Designaspekte von Profilen für Segelkunstflug

HQ/ACRO-0/... - Profile

HQ/ACRO-0/12-Polaren

HQ/ACRO-1/... -  Profile

HQ/ACRO-1/... - Polaren

HQ/ACRO-1,25/... - Profile

HQ/ACRO-1,25/... - Polaren

HQ/ACRO-1,5/...- Profile

HQ/ACRO-1,5/...- Polaren

HQ/ACRO-Profile für Flächenenden von Großseglern

HQ/ACRO-Polaren für Großsegler

HQ/A-Profilkoordinaten (ZIP-Download)

HQ/ACRO-Polaren und -Gleitzahlen in der Übersicht

NACA-64(1)-412, Polaren und Gleitzahlen

Designaspekte für die HQ/ACRO-Segelkunstflugprofile

Siehe auch unter allgemeine Hinweise!

 Für einen stationären Flug mit konstanter Geschwindigkeit V lassen  sich die zugehörige Re-Zahl und der zugehö-rige Auftriebsbeiwert Ca(Re) des Tragflügelprofils ermitteln und aus den Ca-Cw-Profilpolaren der zugehörige Widerstandbeiwert Cw(Re). Trägt man einerseits die Ca(Re)-Werte über Cw(Re) auf, so erhält man eine soge-nannte quasistationäre Profilpolare, in die unter anderem auch das Flächengewicht des Seglers als Parameter wegen V=V(G/F,Ca)eingeht. Diese Polare, die manchmal nicht ganz korrekt auch als dynamische Profilpolare bezeichnet wird, gibt Aufschluß darüber, mit welchen Auftriebs- und Widerstandsbeiwerten sich das Modell  bei gegebenem stationärem Zustand mit der Geschwindigkeit V bewegen kann.

Trägt man die zugehörigen quasistationären Gleitzahlen GZ(Re,Ca) über Ca(Re) auf, so ersieht man, mit welchen Gleitzahlen im stationären Flug sowohl in der normalen als auch in der inversen Fluglage gerechnet werden kann. Die quasistationären Gleitzahlen geben unter anderem auch wieder, bei welchen Auftriebsbeiwerten das Profil in der Normalfluglage das beste Gleiten liefert und es wird in der Regel gut und richtig sein, die Schwerpunktlage des Segler  auf diesen Ca-Wert einzustellen. Die Gleitzahlen für die inverse Fluglage zeigen außerdem, welche maxi-malen absoluten Auftriebsbeiwerte dabei erzielt werden können.

Im nachstehenden Beispiel für das neue Akroprofil HQ/ACRO-1,5/12  sind die für den Kunstflug relevanten Profilpolaren (mit X-FOIL berechnet), die quasistationäre Profilpolare für G/F=80g/dm², die entsprechenden Gleitzahlpolaren und in der rechten Grafik die quasistationäre Gleitzahlpolare dargestellt. Die quasistationäre Gleitzahlpolare für den inversen Flug wurde der besseren Übersicht halber mit ihren Absolutwerten dargestellt.

Die 3 nachfolgenden Beispiele verdeutlichen, wie sich die Laminareigenschaften der Profile, ihre  Wölbungshöhe und ihre Dicke auf die Ca-Cw-Polaren (X-FOILK) und die Gleitzahlen für normale und inverse Flugzustände auswirken. Außerdem zeigen die Gleitzahlkurven auf, welche absoluten Maximalwerte der Auftriebskoeffizient Ca in inver-sen Flugzuständen erreichen kann. Stellt man an die Profile die Forderung, dass sie wie oben erklärt im Rücken-flug einen maximalen absoluten Auftriebsbeiwert von  |Ca|=0,8 erreichen sollen, so ersieht man aus den nach-folgenden Gleitzahlgrafiken, dass die Wölbungshöhe 1,5% möglichst nicht überschreiten sollte und die Profildicke mit der Wölbungshöhe zunehmen muss, damit diese Forderung erreicht wird, z. B. sollte bei 1,5% Wölbung die Dicke mindestens 12% betragen.

 Profile ohne oder mit sehr geringer Wölbung wären natürlich ideal für die Rückenflugphasen, gäben aber nur geringe Leistung in der normalen Fluglage her und die Modelle müssten wegen relativ geringer optimaler Auf-triebsbeiwerte, Ca<0,7, ständig sehr schnell geflogen werden. Überschlägige Rechnungen ergeben eine Mindest-geschwindigkeit von etwa 15 m/s bei 80 g/dm² Flächenbelastung, das ist aber für eine saubere Landung sicher etwas zu schnell!

HQ/ACRO-0/... Profile für Leitwerke

 Bei der Entwicklung der Akroprofile (2006) stellte sich heraus, dass deren Profilsystematik bei 0 % Wölbung Profile lieferte, die sich gegenüber den meistbenutzten, bekannten Profilen der NACA 00... - Serie und auch gegenüber den symmetrischen Profilen der HQ/W-0/... - Serie in in allen RE-Bereichen durch einen größeren Umfang der Auftriebsbeiwerte, eine geringere Empfindlichkeit gegen Strömungsabriss bei niedrigen Re-Zahlen und bessere Eignung für Leitwerke mit Ruderklappen auszeichnete.

Wie der Autor in einer Artikelserie über "Aufgaben und Effizienz des Höhenleitwerks" in fünf Folgen in der Zeitschrift "bauen und fliegen" (Verlag für Technik und Handwerk, Ausgaben 1-5, 2010) aufgrund neuerer Analysen ausführlich dargestellt hat, ist es immer sinnvoll, sowohl bei Pendelhöhenleitwerken als auch solchen mit Flosse und Ruder dickere Profile (11 - 12 %) einzusetzen. Damit wird der erwünschte Auftriebsumfang zum Trimmen und Steuern erheblich verbessert und auch das Abrissverhalten der Strömung im Grenzfall erheblich gemindert.

Eppler-Polaren der HQ/ACRO-1/...-Profile:

Ergänzend zu den früheren (s.u.) Polaren (berechnet mit X-FOIL), die unter "Profilkoordinaten und Polaren" bisher (Dezember 2009) für die HQ-Profile gezeigt wurden, wurde auch für diese Profilserie zur Polarenberechnung die neueste Version des Profildesign- und Analyseprogramms "PROFIL06"  von Prof. Dr. Richard Eppler (von 2007) verwendet. Dieses Programm berücksichtigt neuere praktische und theoretische wissenschaftliche Erkenntnisse bezüglich der Grenzschichtströmung, vor allem solche der viskosen Strömungseffekte beim Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung sowie der Bildung von Ablöseblasen, und die Verbesserungen der Squire-Young-Formel zu Widerstandsberechnung.

Wegen der großen Fülle der interessierenden Auswertungen mit dem PROFIL06-Programm wurden die Ergebnisse in einer PDF-Datei zum Herunterladen zusammengefasst:

Eppler-Polaren der HQ/ACRO-1,25/...-Profile:

Ergänzend zu den früheren (s.u.) Polaren (berechnet mit X-FOIL), die unter "Profilkoordinaten und Polaren" bisher (Dezember 2009) für die HQ-Profile gezeigt wurden, wurde auch für diese Profilserie zur Polarenberechnung die neueste Version des Profildesign- und Analyseprogramms "PROFIL06"  von Prof. Dr. Richard Eppler (von 2007) verwendet. Dieses Programm berücksichtigt neuere praktische und theoretische wissenschaftliche Erkenntnisse bezüglich der Grenzschichtströmung, vor allem solche der viskosen Strömungseffekte beim Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung sowie der Bildung von Ablöseblasen, und die Verbesserungen der Squire-Young-Formel zu Widerstandsberechnung.

Wegen der großen Fülle der interessierenden Auswertungen mit dem PROFIL06-Programm wurden die Ergebnisse in einer PDF-Datei zum Herunterladen zusammengefasst:

Eppler-Polaren der HQ/ACRO-1,5/...-Profile:

Ergänzend zu den früheren (s.u.) Polaren (berechnet mit X-FOIL), die unter "Profilkoordinaten und Polaren" bisher (Dezember 2009) für die HQ-Profile gezeigt wurden, wurde auch für diese Profilserie zur Polarenberechnung die neueste Version des Profildesign- und Analyseprogramms "PROFIL06"  von Prof. Dr. Richard Eppler (von 2007) verwendet. Dieses Programm berücksichtigt neuere praktische und theoretische wissenschaftliche Erkenntnisse bezüglich der Grenzschichtströmung, vor allem solche der viskosen Strömungseffekte beim Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung sowie der Bildung von Ablöseblasen, und die Verbesserungen der Squire-Young-Formel zu Widerstandsberechnung.

Wegen der großen Fülle der interessierenden Auswertungen mit dem PROFIL06-Programm wurden die Ergebnisse in einer PDF-Datei zum Herunterladen zusammengefasst:

Einsatz von HQ/ACRO-Profilen an schmalen Flächenenden Von Großsegelmodellen

 Beim Design von Scalemodellen moderner Großsegler tritt leider immer wieder das Problem auf, dass im Langsamflug die Re-Zahlen der Strömung an den Flügelenden extrem niedrig sind. Moderne Profile, die sonst für vorzügliche Leistung sorgen, sind aber dabei überkritisch und neigen hier schnell zum Strömungsabriss. Dazu zählen leider besonders die HQ/DS-Profile des Autors, aber auch die HQ/W-Profile sind nicht ganz unempfindlich. Solange im Langsamflug mit c_a-Werten um 0,8 bis 1 geradeaus geflogen wird, ist ja meist die Strömung an diesen Profilen noch stabil. Wenn aber zum Kreisflug übergegangen wird und das Modell anfängt zu Rollen, werden die Flügelenden nicht nur von vorn, sondern auch am kurvenäußeren Flügelende von oben und am inneren von unten angeströmt. Dadurch verringert sich außen der Auftrieb, während er innen steigt. Je nachdem, wie schnell gerollt wird, kann  außen der Auftriebsbeiwert erheblich abnehmen, wodurch es leicht zum Strömungsabriss kommen kann. Am Innenflügel kann der Auftriebsbeiwert die kritische Strömungsgrenze leicht übersteigen, mit ebenso fatalen Folgen. Andere moderne Profile wie die HQ-Profile verhalten sich ganz ähnlich.

Beim  Design der HQ/ACRO-Profilserie für den Kunstflug war eines der Ziele, stabile Strömungsverhältnisse bis hin zu kleineren Re-Zahlen zu erhalten. Wie sich bald gezeigt hat, gilt dies auch noch für Profile mit der HQ/ACRO-Systematik mit deutlich mehr als 1,5 % Wölbung. An den Flügelenden mit mehr turbulenter Strömung als im Flächenmittelteil herrscht vermutlich bei den Modellen ein Turbulenzgrad um N=9 oder weniger. Hier zeigt sich bei den HQ/ACRO-Profilen die Strömung als relativ stabil. Zudem lässt sich stabiles Strömungsverhalten auch noch mittels eines geeigneten Turbulators auf der Flügeloberseite verbessern. An mehreren größeren Scalemodellen  wurde mittlerweile erfolgreich erprobt, wie sich der Einsatz geeigneter HQ/ACRO-Profile an den Flügelenden auswirkt. Die Resonanz war sehr positiv. Der Vorteil dieser Profile liegt darin, dass es auch bei niedrigen Re-Zahlen beim Übergang von hohen zu niedrigen c_a-Werten keinen Strömungsabriss gibt und der c_a-Umfang bis zu negativen Werten extrem hoch ist.

Für die Modellbaupraxis hat sich gezeigt, dass es genügt, bei den Scalenachbauten nur im äußersten Flächentrapez vom Grundprofil auf ein passendes HQ/ACRO-Profil zu straken. Wegen des hohen c_a-Umfangs ist es praktisch sinnvoll ein HQ/ACRO-Profil mit 0,25 % mehr Wölbung und etwa derselben Dicke wie beim Grundprofil zu nehmen. Dicken um 12 % sind eigentlich für Großsegler ideal. Oft aber gibt es bauliche oder Designaspekte, dickere oder dünnere Profile zu wählen, deshalb wurden für die HQ/ACRO-Profile mit 1,75 - 3% Wölbung und Dicken zwischen 10 bis 14 % die Leistungspolaren mit dem neuen Eppler-PROFILE/-Programm berechnet. Sie geben an, wie sich die Profile vor allem im Langsamflug an den Flügelenden etwa verhalten.

Da die HQ/ACRO-Profile in der Regel einen geringeren Nullauftriebswinkel haben, empfiehlt sich eine negative Schränkung, die dies ausgleicht.

Eppler-Polaren der HQ/ACRO-Profile für Flächenenden von Großsegelmodellen:

Auch für diese Profilserie wurde zur Polarenberechnung die neueste Version des Profildesign- und Analyseprogramms "PROFIL06"  von Prof. Dr. Richard Eppler (von 2007) verwendet. Dieses Programm berücksichtigt neuere praktische und theoretische wissenschaftliche Erkenntnisse bezüglich der Grenzschichtströmung, vor allem solche der viskosen Strömungseffekte beim Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung sowie der Bildung von Ablöseblasen, und die Verbesserungen der Squire-Young-Formel zu Widerstandsberechnung.

Wegen der großen Fülle der interessierenden Auswertungen mit dem PROFIL06-Programm wurden die Ergebnisse in Profil-eigenen PDF-Dateien zum Herunterladen zusammengefasst:

Leistungsvergleich des NACA-64₁-412-Profils mit dem HQ/ACRO-1,5/12

Das Profil NACA-64₁-412 wird bei den originalen Segelkunstflugzeugen SWIFT und FOX eingesetzt, es hat  ausgeprägt laminare Strömungscharakteristik und ist mit 2,2 % Wölbung und 12 % Dicke bei den hohen Re-Zahlen zwischen 1.5 Mio  und 5  Mio des Mann tragenden Segelkunstflugs sicher eine gute Wahl. Insbesondere können mit diesem Profil aufgrund der günstigen Re-Zahlen auch bei Rückenfluglage die erforderlichen Auftriebswerte und Gleitzahlen erreicht werden.