Flügelstreckung

Diskutiere Flügelstreckung im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Ich habe eine Angabe in Bezug auf die Flügelstreckung einer F-5 Version. Sie ist mit 3.88 angegeben aber ohne Einheit. Nun frage ich mich...

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  1. #1 AirStation.de, 23.05.2007
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    Ich habe eine Angabe in Bezug auf die Flügelstreckung einer F-5 Version. Sie ist mit 3.88 angegeben aber ohne Einheit. Nun frage ich mich überhaupt was genau mit der Flügelstreckung (z.B. Vorder- oder Rückkante) gemeint ist.
     
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  3. #2 phantomas2f4, 23.05.2007
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    Die Flügelstreckung ist schlicht und ergreifend das Verhältnis von Spannweite zur mittleren Flügeltiefe und damit dimensionslos.

    Klaus
     
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  4. #3 Acanthurus, 23.05.2007
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    Hi..

    manchmal hat man es leichter, wenn man die Streckung als das Verhältnis vom Quadrat der Spannweite b dividiert durch die Flügelfläche S definiert.
    lambda=b^2/S


    Mit der von Klaus gegebenen Definition lambda=b/t kann man dann umgekehrt aus Streckung und Spannweite die Bezugsflügeltiefe ( "mittlere" Flügeltiefe t) berechnen. (t=S/b).

    Das ist insofern sinnvoll da man zwar bei einem Rechteck- oder Trapezflügel sehr leicht eine mittlere Flügeltiefe finden kann, aber bei nem elliptischen (oder mehrfachtrapez etc.) Grundriss wird man Schwierigkeiten haben, auf Anhieb eine mittlere Flügeltiefe herauszulesen, wohingegen sich die Flügelfläche und die Spannweite einfacher bestimmen lässt.

    Die Streckung ist dimensionslos, sie ist ein Maß für die "Schlankheit" eines Flügels. Segelflieger -> hohe Streckung; Deltaflügel -> kleine Streckung

    Die Streckung bitte nicht mit der Pfeilung verwechseln, diese hat natürlich eine Einheit (°) und wird üblicherweise als Pfeilung der t/4 linie angegeben, d.h. der Linie, die bei 1/4 der Flügeltiefe (von vorne gemessen) liegt.

    gruß

    andi
     
  5. #4 Schorsch, 23.05.2007
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    Es gibt keine Antworten, nur Querverweise. Folgender Link ist keine Erklärung (die ist nach Andi's Ausführungen auch nicht mehr nötig), sondern ein paar Daten.

    http://www.flugzeugforum.de/forum/showpost.php?p=742923&postcount=1165

    Man könnte bei Interesse noch mal etwas über die Bedeutung der Flügelstreckung diskutieren, weil es schon sehr erstaunlich ist, dass zivile Flugzeuge und schnelle Kampfflugzeuge jeweils ganz charakteristische Bereiche haben.
     
  6. VJ101

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    Hallo

    Eine hohe Streckung, also ein schlanker Flügel mit großer Spannweite wie bei Segelflugzeugen, reduziert den induzierten Widerstand. Dies ist bei Flugzeugen mit hohen Auftriebsbeiwerten vorteilhaft (hoher Auftriebsbeiwert = hoher Induzierter Widerstand) wie eben Segelflugzeugen.
    Dies gilt allerdings nur im Unterschallbereich.

    Gruß
    Henning
     
  7. #6 Acanthurus, 23.05.2007
    Zuletzt bearbeitet: 23.05.2007
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    Den Köder schluck ich doch ;)

    Beim Finden einer optimalen Streckung aus rein aerodynamischer Sicht muss man normalerweise die Abnahme des induzierten Widerstands mit zunehmender Streckung gegen die Zunahme des parasitären Widerstands (wg. kleinerer Reynoldszahl) im Profilschnitt gegenrechnen. Wenn man das tut wird man feststellen, dass fast alle (Unterschall)Flugzeuge bei "zu kleiner" Streckung fliegen. Erst wenn man sich den Bereichen des Modellfluges (insbesondere indoor) und den dort stark dominanten Re-Zahl-"Strafen" nähert kommt man in einen Bereich, wo man dieses Optimum tatsächlich auch antrifft. Warum also so kleine Streckungen? Die Hauptgründe liegen in der Strukturfestigkeit. Ein langer, schlanker Flügel erzeugt stärkere Biegelasten und wird deshalb automatisch deutlich schwerer als ein plumper Lappen mit der gleichen Flügelfläche. Dieses Mehrgewicht muss durch die Effizienzsteigerung erst mal ausgeglichen werden -> das Optimum sinkt zu deutlich kleineren Streckungen.
    Dazu kommt natürlich auch noch das Handling.
    Ein Doppelsitzer mit 50m Spannweite würde doch uziemlich Probleme bereiten..


    gruß

    A.P.
     
  8. #7 Schorsch, 23.05.2007
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    Genau so auch mein Ansatz. Weitere Parameter sind gewiss die Auftriebsverteilung (mehr innen belastet oder mehr außen), die geforderte maximale Geschwindigkeit (Flatterfestigkeit, Böenlasten) und die Konfiguration (zwei/vier Triebwerke, viel/wenig Treibstoff).
    Insgesamt eine sehr knifflige Sache, will man es wirklich optimal machen. Mein Link oben zeigt das Wachstum der Streckung (möglich unter anderem durch superkritische Profile, welche mehr Bauhöhe bei gleichem Widerstand ermöglichten (etwa ab 1980)). Heute liegt meines Wissens der Konsenswert irgendwo bei 8 bis 9 für große zivile Flugzeuge.

    Bei Kampfflugzeugen gilt
    - hohe Geschwindigkeit (sowohl Mach als auch KIAS)
    - wenig Masse im Flügel
    - große Lastvielfache
    Das heißt, dass selbst bei Unterschallauslegung (etwa BAe Hawk, Alphajet) ein Flügel geringerer Streckung sinnvoll ist. Oder man baut einen Flügel variabler Streckung, aber das ist auch net immer das gelbe vom Ei. ;)
     
  9. #8 Acanthurus, 23.05.2007
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    Hi..

    beim Airliner kommt natürlich noch als wichtiger Parameter das Flügelvolumen dazu, sowohl wegen Kraftstoff als auch natürlich wegen Biege- und Torsionssteifigkeit (wie Schorsch ja schon schreibt). Da ist der schlankere Flügel natürlich erst mal im Nachteil.
    Zudem besteht ein Flugzeug nicht nur aus "Flügel".. schlankere Flügel weisen im Verbund mit dem Rumpf einen etwas stärkeren Interferenzwiderstand auf.

    Zum Thema Auftriebsverteilung: wenn wir erst mal bei Flügel ankommen welche den Begriff "gestreckt" erfüllen (so ab Lambda>5 vielleicht) kann man recht gut Streckung und FORM der Auftriebsverteilung in der Optimierung separieren. Ansonsten bringt der schlanke Flügel da auch wieder Nachteile mit, da man mit ihm etwas mehr "Sicherheitsabstand" vom cl_max halten muss, da er das "zickigere" Überziehverhalten aufweist.

    Beim Militärflugzeug kommen noch einige weitere Aspekte dazu, welche sich zu Gunsten kleinerer Streckungen aussprechen:

    -Geringerer Auftriebsgradient dCl/d_alpha bei kleiner Streckung reduziert das Böenlastvielfache merklich ("schneller" Tiefflug im Unterschall)
    -Nichtlinearer Auftriebsanstieg, wenn gleichzeitig ordentlich Pfeilung spendiert wird
    -geringerer Einfluß der Druckpunktwanderung im Transsonikbereich
    -Vermutlich geringerer Radarquerschnitt (?Spekulation)
    -ggf. Platzbedarf (Flugzeugträger)


    gruß

    a.p.
     
  10. #9 Schorsch, 23.05.2007
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    100% verstehen tue ich das leider nicht. Aber mal eine Frage: Theoretisch kann ich ja mit einem über die Spannweite die Auftriebsverteilung nach innen verschieben. Ähnliches passiert ja, wenn während eines Manövers die Querruder am Außenflügel Abtrieb produzieren, um das maximale Biedemoment zu reduzieren. Meine Überlegung dabei: könnte man nicht theoretisch eine Art "virtuelle" Streckung erzeugen, indem weniger elliptisch denn eher wie eine Normalverteilung den Auftrieb über dem Flügel verteilt? Allerdings bin ich mir nicht ganz sicher, ob dies in der Gesamtbilanz irgendwas bringt. Man hat ja für die Wirbenschleppenforschung bereits in den 70ern viele Konfigurationen ausprobiert und stellte fest, dass es eigentlich relativ Banana ist.

    2: Sehe nur beding als Vorteil, da das Verhältnis Anstellwinkel zu Auftrieb für den Piloten eventuell schwerer zu kontrollieren ist. Hier ist aber wahrscheinlich die Streckung eher ne Nebensache, wir unterhalten uns dann eher über das Für und Wider eines stark gepfeilten Deltas.

    3: Tatsächlich? Ist dafür nicht ausschließlich die Bezugsflügeltiefe ausschlaggebend? Je geringer die Streckung, desto größer ist diese relativ. Wäre jetzt interessant zu wissen, wie sich Trimmwiderstand im Überschall eines F-104G zu einer Mirage III verhält.

    Ich denke für Militärflugzeuge sind strukturelle Erwägungen ausschlaggebend. Ich erinnere mich an ein schönes Video der F-18, an der man deutlich die Durchbiegung der Flügel bei subsonischen hoch-g (4 bis 7) sehen konnte. Die frühen Kampfflugzeuge mit gepfeilten Flügeln hoher Streckung (F-86) litten ja zum Teil erheblich darunter.
     
  11. #10 Acanthurus, 23.05.2007
    Zuletzt bearbeitet: 23.05.2007
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    Bei kleinen Streckungen (<4) ist es sehr ungenau, den Flügel als Anreihung quasi-zweidimensionaler Profilsegmente zu interpretieren/berechnen, da die Sekundäreffekte (Querströmung, Randeffekte, Mitteneffekte bei gepfeilten Flügeln) eine recht großen Anteil haben. Sobald der Flügel aber etwas schlanker wird kann man recht gut eine Separation in Streckung und AuftriebsverteilungsFORM vornehmen. Dies zeigt sich in der gängigen Formel für den induzierten Widerstand:

    cd_i=k*cl^2/(pi*Lambda).

    Das Lambda ist die Streckung, das k der Formfaktor, stets >=1, für elliptische Auftriebsverteilung also 1. Manchmal wird statt k auch e=1/k, der sog. Osswaldfaktor, verwendet. Den könnte man dann wie eine Art "Wirkungsgrad der Auftriebsverteilung" verstehen. Je größer die Streckung wird, desto kleiner wird der Einfluss von Lambda auf k. k hängt dann nur noch von der spannweitigen Profiltiefenverteilung NORMIERT AUF DIE SPANNWEITE ab, diese ist infolge der Normierung unabhängig von der Streckung und Flügelfläche. Man kann also den Flügel in guter Näherung allein durch Fläche, Streckung und Formfaktor beschreiben. Ein Rechteck-Flügel hat dann einen festen Formfaktor, ein 0.5-zugespitzer Trapezflügel wieder einen anderen.
    Wenn man mit der einfachen Traglinientheorie arbeitet so ergibt sich das ganz automatisch (fälschlicherweise auch schon bei kleinen Streckungen)



    An sich richtig, du gewinnst Streckung, aber zu ungunsten des o.g. Formfaktors. Der induzierte Widerstand sinkt deshalb nicht. Dennoch sieht man bei Airlinern oft eine sehr große FLügeltiefe in der Mitte und dadurch auch eine "weiter innen" liegende Auftriebsverteilung. Das hat aber andere Gründe (Tanks, Fahrwerksintegration, Interferenzwiderstand, rumpfnahe Hochauftriebshilfen etc.)
    Bleibt die Frage, welches Optimierungsziel man überhaupt verfolgt. Zur Senkung des induzierten Widerstandes NICHT geeignet, verbesserung des Überziehverhaltens ?fraglich, je nach Verwindung und Profilstrak?, zur besseren Dissipation der Wirbelschleppen ?vielleicht?,
    Wenn man sich die Traglinientheorie anschaut und die Wirbelaufrollung als verlustfrei ansetzt, dann hängt die Stärke der Wirbelschleppe (im Hufeisenwirbel) weit hinter dem Flieger nicht mehr vom Formfaktor ab, sondern nur vom Gesamtauftrieb, Spannweite, Streckung. Aber die Traglinientheorie ist eben nur ein einfaches Modell viel komplexerer Strömungsmechanik.

    Richtig. Bei dem nichtlinearen Auftriebsanteil geht es vor Allem um den Landefall sowie um Manöver mit hohem Auftriebsbeiwert, denn der nichtlineare Anteil setzt erst bei größeren Anstellwinkeln ein. Ohne diesen Anteil wäre eine Concorde nur schwer landbar gewesen. Die hohe Pfeilung impliziert fast automatisch auch eine geringe Streckung.


    Schwierig, da man dann einen Flieger mit Überschall-VK (Apfel) mit einem mit Unterschall-VK (Birne) vergleichen würde ;) Die Crux ist, dass die Druckpunktwanderung beim gepfeilten Flügel eben erst bei höheren Machzahlen einsetzt. Insofern gebe ich dir recht, man sollte man das vielleicht nicht der Streckung sondern der Pfeilung zusprechen (was ja oft Hand in Hand geht, s.o.)




    Auch da spielt die Pfeilung wenigstens genauso stark rein wie die Streckung. Die Biege-Torsions-Kopplung war zu Anfang ein echtes Problem, sie ist maximal bei möglichst schlanken Flügeln mit viel Pfeilung.
     
  12. #11 Schorsch, 23.05.2007
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    Danke für die ausführliche Antwort.

    Ach so. Ich versuche stets bei Widerstandsbeiwerten mit direkten Kurven zu arbeiten, eben so etwas:

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    Bei sportlicheren Kurven sind weder Streckung noch Oswaldfaktor angegeben. Ich denke man kann sich nach Deinen Ausführungen darauf einigen, dass die Streckung als aussagekräftiger Parameter unterhalb von 5 für den Widerstand nur bedingt relevant ist.

    Insgesamt was dazu gelernt. Danke.
     
  13. #12 Acanthurus, 23.05.2007
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    Hi..

    sagen wirs mal so: dem Entwurfsaerodynamiker (ohne riesiges Archiv an "Ganzflugzeug-Meßwerten" o.Ä., da er ja noch am Entwerfen ist ;) ) stehen im Normalfall eben nur 2D-PROFIL polaren zur Verfügung. Mein letztes Posting umreisst also grob, wie man damit auf die Eigenschaften des Gesamtfliegers rechnen möchte.
    Richten tut´s nachher ohnehin wieder der Windkanal...

    gruß

    A.P.
     
  14. #13 Schorsch, 23.05.2007
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    Falls Du ein paar mehr der obigen Werte gerne mal hättest, sage bescheid. Viel habe ich nicht zu bieten, aber vielleicht fehlt es ja bei Dir in der Sammlung.
    Diese Diskussion war eine Freude.
    Danke.
     
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  15. #14 AirStation.de, 23.05.2007
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    Was habe ich da angerichtet :D Die Ausführungen sind ja mehr als ausgiebig. danke!
     
  16. #15 AirStation.de, 20.06.2007
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    Nun hätte ich da noch eine Nachfrage. Was muss ich unter 'Tragflächenquerschnitt (NACA) 65A004.8' verstehen?
    Dank schon mal im Voraus.
     
  17. #16 Acanthurus, 21.06.2007
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    Guten Morgen.

    Mit "Querschnitt" wird wohl das Profil gemeint sein, also die Kontur eines Schnittes durch den Flügel senkrecht zur spannweitigen Achse.
    In diesem Fall ein "frühes" Laminarprofil.

    Eigentlich sollte man dazu hier genauere Angaben finden:
    http://www.nasg.com/afdb/list-airfoil-e.phtml
    aber im Moment ist entweder der Server down oder meine EDV (Elektronische Daten-Verwirr-Anlage) hier spinnt mal wieder.

    gruß

    A.P.
     
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  18. #17 AirStation.de, 21.06.2007
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    Bei mir funktioniert es auch nicht, also kannst beruhigt sein :)
     
  19. #18 H.-J.Fischer, 21.06.2007
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    und so würde das Profil etwa aussehen, natürlich ohne "Treppenstufen", kommt von der Umwandlung in jpg.....:D

    Gruß
    Hans-Jürgen
     

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  21. #19 AirStation.de, 21.06.2007
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    ... und das hast du aus den NACA 65A004.8 Zahlen errechnet?
     
  22. #20 H.-J.Fischer, 21.06.2007
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    ich nicht, sondern ein Profilprogramm....:D (http://www.profili2.com/eng/default.htm)

    Anhand der Bezeichnung konnte ich nur erkennen aus welcher Profilreihe es stammt und wie dick das Profil ist.

    Die Experten hier können dir dazu sicher aber noch mehr sagen im Bedarfsfall.
    Schorsch und der "Ludwigsburger" (A.P.) scheinen beide ein sehr goßes Fachwissen zu haben (:TOP: :TOP: ), was man ja auch nicht immer in Internetforen findet.

    Gruß
    Hans-Jürgen
     
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