Entenflugzeuge,
Box Wings, Tandem-Flugzeuge -
diese
Flugzeugtypen bieten jeweils bestimmte Vorteile.
Beispielsweise
haben schon in den 1930er Jahren die Pou-du-ciel
und in den 1980er Jahren der Sunny-Boxwing gezeigt, was sie können.
Lassen
sich die Vorteile kombinieren - und Nachteile eliminieren?
Auf dieser Seite:
Einen
Versuch ist's wert ...
Die
Eigenschaften
Das
Baukonzept
Profile
Einstellwinkel
Schwerpunkt
Steuerung
und clean design
Scale
up und Sicherheit
Hinweis
Kontakt
Einen
Versuch ist's wert ...
... das Höhenleitwerk
eines Entenflugzeugs nahe an die Tragflächen heranrücken,
anheben, zum vorderen Tandem-Flügel vergrößern
und die beiden auf diese Weise positiv gestaffelten Tandem-Flächen
zum Box Wing verbinden.
Die
Eigenschaften
Ein einfaches Gleiter-Modell
zeigt erstaunliche Flugeigenschaften.
Aus allen getesteten
Ausgangslagen erreicht das Modell selbstständig den stabilen
Gleitflug.
Fallenlassen aus beliebiger Orientierung, Wurf mit beliebiger
Orientierung, initiales Flachtrudeln ... kein Problem.
Das Konzept verspricht außerdem gute Leistung durch
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- ausschließlich
Auftrieb erzeugende Tragflächen
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- Verzicht auf ein Abtrieb
erzeugendes Höhenleitwerk
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- Verzicht auf S-Schlag-Profile,
die ihre Eigenstabilität durch Erzeugung partiellen Abtriebs
gewinnen
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- Box Wing zur Unterdrückung
der Druckausgleichswirbel an den Enden der Tragflächen
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- länger anliegende
Strömung an der Oberseite der hinteren/unteren Tragfläche,
bedingt durch die abwärts gerichtete Abströmung hinter
der vorderen/oberen Tragfläche
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Das
Baukonzept
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- Verwendung "konventioneller"
Profile (keine Low-Re-Profile, keine Laminarprofile, keine
S-Schlag-Profile etc.)
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- der vordere Flügel
besitzt weniger als 50%, der hintere Flügel mehr als 50%
der Gesamt-Flügelfläche
(Gleiter-Modell: vorderer Flügel 47%, hinterer Flügel
53%)
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- Abstimmung der positiven
Staffelung so, dass die sichere Anströmung aller Flächen
jederzeit gewährleistet ist (keine Abschattung der
Anströmung bei üblichen Flugmanövern - Rückenflug
mit großem Anstellwinkel ausgenommen)
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- der vertikale Abstand
der Tragflächen zueinander beträgt ca. 1/3 der lokalen
Gesamt-Flächentiefe
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- die Überlappung
von vorderer/oberer und hinterer/unterer Tragfläche beträgt
ca. 10% der Gesamt-Flächentiefe
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- keine oder nur wenig
Pfeilung der Tragflächen
(Gleiter-Modell: Die vorderen Tragflächen besitzen
eine ungepfeilte Hinterkante. Die hinteren Tragflächen sind
- entsprechend der proportional zur Gesamt-Flächentiefe
gewählten Überlappung von vorderer und hinterer Tragfläche
- mit geringfügig gepfeilter Vorderkante ausgerichtet)
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Parameter
- das Spielfeld des Konstrukteurs |
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Darstellung für ungepfeilte
Rechteckflächen bzw. differenziell an einem Flächenschnitt |
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Die Optimierung der Parameter
des Box Wing Canard erfolgt u.a. in Abhängigkeit von der
angestrebten Fluggeschwindigkeit, der Wahl der Profile - ggf.
mit Strak und Schränkung, der Form der Tragflächen,
der gewünschten Beeinflussung der Strömung zwischen
den Tragflächen, der gewünschten Flugstabilität
bzgl. der Querachse |
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Profile
Für den vorderen
und hinteren Flügel können "konventionelle"
Profile Verwendung finden.
Beispielsweise Ritz-, Eppler- oder Göttingen-Profile und
auch weitere Profile, die beispielsweise mit der Kutta-Joukowski-Transformation
auf einfachem Weg angenähert und daraus deren Eigenschaften
und Kennwerte näherungsweise bestimmt werden können.
Prinzipiell gelten
dieselben Auswahlkriterien wie für ein Entenflugzeug.
Beispiele einfacher
Kutta-Joukowski-Profile für ein nicht allzu schnelles Segelflug-Modell
 
Einstellwinkel
Der Einstellwinkel
zwischen vorderer und hinterer Tragfläche ist etwas größer
als die Differenz der beiden Nullauftriebswinkel.
Damit ist bei Änderung der Fluggeschwindigkeit die entsprechende
relative Änderung des Auftriebs am vorderen Flügel
größer als am hinteren Flügel. Bei richtigem
Gewichtstrimm wird so die Flugbahn bei Neutralstellung der Höhensteuerung
um die Querachse stabilisiert.
Schwerpunkt
Der Massenschwerpunkt
liegt etwa am vorderen Drittel der Flächenverteilung.
Steuerung
und clean design
Die Steuerung um die
Quer- und Längsachse kann durch Pendelsteuerung der vorderen
Tragflächen erfolgen. Das ermöglicht eine Bauweise
ohne Klappen. Durch die großen beweglichen Flächen
sind nur geringe Winkelausschläge der Tragflächen erforderlich.
Durch das clean design
wird nebenbei der Strömungswiderstand reduziert.
Mit dieser Bauweise
lässt sich auch sehr einfach der richtige Einstellwinkel
zwischen vorderer und hinterer Tragfläche finden.
Die Pendelruderausschläge des vorderen Flügels dürfen
nicht zu groß ausfallen, damit die Strömung an der
Oberseite des hinteren Flügels nicht gefährlich beeinträchtigt
wird.
Von einem erfahrenen
Piloten kann ein Modell ohne Seitenruder-Steuerung nur mit Quer-
und Höhenruder-Funktion gesteuert werden.
Eine konkrete Seitenruder-Steuerung
kann - falls gewünscht - durch eine Klappe an der Seitenleitwerksflosse
oder durch Klappen an den äußeren Verbindungen der
Tragflächen erfolgen. In diesem Fall ist eine Pfeilung der
Tragflächen vorteilhaft.
Scale
up und Sicherheit
Da sich beim scale
up das Massen- / Flächen-Verhältnis des Flugkörpers
verschiebt, ist für kontrollierten Flug grundsätzlich
die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit (Fluggeschwindigkeit)
erforderlich. Dadurch ergibt sich u.a. eine Verschiebung der
laminaren und turbulenten Strömungsanteile.
Beim scale up, beispielsweise
für ein bemanntes Flugzeug, ist daher die beschriebene Bauform
mit ihrer Flächenanordnung und aerodynamischen Wechselwirkung
zwischen den Tragflächen sowie die Handhabbarkeit und aerodynamische
Zuverlässigkeit der Steuerung erneut zu prüfen.
Hinweis
Vorliegend ist ein
Konzept mit experimentellem Charakter beschrieben.
Es wird keine Gewähr oder Haftung übernommen, auch
nicht für technische Einzelheiten.
und
immer willkommen :
Kontakt
Immanuel Hahnenstein
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