Seit M. Platzer mal bei einem Gespräch anmerkte: "zu kurze Stielverkleidungen bringen nichts", ließ mich die Frage des "warum eigentlich?" nicht mehr los.
Fakt sind ja die nicht besonders aerodynamischen Stiele unseres Fliegers - und optisch geht da auch mehr. Aber wenn schon mehr, dann bitte richtig.

Grundwissen eines technisch interessierten Flugzeugbauers ist, dass quer angeströmte Rohre ihren Turbulenzbereich im allgemeinen aufweiten.
Mit einem 38 mm Rohr, bekommt man locker einen Turbulenzbereich von ca. 50 mm hin, ist aber auch etwas abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit. Deshalb ist der Cw (Widerstandsbeiwert) von quer angeströmten Rohren auch so hoch (ca. 1,1 bei unseren Stieldurchmessern und einer V Reise von 110 km/h).


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Schon in der Schule und beim Modellbau haben wir gelernt:
Polierte Anströmkanten bringen viel. Also alles schön glatt machen. Kein Problem.

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und:
Aerodynamische Formgebung durch Tropfenform ist sinnvoll:

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Doch wie muss der Tropfen denn nun aussehen?
Vorne einfach die Rohrradien benutzen und hinten gleichmäßig zusammenlaufen?
… Im Zweifel gibt es ja Profilkataloge. Da schauen wir mal rein und finden für unseren Fall günstige symmetrische Profile. Z.B. das vierstellige NACA 00xx.
Das hat schon einmal nicht die dickste Stelle gleich vorne – hätten wir uns ja auch fast denken können…

Aber welche prozentuale Dicke soll nun unsere Stilverkleidung bekommen? Einfach ein NACA 0025 nehmen und dranbasteln?

für alle Nicht-Aerodynamiker sei es hier noch einmal kurz erläutert, worauf es bei den sogenannten „Tropfenförmigen Stielen“ überhaupt ankommt:

1. um möglichst aerodynamisch günstig zu sein, sollte die Stielverkleidung möglichst nicht viel dicker sein, als der Stiel selber. Logo.
2. Man sollte sich für die Auslegung im überkritischen Reynoldszahbereich befinden. In allen oben abgebildeten Diagrammen ist da bei 500 000
ein ideal niedriger Wert ....

Doch was bedeutet 2. überhaupt … „überkritischer Reynoldszahlenbereich“… und wie kriegt man das vernünftig hin?
Bei Strömungsprofilen, wie wir sie heute im Unterschallbereich verwenden, nimmt der Widerstandsbeiwert mit steigender Reynoldszahl ab.
Die kritische Reynoldszahl Re krit. liegt bei ca. Re krit. = 500 000, wie eben erläutert.
Das ist genau das, was wir mit einer Stielverkleidung erreichen wollen: Niedrigerer Widerstand durch möglichst geringen Cw.
Wo liegen wir denn nun mit unserer Reynoldszahl Re beim Kiebitz?

Re = (Luftdichte x Geschwindigkeit x Lauflänge) / dynamische Viskosität
die Luftdichte ρ (rho) schwankt mit Luftdruck und Temperatur, ebenso wie die dynamische Viskosität η (eta).
Wir nehmen mal 1 bar und 20°C an – so ergeben sich für ρ=1,188 [kg/m3] und für die dynamische Viskosität η ein Wert von 18,24 x 10-6 (0,00001824) [kg/s/m]
unsere 110 km/h Reise sind 30,55 m/s
Wählen wir eine Profiltiefe von 15 cm (0,15m) und setzen das alles in die obige Formel ein, so ergibt sich ein Re von ca.300 000.
Bei solch niedriger Re sind eigentlich nur Profile mit moderaten Wölbungen angebracht. Wir müssen aber schnell an Dicke gewinnen,
da wir die Verkleidung nicht allzu sehr vorne rausstehen lassen können.

Was bedeutet das für unseren Kiebitz?
Wir erreichen die überkritische Reynoldszahl nicht! Also müssen wir entweder

a. schneller fliegen – so ca. 190 km/h
b. in kälteren Gebieten fliegen
c. eine größere Profiltiefe wählen

a und b scheidet nun schon mal aus.
Jedoch ergibt sich für eine V Reise von 110 km/h eine Profiltiefe von 25 cm und für eine
V von 100 km/h sogar eine Profiltiefe von 28 cm! Und wer möchte schon beim Fliegen gegen Bretterzäune schauen, anstatt die Landschaft zu genießen?
Im unterkritischen Re- Bereich sind Profildicken von um die 10% erlaubt, Reynoldszahlen von 500 000 erlauben eine Profildicke von 12%.
Bei 40 mm Dicke würde dies eine Profiltiefe von 33,3 cm ausmachen. Wieder Bretterzaun...
Ziel ist es, mit einem NACA 0030 hinzukommen. bei einer Dicke von 40 mm haben wir dann eine Profiltiefe von ca. 133 mm.
Aber die Re krit. erreichen wir dabei leider immer noch nicht.

Greifen wir daher auf einen Trick der Modellbauer zurück, um höhere Reynoldszahlen zu imitieren:
Wir montieren einen dünnen „Prandtlschen Stolperdraht“ bei ca. 40% der Profiltiefe, welcher bewirkt, dass die laminare Grenzschicht dort
bewusst zu einer dünnen verwirbelten Schicht umschlägt. Das Ergebnis ist ein geringerer Cw – was ja unser Ziel ist.
Der Wert 40% ist eine Annahme des Umschlagpunktes beim NACA 0030. Dünnere NACA-Profile haben einen Wert bei 0° Anstellwinkel von 43 bis 45%
(theoretisch berechnet, sowie experimentell ermittelt). Da liegen wir mit den 40% auf der (angenommen) sicheren Seite.

Aber wie dick muss denn nun unser Draht sein?

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Die Beziehung des Prandtlschen Stolperdrahts sagt aus: V x d / ν > 900
mit ν = η / ρ = 153,5 E-7 und unseren 30,555 m/s Fluggeschwindigkeit kommen wir auf eine Drahtdicke d > 0,452 mm
Also wählen wir hier einen 0,02" dicken Sicherungsdraht, was 0,51 mm entspricht.

Hi Lutz,

sehr interessanter Beitrag. So ganz verstanden habe ich es zwar teilweise nicht, aber....
Demnach müsste bei 53,3mm der Stolperdraht beidseitig drauf. Ich habe mal gesehen, dass es Für die Modellbauer und auch Segelflugzeuge Turbulatoren zum aufkleben
gibt. Sieht aus wie so ein Zick-Zack Band. Das müsste ja auch gehen. Ich stelle es mir nämlich etwas schwer vor, den Sicherungsdraht über diese Länge exakt anzubringen.
Wirst du das bei dir so umsetzen? Halte uns bitte auf dem laufenden.

Gruss Fabian

... so was zum Beispiel ....
http://www.gromotec.de/shop/index.php?ca...39dqjgf8etej041

Früher gab es mal tropfenförmige Alurohre die eine Nase genau an der beschriebenen Stelle hatten, diese Profile wurden z. B. am Skywalker als Flächenstreben verwendet. Am besten wäre es natürlich man würde solche Profile statt der Rohre verwenden.
Aber aus dem Kiebitz wird eh keine Rennsemmel, schuld daran ist hauptsächlich das sehr dicke Flächenprofil. Als der Kiebitz entwickelt wurde galt für UL`s noch eine Mindestgeschwindigkeit von 45 KmH!! Das ging nur mit so einem dicken Flächenprofil bei der heutigen Mindestgeschwindigkeit von 65 KmH käme man auch mit einem dünneren Profil zurecht.

Viele Grüße

Moin,
leider ist zu der höheren Mindestgeschwindigkeit auch die Abflugmasse von 330kg auf 450kg angehoben worden. (richtig gelesen: Abflugmasse, nicht Leergewicht) Somit hat das Profil noch seine Berechtigung. "Damals" sind auch Versuche gemacht worden. Bei einem Verhältnis von 1/5 fängt eine Verkleidung schon an, ordentlich zu arbeiten. Widerstand ist knapp die Hälfte gegenüber den Rohren. Deswegen haben viele die Bleche mit 150mm Tiefe dran. Eine Idee wäre noch, das Profil hinten stumpf auszuführen. (Wie das heck vom Sportboot) Somit könnte man die Ablösung an der dicksten Stelle ganz nach hinten bringen. Sieht man schön bei Regen, wenn der Flieger vorher staubig war. Fast alle Alutropfenrohre haben das gleich Ablöseproblem, auch die mit serienmäßiger Turbulenzkante. Und sind dazu noch schwer und teuer.

Moin,
na ja es gibt aber auch jede Menge UL Doppeldecker (FK 12, FK 131, Sherwood Ranger, SE5a, Renegade...) die 450 oder sogar 472,5 Kg Ablugmasse haben und die Mindestgeschwindigkeit von 65 KmH mit dünnem Profil schaffen.

Naja, ein dickes Profil ist nicht automatisch eines mit hohem Auftriebsbeiwert und umgekehrt, auch der Widerstand korreliert nicht automatisch mit der Dicke. Profilauswahl ist meiner Erfahrung nach ein unglaublich komplexes Thema, bei dem man viel falsch und ziemlich wenig richtig machen kann.

Der prinzipielle Vorteil eines dicken Profils ist aber, dass man einen hohen und damit leichten Holm einbauen kann. Ich weiß nicht in wieweit der Rohrholm des Kiebitz den Bauraum ausnutzt.

Mein Gefühl ist, dass der hohe Widerstand eines Kiebitzes vor allem durch die relativ große Flügelfläche und die vielen Drähte verursacht wird. Die flachen Leitwerksflächen sind bestimmt auch nicht optimal. Ein bis zuletzt optimiertes Flügelprofil (das mit Gemischtbauweise vereinbar ist und tolerant gegenüber schlechter Formtreue beim Bau ist) würde vermutlich ziemlich wenig Widerstandsminimierung bringen.

Wenn man unbedingt schneller fliegen will, denke ich sind (wie hier schon jemand eindrucksvoll gezeigt hat) Streamline wires, Strebenverkleidungen, Flügelübergänge usw. ein Weg. Ich hatte auch mal überlegt, ob man mit Ruderspaltabdeckband (aus Kunststoff, zB für Segelflugzeuge) grob NACA förmige "Verkleidungen" für die Drähte machen kann. Man bräuchte eine positivform aus Metall, die man erhitzen kann und um die sich das Kunststoffband dann formen lässt. Zum flatterfreien Befestigen an den Drähten hab ich aber auch keine Idee.

Nach den tollen Berechnungen die Lutz gezeigt hat, kann man das vielleicht auch mal rechnen. Zum ausprobieren fehlt mir leider noch der Kiebitz ;)