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Der Windenhochstart bei einem Nurflügel

von Bernd Pfeiffer, mit Ergänzungen von Peter Wick (LOGO Team)

Seit vielen Jahren sind die Probleme beim Windenstart bei Nurflügeln gelöst. Nurflügel kommen auf vergleichbare Hochstarthöhen wie die Leitwerkler und propellern nicht mehr.

Wie kommt es dann, daß man immer noch Modelle aus dem Boden zieht, die sich in einer schraubenförmigen Bewegung in den Boden gefressen haben und von den Vereinskollegen wegen der geringen Hochstarthöhen nur bemitleidet werden?

Es ist alles eine Frage der Einstellungen des Modells, denn:
Ein schlecht eingestellter Leitwerkler propellert auch.
Und: Schon mal jemanden mit einem schlecht eingestellten Modell auf einem F3B Wettbewerb gesehen? Das macht schnell 40m Unterschied in den Hochstarthöhen aus.

Lage des Hochstarthakens

Der Hochstarthaken sollte 5 bis 15mm vor dem Schwerpunkt liegen. Es funktionieren auch Hakenlagen direkt im oder hinter dem Schwerpunkt. Ist die Hakenlage weiter hinten, hat man etwas mehr Hochstarthöhe. Ist sie weiter vorne, verfängt sich das Modell nicht so leicht beim Schuss im Seil.

Der Schwerpunkt eines Modells ist entgegen der meist angewendeten Praxis nicht flächig, sondern räumlich definiert. Der Abstand des Hakens in der z-Richtung (also wie tief der Haken "unter" der Fläche sitzt) hat einen deutlichen Einfluß auf den Start. Je größer der Abstand, desto mehr wirkt ein aufrichtendes Moment. Dieses kann in der Startphase mit ohnehin geringer Fluggeschwindigkeit und damit geringer Ruderwirksamkeit ein schlagartiges Überziehen der gesamten Fläche auslösen. Die Haken sollten also möglichst nahe an der Flügelunterseite angebracht werden, um das wirkende Moment klein zu halten.

Achtung:
Merkt man, daß man zu hecklastig fliegt und verlegt den Schwerpunkt weiter nach vorne, so verschiebt sich auch die Lage des fest eingebauten Hochstarthakens. Deshalb sollte man den Hochstarhaken immer relativ weit vorne einbauen, den wirklichen Schwerpunkt erfliegen und dann erst die genaue Hakenposition ermitteln.

Klappenstellungen

Bei der Freigabe des Modells aus der Hand in die Steigphase werden am Außenflügel starke Anstellwinkel induziert. Mit den bekannten Programmen von Möller und Ranis kann man dies gut simulieren, indem man auf die Verwindungsverteilung des Modells eine positive Verwindung aufaddiert. Als Beispiel hier ein Referenzmodell, das dem CO5 ähnlich ist. Zuerst wird gezeigt, daß dieses Modell nicht propellert und dann, wie man dieses Modell durch falsche Einstellungen zum propellern bringt.

Die Auftriebsverteilung des Modells ist unterelliptisch, der Strömungsabriß kommt also sehr gutmütig und beherrschbar.

unterelliptische Auftriebsverteilung bei Normalflug

unterelliptische Auftriebsverteilung bei Normalflug

Beim Hochstart wird jetzt die Wölbklappe ausgeschlagen. Außerdem wird in diesem Fall noch eine Aufnickbewegung simuliert: Die ca-Verteilung ist im Außenbereich jetzt viel fülliger, der Strömungsbriss findet aber noch immer -gutmütig- am Innenflügel statt.

ca-Verteilung bei ausgeschlagener Wölbklappe, ca-max auf Klappenstellung angepasst

ca-Verteilung bei ausgeschlagener Wölbklappe, ca-max auf Klappenstellung angepasst

Hat der Flieger keine Wölbklappe zur Verfügung, muß man das aufrichtende Moment durch ein Ziehen des Höhenruders erreichen. Simuliert man dies, so erkennt man, daß die ca-Belastung im Außenflügel fast genauso hoch ist wie die im Innenflügel. Das durch den Ruderausschlag entwölbte Profil im Außenflügel kann aber diese ca-Werte überhaupt nicht liefern. Das Modell propellert.

ca-Verteilung bei ausgeschlagenem Höhenruder, im Innenflügel ist ca-max nicht erreicht, der Außenflügel ist aber kurz vor dem Abriß

ca-Verteilung bei ausgeschlagenem Höhenruder, im Innenflügel ist ca-max nicht erreicht, der Außenflügel ist aber kurz vor dem Abriß

Ergebnis

Das Ergebnis dieser Betrachtung ist, daß ein gepfeilter Flügel in einer Aufnicksituation durch eine positiv ausschlagende Wölbklappe den Außenflügel entlastet. Erzeugt man das aufrichtende Moment durch ein Ziehen des Höhenruders, wird der Außenflügel mehr belastet. Ein Propellern ist hier wahrscheinlicher.

Natürlich sind das rein qualitative Ergebnisse, das Programm von Michael Möller kann lediglich in einem eingeschränkten Bereich richtige Ergebnisse liefern. Allerdings ist dieses Programm gut, um Tendenzen zu erkennen und in einer kurzen Zeit eine Vielzahl von Simulationen machen zu können. Dies ist mit Programmen wie Vortex leider nicht möglich.

Was macht man wenn der Flieger propellert?

Es passiert immer wieder... man spielt mit den Wölbklappenausschlägen, will noch ein paar Meter Hochstarthöhe herauskitzeln und es war zu viel...

Direkt nach dem Freigeben des Modells kommt es zu dem gefürchteten Propeller. Die Strömung reißt am Außenflügel ab und das Modell verhält sich wie ein Lenkdrache, bei dem eine Schnur gerissen ist.

Um da herauszukommen macht man folgendes:

  1. Sofort die Winde anhalten
  2. Wenn der Flieger nach der ersten Drehung die Nase wieder nach oben zeigt, volles Tiefenruder geben. (Jetzt legt sich die Strömung wieder an den Außenflügel)
  3. Sofort wieder die Winde starten, der Steigflug sollte jetzt sehr flach zu Ende geführt werden.

Für das ganze Manöver hat man eine bis zwei Sekunden Zeit, also nicht sehr viel... aber es klappt!

Hochstartgummi

Es ist nicht bekannt, ob diese Vorgehensweise auch bei einem Gummiseilstart erfolgreich ist, Berichte hierzu sind immer willkommen!

Nichtrechteckige Flügelgeometrien

Obige Rechnung wurde für eine rechteckige Flügelgeometrie angestellt. Hat der Flügel eine Zuspitzung, so verschärft sich die Abreißproblematik im Außenflügel. Vergleicht man die Aufnicksituation des Referenzmodells z.B. mit der der Aurora Evo, so sieht man etwas überraschendes: Auch in einer Aufnicksituation bleibt die Auftriebsverteilung nahezu elliptisch!

ca-Verteilung bei Windenhochstart der Aurora Evolution

ca-Verteilung bei Windenhochstart der Aurora Evolution

So schön wie in diesem Diagramm wird die Auftriebsverteilung in Wirklichkeit nicht sein. Das Programm rechnet mit zu wenig Stützstellen, außerdem geht der Einfluß der Winglets nicht ein. Interessant wäre es auch, den Übergang von der Wölbklappe zum Querruder genauer rechnen zu können.

Die Erfahrung zeigt allerdings, daß alle Modelle mit einer angepaßten Flügeltiefe ein sehr gutmütiges Abreißverhalten aufweisen. Beispiele hierfür sind Aurora Evo, Yoda und Vespertilio. Die Flügelgeometrie ist also ein entscheidender Faktor für das Abrißverhalten beim Hochstart.

Einfluß der Winglets

Der letzte Faktor, der das Abrißverhalten beim Hochstart beeinflußt, sind die Winglets. Generell empfehlenswert sind zurückgesetzte Winglets wie in den Büchern von Unverfehrt und Nickel/Wohlfahrt beschrieben.

Mit Winglets ist ein schiefes Loslassen oder Seitenwind beim Abgeben ins Seil wesentlich kritischer, das eine Winglet induziert dabei ein erhöhtes ca am Flügelende (es "staut" quasi die Luft am hinterherfliegenden Ende). Bei zu geringer ca-Reserve am Außenflügel kann dies den Abriß der Strömung bedeuten, ein Propeller beendet den Flug.

Abhilfe bringt hier nur eine Auftriebsverteilung, die außen keine zu hohen ca-Werte aufweist. Genauer gesagt: Ein gutmütiges Ueberziehverhalten. Die Programme von Ranis und Möller können Winglets und ihren Einfluss auf die ca-Verteilung nicht erfassen, wenn man also diese Programme verwendet, muss man außen mehr Reserve einplanen. Dies gilt natürlich nur für den Fall daß Winglets verwendet werden. Allgemein wird ein schiefes Abgeben dadurch erschwert, wenn man zwei Haken an der Flügelunterseite verwendet, die V-Fesselung ist also hier erste Wahl.

V-Fesselung und zentraler Hochstarthaken

Eine V-Fesselung erlaubt es, das Modell über die Querruder sehr gut im Hochstart zu steuern. Damit ist es möglich, das Modell bei Seitenwind ausbrechen zu lassen, um gegen den Wind schießen zu können. Bei einem zentralen Hochstarthaken läßt sich das Modell nicht gut über die Querruder steuern. Der Verfasser hat damit keine guten Erfahrungen gemacht. Eine V-Fesselung ist in jedem Fall zu empfehlen.

Freigabe in das Seil

Gibt man das Modell mit Schwung und Spannung im Seil (sollte man immer haben) und etwas nach oben ab, so ist ein gegebenenfalls auftretendes Aufnicken kleiner und die Strömung liegt besser an. Dies führt zu mehr Höhe und einem sichereren Start.

Bauweise

Eine steife Bauweise mit richtiger Holmlage (siehe auch SB13) ist wichtig, weil sonst die Tragfläche und damit der aerodynamisch wirkende Profilverlauf vor allem während des Starts unter der hohen Last deformiert werden kann. Ansonsten ist es nicht ausgeschlossen, daß das Modell plötzlich auf halber Höhe bei höherer Last kritisch wird.



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