    
Größte Rumpfbreite,  Bmax [mm] :   137,20 Größte Rumpfhöhe,  Hmax [mm] :   179,62 Größter mittlerer Durchmesser,  Dmax [mm] :   156,98
Gesamtoberfläche des Rumpfes,  OR [dm2] : 47,252 Seitenfläche des Rumpfes,  FRS  [dm2] :   16,586          
Gesamtvolumen des Rumpfes,  VR [dm3] :   12,5805 Rotationsvolumen der Breitenverteilung,  VRb [dm3] :   10,0502 Integral über X von  dVRb(X) x ao(X) x p / 4 [dm3] :   0,1234
Widerstandbeiwert bezogen auf ORcWR(OR) =   1,0458 cR(ReR)     Widerstandbeiwert bezogen auf FTfcWR(FTf) =   0,5394 cR(ReR)  
Momentenbeiwert bezogen auf lm,  cMR :   1,06939 aR  +  0,01313                

 

Diamant Plus Zirkulations- und Auftriebsverteilungen an Tragfläche und Höhenleitwerk

 

Diamant Plus widerstandsintegrierte cA-cW-Polaren der Tragfläche

Die in der Grafik wiedergegebenen cA-cW-Polaren für den Tragflügel des Diamant Plus wurden mit Hilfe des FMFM-Programms berechnet. Dabei werden die Widerstandsbeiwerte cW des ganzen Tragflügels für die von der Fluggeschwindigkeit V abhängigen Auftriebsbeiwerte cA(V) und die Auftriebsverteilung ca(V,y) des ganzen Flügels durch Integration der lokalen cw(V,y)-Werte des Tragflügelprofilstraks über die Spannweite ermittelt (ca(V,0) ist der Profilbeiwert an der Flächenwurzel). Diese Darstellung zeigt, daß die besten Gleitzahlen des Tragflügels für alle Wölbklappenstellungen des Flügels etwa bei Auftriebsbeiwerten um 0,7 bis 0,8 erzielt werden. Man sieht aber auch, daß selbst bei höheren cA-Werten bis etwa 1,1 für neutrale bis 3° positive Wölbklappenstellungen die Gleitzahlen nur unwesentlich geringer werden. Man kann demnach, wie es auch die praktischen Flugerfahrungen schon gezeigt haben, mit dem Diamant Plus sehr langsam fliegen und  hat dennoch hervorragende Gleiteigenschaften. Das ist der Grund, warum das Modell fürs Flautenschieben und Hangkantenkratzen prädestiniert ist. Wie man auch sieht, bleiben dabei die Sinkraten konstant gering bis zu Auftriebsbeiwerten um 1,3 bis 1,4!

Der Schwerpunkt (s. u.) für unseren Diamant Plus wählten wir für für den Arbeitspunkt cA = 1,09, bei dem die Sinkrate für alle praktisch relevanten Wölbklappenstellungen ihr Minimum erreicht. Da auf diesen Schwerpunkt  die flugmechanischen Eigenschaften abgestimmt sind, läßt sich das Modell damit leicht manövrieren und er bietet den Vorteil, daß ein weites Spektrum an Flugzuständen bis hin zu diesem relativ hohen cA-Wert zu erfliegen ist.  Die Flugpraxis hat dies mittlerweile bestätigt und gezeigt, daß sich das Modell  bei dieser Schwerpunktlage äußerst gutmutig gegen Überziehen verhält und mühelos eng in der Thermik kurbeln läßt.

Bei negativer Wölbklappenstellung bis etwa -5° lassen sich theoretisch Geschwindigkeiten bis 250 km/h erzielen. Dann nimmt der Profilwiderstand wieder so stark zu, daß wohl keine weitere Geschwindigkeitssteigerung mehr drin ist. Aber dafür ist das Modell ja auch nicht konzipiert.

 

 Berechnung der Stabilitätsmaße für die Längsstabilität des Diamant Plus bei cA = 1,09

ANMERKUNGEN:

Die wichtigsten flugmechanischen Kriterien eines Flugmodells sind seine Stabilitätsmaße für die Längsbewegung.
Die Einstellwinkeldifferenz, EWD, von Tragfläche und Höhenleitwerk hängt stark von der Hochlage des Höhenleitwerks ab, die berechneten Werte sind deshalb sehr kritisch zu bewerten und stellen in den meisten Fällen nur eine erste Näherung dar!
Hlw-Auftrieb Schwerpunkt Statische Längsstabilität Nickdämpfung Einstellwinkeldifferenz
caH XS [mm]

s = (XN - XS) / lm

dcMH/dWy = - dcaH/daH * FH/FTf * (ro/lm)2  EWD  [°Deg]
    Näherung (s.o.) Exakte Rechnung (s.o.) Näherung (s.o.) Exakte Rechnung (s.o.) Näherung Exakt
    s = s( L ) s = s(dcA/da) dcaH/daH ~ 2 p L/(L + 2)  
 0,0000 92,124 0,2305 0,2458 -12,2898 -12,6472 -4,18 -5,19

 

Diamant Plus Geschwindigkeitspolaren unter Einbeziehung aller Widerstände