Warum fliegt ein Schirm vorwärts?

[kaimartin]

AW: Warum fliegt ein Schirm vorwärts?

Man kann durchaus eine Reihe von Profilen erzeugen und vergleichen, die verschiedene Dickenrücklagen oder auch verschiedene Lagen der max. Profilhöhen aufweisen und trotzdem einen ähnlichen Momentverlauf aufweisen.

Es war die Rede davon, dass nur die Dickenrücklage geändert worden wäre. Für halbwegs identischen Momentenverlauf müsste man noch an weiteren Parametern drehen.

-übrigens: die Profilform wird oft überschätzt! So ist der Anstieg des Auftriebs zum Anstellwinkel bei allen Profilen identisch linear.

ack. Das fand ich auch überraschend. Hast Du eine anschauliche Begründung dafür?

Die Unterschiede liegen im Moment (Druckpunkt) oder ab dem Anstellwinkel, an dem Strömungsabriss auftritt.

Und genau an dieser Stelle kommt die unterschiedliche Trimmgeschwindigkeit bei ansonsten gleicher Geometrie zustande, über die sich Michael Nesler wunderte.

---<(kaimartin)>---

[kaimartin]

AW: Warum fliegt ein Schirm vorwärts?

kannst du das vielleicht genauer ausführen, welche auswirkungen das cm0 bzw cm beim paragleiter mit so einem tiefen schwerpunkt hat?

Der Schwerpunkt liegt zwar tief, aber auch nicht unendlich tief. Der Abstand vom Flügel zum Pilot ist etwa die zweieinhalbfache Profiltiefe. Das Cm wird durch eine Auslenkung des Pilotenpendels kompensiert. Eine Änderung des Cm hat eine Anpassung der Auslenkung und damit eine Änderung des Anstellwinkels zur Folge.
Obwohl es dabei nur um einzelne Grad geht, hat das durchaus einen relevanten Einfluss auf die Trimmgeschwindigkeit.

---<(kaimartin)>---

[Steffen]

AW: Warum fliegt ein Schirm vorwärts?

Hallo!

[...]
Befindet man sich in der Vertikalbewegung, muss man versuchen, die Strömung abzulenken, um eine Vorwärtsfahrt zu erreichen (Gleitzahl > 0). Diese Ablenkung der Strömung (also ein Bewegungsvector im rechten Winkel zur Anströmung, die in einer Vertikalbewegung genau von unten erfolgt) ist der Auftrieb (der in dieser Situation ja gar nicht nach oben, sondern auf die Seite zeigt). Und eben diese Strömungsablenkung ist die Basis des Fluges!
Eben deshalb fliegt ein Papierflieger oder auch ein Kinderdrachen ohne jede Profilform. Das Prinzip ist ganz simpel!
[...]

Servus!

Hannes

Hi Hannes,

sorry, dass ich nochmal nerve. Du antwortest in diesem Beitrag aber schon teilweise auf meine Frage an Dich, deshalb diese Ergänzung.

Die Eingangsfrage zu diesem Thread war doch: woher weiss der Schirm wo vorne ist. Bzw. wie muss er getrimmt sein, um vorwärts zu fliegen. Das ist eine absolut berechtigte Frage!

Der ganze weitere Thread "wie entsteht Auftrieb, wie muss ein Profil aussehen" etc. ist zwar ganz lustig zu lesen aber vollkommen OT!

Deshalb nochmal kurz zur Verdeutlichung: Fakt ist doch, das der Schirm es schaffen muss, aus der von Dir beschriebenen Vertikalbewegung heraus die Luftströmung abzulenken. In Deinem Beispiel lag die Profilsehne genau horizontal. Da kann ich Deinem Argument, dass durch die unterschiedliche Umströmung von Nase und Austrittskante der Schirm nickt und schlieslich Richtung Flächennase anfährt, einwandfrei folgen.

Jetzt aber zu dem Beipiel, wie es in unzähligen Lehrbücher (in meinen Augen falsch) gezeichnet ist, nämlich Nase deutlich über der Horizontalen, Austrittskante deutlich tiefer (so wie auf meinen leider qualitativ schlechten .gif), das heisst, gegenüber der Horizontalen einen deutlich positiven, fixierten Einstellwinkel hat: was bewegt ein so getrimmtes Profil dazu, den Luftstrom aus dem Sackflug heraus nach hinten abzulenken und somit nach vorn anzufahren? IMHO gar nichts, es wird den Luftstrom Richtung Flächennase ablenken und in den "Flyback" gehen, oder nicht?

Beste Grüße,
Steffen

[hob]

AW: Warum fliegt ein Schirm vorwärts?

...Auch wenn man als "Dickenrücklage" die Lage der maximalen Profilhöhe auf der Obserseite versteht (was mehr Einfluß auf das Momentverhalten haben könnte), ist dieser Zusammenhang auch nicht zwingend, da das Profil ja auch einen S-Schlag haben könnte.
...
Servus!

Hannes

@Hannes
Kleine Anmerkung am Rande: Die Dickenrücklage bezieht sich auf Profilober- und Unterseite, also auch auf den Teil unterhalb der Profilmittellinie.

Zitat:
Zitat von Hannes Papesh Man kann durchaus eine Reihe von Profilen erzeugen und vergleichen, die verschiedene Dickenrücklagen oder auch verschiedene Lagen der max. Profilhöhen aufweisen und trotzdem einen ähnlichen Momentverlauf aufweisen.
Es war die Rede davon, dass nur die Dickenrücklage geändert worden wäre. Für halbwegs identischen Momentenverlauf müsste man noch an weiteren Parametern drehen.


Zitat:
-übrigens: die Profilform wird oft überschätzt! So ist der Anstieg des Auftriebs zum Anstellwinkel bei allen Profilen identisch linear.
ack. Das fand ich auch überraschend. Hast Du eine anschauliche Begründung dafür?


Zitat:
Die Unterschiede liegen im Moment (Druckpunkt) oder ab dem Anstellwinkel, an dem Strömungsabriss auftritt.
Und genau an dieser Stelle kommt die unterschiedliche Trimmgeschwindigkeit bei ansonsten gleicher Geometrie zustande, über die sich

---<(kaimartin)>---

@Kaimartin
Ja, diesen fast gleichen Auftriebsanstieg finde ich auch bemerkenswert. Der fliegbare Teil eines Auftriebs-Profils mit deutlich positiver Mittellinienwölbung spielt sich bei Festflächen zwischen Auftriebbeiwert ca 0,3 und 1,3 ab. Unterhalb nimmt der Widerstand rapide zu und oberhalb reißt die Strömung ab.

Generell ist festzustellen, daß ein gewölbtes Profil Vorteile im oberen ca-Bereich hat und dort die Strömung wegen der Wölbungsanpassung länger anliegt, also später abreißt und das Abreißen bei zunehmendem Anstellwinkel weniger giftig verläuft. Insgesamt ergibt sich also dadurch ein breiteres, nach oben erweitertes Nutzband. Es ist also die Aufgabe und Kunst des Konstrukteurs, jenes Profil zu finden und einzusetzen, das diese Kriterien am besten und ohne nichterwünschte "Nebenwirkungen" erfüllt.

Hi Hannes,

sorry, dass ich nochmal nerve. Du antwortest in diesem Beitrag aber schon teilweise auf meine Frage an Dich, deshalb diese Ergänzung.

Die Eingangsfrage zu diesem Thread war doch: woher weiss der Schirm wo vorne ist. Bzw. wie muss er getrimmt sein, um vorwärts zu fliegen. Das ist eine absolut berechtigte Frage!

Der ganze weitere Thread "wie entsteht Auftrieb, wie muss ein Profil aussehen" etc. ist zwar ganz lustig zu lesen aber vollkommen OT!

Deshalb nochmal kurz zur Verdeutlichung: Fakt ist doch, das der Schirm es schaffen muss, aus der von Dir beschriebenen Vertikalbewegung heraus die Luftströmung abzulenken. In Deinem Beispiel lag die Profilsehne genau horizontal. Da kann ich Deinem Argument, dass durch die unterschiedliche Umströmung von Nase und Austrittskante der Schirm nickt und schlieslich Richtung Flächennase anfährt, einwandfrei folgen.

Jetzt aber zu dem Beipiel, wie es in unzähligen Lehrbücher (in meinen Augen falsch) gezeichnet ist, nämlich Nase deutlich über der Horizontalen, Austrittskante deutlich tiefer (so wie auf meinen leider qualitativ schlechten .gif), das heisst, gegenüber der Horizontalen einen deutlich positiven, fixierten Einstellwinkel hat: was bewegt ein so getrimmtes Profil dazu, den Luftstrom aus dem Sackflug heraus nach hinten abzulenken und somit nach vorn anzufahren? IMHO gar nichts, es wird den Luftstrom Richtung Flächennase ablenken und in den "Flyback" gehen, oder nicht?

Beste Grüße,
Steffen

@Steffen
Das hat Hannes schon versucht zu erklären:

Man nehme ein Profil, das aussieht wie ein Kreisabschnitt - die Profilunterseite ist eine gerade Linie, eine Sekante. Die Profiloberseite ist der Teilkreis, völlig symmetrisch, mit einer größten Dicke in 50% Tiefe und einer Dickenrücklage von eben auch 50%. Das Profil ist hinten wie vorne - oder auch umgekehrt zu sehen - gleich spitz, und alle Leinen seien gleich lang und symmetrisch angebracht.

Was passiert, wenn das Ding senkrecht nach unten fällt?

Es bildet sich vorn oder hinten - was völlig egal ist, weil es kein Hinten und Vorne im technischen Sinne gibt - der Prandtlsche Anfahrwirbel, wie von mir weiter oben schon angemerkt. Das aber ist Widerstand. Und weil der Schirm und jedes Profil der Welt immer den geringsten Widerstand sucht, wird der Schirm zu der Seite anfahren, die dem Prandtlschen Anfahrwirbel gegenüber liegt. Damit ist die Entscheidung gefallen und es setzt eine aerodynamische Eigenwirkung ein - denn an diesem Ende entsteht nun Auftrieb, deren Umkehr nur durch viel weniger Widerstand am anderen Ende aufzuheben wäre. Die schon erwähnte runde Profilnase mit dem signifikant geringeren Widerstand wird deshalb von der Strömung "dankbar" angenommen, so daß diese auch bei vorn abgesenktem Profil - also einem negativen Anstellwinkel Alpha gegenüber der Luft - trotzdem den Weg des geringeren Widerstandes um die Flügelnase herum gehen wird.

Gruß hob

[tobidö]

Einfache? Frage...

Im Grunde ganz einfache und sehr grundlegende Frage:

Ist nun bei einem Gleitschirm die Eintrittskante oder die Austrittskante tiefer gelegen (zum Horizont gesehen)??


Einige hier sagen die Eintrittskante muss tiefer sein, sonst würde der Schirm nicht anfahren, andere (und die meisten Zeichnungen in Büchern) behaupten dies andersrum und nehmen irgendwelche Strömungstheorien als Ursache des Vorwärtsfluges.
Was mir zu Zweitem einfällt: Was, wenn nach einem Sackflug das ganze Profil eh kollabiert ist (erkennbar an den vielen Falten im Segel), reichen dann irgendwelche Anfahrtswirbeltheorien immer noch zur Erklärung?

[kaimartin]

AW: Einfache? Frage...

Einige hier sagen die Eintrittskante muss tiefer sein, sonst würde der Schirm nicht anfahren,

Im Moment des Anfahrens aus dem Stillstand: ja.
Bevor sich ein Strömungsfeld gebaut hat, gleitet die schräg in die Luft gestellte Tragfläche in Richtung der tieferen Fläche, ähnlich wie ein wie ein Schlitten am schrägen Hang.
Bleibt die Frage, warum der Flügel in diese schräge Lage kommt. Die asymmetrische Leinenaufhängung sorgt dafür, dass der vordere Teil des Flügels stärker belastet wird, als der hintere. Ein waagerecht in die Luft gestellter Flügel wird daher auf der Vorderseite schnelle absinken als auf der Hinterseite. Als Resultat entsteht die Schrägstellung in der Luft und der Flügel kann anfahren. In der Realität gehen die Prozesse natürlich gleitend ineinander über.

andere (und die meisten Zeichnungen in Büchern) behaupten dies andersrum und nehmen irgendwelche Strömungstheorien als Ursache des Vorwärtsfluges.

Diese Bilder beziehen sich auf den Flugzustand, wenn der Schirm bereits mit gleichmäßiger Geschwindigkeit durch die Luft fliegt. Beide Darstellungen sind also nicht notwendigerweise im Widerspruch. Dahinter stehen nicht "irgendwelche Theorien", sondern wohlverstandene Abläufe.

Der Anstellwinkel zur Profilsehne kann durchaus größer sein als der Gleitwinkel. Ohne den Widerstand des Piloten und der Leinen ist das sogar fast immer der Fall. Dass das Profil im Flug vorne höher als hinten steht, ist reine Geometrie. In den meisten Lehrbüchern sind allerdings die beteiligten Winkel aus didaktischen Gründen übertrieben groß dargestellt.

Was mir zu Zweitem einfällt: Was, wenn nach einem Sackflug das ganze Profil eh kollabiert ist (erkennbar an den vielen Falten im Segel), reichen dann irgendwelche Anfahrtswirbeltheorien immer noch zur Erklärung?

Ich persönlich halte die Anfahrtwirbel ohnehin für eine Anschauungskrücke, die zu Fehlschlüssen verleitet. Sie sind eher Folge als Ursache.

---<(kaimartin)>---

[manfred.ullrich]

AW: Einfache? Frage...

...
Ich persönlich halte die Anfahrtwirbel ohnehin für eine Anschauungskrücke, die zu Fehlschlüssen verleitet. Sie sind eher Folge als Ursache.

Sehr gut !

Gruß
Manfred (;-))

[Hannes Papesh]

AW: Warum fliegt ein Schirm vorwärts?

Hallo!

Im Grunde ganz einfache und sehr grundlegende Frage:
Ist nun bei einem Gleitschirm die Eintrittskante oder die Austrittskante tiefer gelegen (zum Horizont gesehen)??
Einige hier sagen die Eintrittskante muss tiefer sein, sonst würde der Schirm nicht anfahren, andere (und die meisten Zeichnungen in Büchern) behaupten dies andersrum und nehmen irgendwelche Strömungstheorien als Ursache des Vorwärtsfluges.
Was mir zu Zweitem einfällt: Was, wenn nach einem Sackflug das ganze Profil eh kollabiert ist (erkennbar an den vielen Falten im Segel), reichen dann irgendwelche Anfahrtswirbeltheorien immer noch zur Erklärung?

Klar ist die Nase bei gut leistenden Geräten im Normalflug höher als die Hinterkante.
Gleitet das Ding z.B. mit 1:9 und hat mehr als 6.34 Grad Anstellwinkel (normal sind 7-8), dann ist die Nase höher. Allerdings hat der Flügel in Normalflug einen Druckpunkt um die 25% (also bei 2.5m Flügeltiefe ca. 62.5cm hinter der Nase). Im Sackflug wäre der Druckpunkt bei ca. 50%, also 1.25m hinter der Nase (in der Mitte des Flügels). Haben wir 7m Leinenlänge, wäre die Nase im Sackflug nicht höher als die Hinterkante, da sich der Flügel im Zustand des Sackfluges durch die Differenz der Druckpunktlage nach vorne dreht (in diesem Beispiel um die 5 Grad).

Interessant wird es demnach erst bei einem angenommenen Flügel, der z.B. 1:11 (5.2 Grad) bei 8 Grad Anstellwinkel gleiten (Nase im Normalflug demnach also 2.8 Grad über der Horizontalen). Bei 2m Flügeltiefe und 10.22m Leinen würde dieser im Sackflug (Druckpunktwanderung 25-50%) dann um eben diese 2.8 Grad nach vorne drehen und dann wären Vorder und Hinterkante gleich hoch!
:-)

-hätte er längere Leinen oder weniger Flügeltiefe, oder besseres Gleiten, oder mehr Anstellwinkel, oder den Druckpunkt im Normalflug weiter hinten, ...
dann wäre die Nase im Sackflug weiter oben als die Hinterkante.

-und dann wird es sich der Flügel wohl ein Weilchen "überlegen" auf welche Seite er jetzt anfahren will.

Diese Geometriedaten sind aber zur Zeit kaum realistisch.

Servus!

Hannes

[hob]

AW: Einfache? Frage...

...
Ich persönlich halte die Anfahrtwirbel ohnehin für eine Anschauungskrücke, die zu Fehlschlüssen verleitet. Sie sind eher Folge als Ursache.

---<(kaimartin)>---

Dann sag' das dem Prof. Prandtl. Der hat das so anhand eines Profils erklärt. Dazu gab es auch Schlierenaufnahmen von diesem Wirbel. Und wenn man ein Profil nimmt, das vorne und hinten gleich ist, muß es ja einen Grund geben, warum sich die Strömung in eine bestimmte Richtung aufbaut oder das Profil vor und zurück pendelt oder nur durchsackt. Mehr vereinfachen kann man nicht.

Allerdings: Gleitschirme, die mit verformbarem Profil auch rückwärts fliegen, gab es damals noch nicht, wohl aber Flugzeuge mit relativ starren Profilen, welche aber nicht rückwärts flogen.

Gruß hob

[pmhausen]

AW: Einfache? Frage...

Und wenn man ein Profil nimmt, das vorne und hinten gleich ist, muß es ja einen Grund geben, warum sich die Strömung in eine bestimmte Richtung aufbaut oder das Profil vor und zurück pendelt oder nur durchsackt.

Klar gibt es den: den Schwerpunkt. Der liegt ganz grob bei 25-33% der
Flügeltiefe bei Papierfliegern und Modellflugzeugen.

Und für die nötige Längsstabilität sorgt in aller Regel eine zweite Fläche
mit der passenden Einstellwinkeldifferenz, auch Höhenleitwerk genannt.
Bzw. beim Nurflügler ein S-Schlag nach oben.

Ein Stück Pappe in der Form eines Zagi fährt nicht von alleine an sondern
taumelt chaotisch wie ein Blatt zu Boden. Erst mit 2-3 Büroklammern an der
Nase fliegt das Ding. Weshalb wohl?

Gruß,
Patrick

[Steffen]

AW: Warum fliegt ein Schirm vorwärts?

@Steffen[/B]
Das hat Hannes schon versucht zu erklären:

Man nehme ein Profil, das aussieht wie ein Kreisabschnitt - die Profilunterseite ist eine gerade Linie, eine Sekante. Die Profiloberseite ist der Teilkreis, völlig symmetrisch, mit einer größten Dicke in 50% Tiefe und einer Dickenrücklage von eben auch 50%. Das Profil ist hinten wie vorne - oder auch umgekehrt zu sehen - gleich spitz, und alle Leinen seien gleich lang und symmetrisch angebracht.

Was passiert, wenn das Ding senkrecht nach unten fällt?

[...]Gruß hob

Hi Hob,

sorry, das war gar nicht meine Frage! An diesem Beispiel hab ich ja gar nichts auszusetzen gehabt!

Im Sackflug wäre der Druckpunkt bei ca. 50%, also 1.25m hinter der Nase (in der Mitte des Flügels). Haben wir 7m Leinenlänge, wäre die Nase im Sackflug nicht höher als die Hinterkante, da sich der Flügel im Zustand des Sackfluges durch die Differenz der Druckpunktlage nach vorne dreht (in diesem Beispiel um die 5 Grad).

Dieses Statement von Hannes ist die Antwort auf die Frage! Der Schirm dreht sich um den Aufhängepunkt nach vorn. Daraus ergibt sich dann die spannende Frage: um wieviel Grad muss die Nase über dem Horizont sein, damit der Schirm sich im Sackflug nicht nach vorne dreht, sondern in den Flyback geht - was Schirme bei richtigem Einsatz der Bremse bekanntlich tun!
Bzw. nächste Frage: wenn man in der Betrachtung festlegt, dass sich der Schirm nicht drehen darf, bei welchem Winkel ist da die Grenze?

Beste Grüße,
Steffen

[Hannes Papesh]

AW: Warum fliegt ein Schirm vorwärts?

Dieses Statement von Hannes ist die Antwort auf die Frage! Der Schirm dreht sich um den Aufhängepunkt nach vorn. Daraus ergibt sich dann die spannende Frage: um wieviel Grad muss die Nase über dem Horizont sein, damit der Schirm sich im Sackflug nicht nach vorne dreht, sondern in den Flyback geht - was Schirme bei richtigem Einsatz der Bremse bekanntlich tun!
Bzw. nächste Frage: wenn man in der Betrachtung festlegt, dass sich der Schirm nicht drehen darf, bei welchem Winkel ist da die Grenze?

Beste Grüße,
Steffen

Hi Steffen!

Ich würde eher sagen: der Druckpunkt (Aufhängepunkt) ändert sich zwischen den Zuständen "Normalflug" und "Sackflug". Je nach Lage dieser Punkte, Flügeltiefe und Leinenlänge, dreht der Flügel im Sackflug um die Querachse nach vorne.
Es kann also leicht sein, dass die Nase im Normalflug höher liegt als die Hinterkante, im Sackflug aber nicht.

In der Praxis kommen jedoch noch einige Faktoren dazu, da sich der Flügel im Zustand des Sackfluges stark verformt.

Servus!

Hannes