m 31

Forschungssegler der Akaflieg München

Modell im Maßstab 1:2,5 (6 M Spw.) von HKM

MÜ 31

MÜ 31 Seitenansicht

MÜ 31-Flächenschränkung Mitte

MÜ31-Profilstrak Flächenmitte

MÜ 31-Team 2017

Mü 31 startbereit, 15.9.2017

(c) Wiedergabe obiger Grafiken unf Fotos mit freundlicher Genehmigung der Akaflieg München!

Ihr sei herzlich Dank dafür!

^* * ^*

MÜ 31-Modell für HKM, 3-Seitenansicht

MÜ 31-Modell Flügel-Rumpf-Übergang

MÜ 31-Modell Flügel-Rumpf-Querschnitt Vorderkante Flächenwurzel

MÜ 31-Modell Profilstrak in Flügelmitte

Polarenvergleich der HQ/DS-Profile

MÜ 31-Modell Winglet

Für Freunde, die das Besondere lieben!

Wer als Freund von größeren Scale-Seglern nicht gerade GPS-Ambitionen hegt und lieber ein geruhsameres Segelflugmodell mit dem Charme ästhetischer und unverwechselbarer Formen hätte, dem wird mein Fliegerfreund Willi Helpenstein (HKM) noch in diesem Jahr mit einem Modell im Maßstab 1:2,5 der MÜ 31, konstruiert und gebaut von der Akaflieg München, ein besonderes bajuwarisches Schmankerl anbieten. Es  soll sozusagen das Sahnehäubchen auf seinen erfolgreichen ASW 27-, ASW 28-, ASH 31- und AS 33-Großseglern werden.

^* * ^*

Charakteristische Eigenschaften des Originals

Bei der Geschwindigkeit, mit der heutzutage neue Segelflugzeuge in allen FAI-Klassen von verschiedenen Herstellern förmlich über Nacht wie Pilze aus dem Boden wachsen und wir Modellflieger mit Scale-Nachbauten kaum hinterherkommen, scheint die Entwicklung der MÜ 31 vom Ende der 90er Jahre bis zum  Erstflug  am 15. September 2017 in Königsdorf geradezu schneckenhaft gemächlich. Die grundsätzliche aerodynamische Zielsetzung für diesen Forschungssegler, nämlich eine deutliche Reduktion des Interferenzwiderstandes von Tragfläche und Rumpf, ist immer eine besondere konstruktive Aufgabe für jedes Segelflugzeug, wurde aber bei der MÜ 31 paradigmatisch in Angriff genommen:

1. Die Schulterdecker-Konfiguration der Tragfläche mit durchgehender Flächenoberseite sorgt dafür, dass es hauptsächlich nur auf der Unterseite des Flügels zu Interferenzwiderständen kommen kann. Sie sorgt dafür, dass der Strömungsnachlauf der Tragfläche oberhalb des hinteren Rumpfes verläuft und verhindert so schädliche Reibungswiderstände.

2. Im Bereich des Rumpfes erhielt die Fläche eine Aufschränkung bis zu 3° in der Rumpfmitte. Dies erforderte auch einen Profilstrak hin zu einem relativ dicken Profil. Diese Profilierung im  Rumpfbereich soll für eine möglichst elliptische Auftriebsverteilung mit geringem induziertem Widerstand über die ganze Tragfläche sorgen. Dagegen führt die Auftriebsverteilung bei anderen Konfigurationen im Rumpfbereich meist zu Auftriebsverlusten und höheren Widerständen.

3. Die starke Einschnürung des Rumpfes, die schon am Flächenanfang beginnt, sorgt dafür, dass die Tragfläche auf einer Art Pylon sitzt, der sich zum Flächenende hin zuspitzt, was wiederum der Verringerung des Interferenzwiderstandes zugute kommen soll.

Im Jahr 2005 konnten die Vorteile dieses Konzeptes mittels eines Modells im Windkanal an der Uni Delft/NL bei wiederholten Messungen verifiziert werden.

Für den Bau des Seglers ab 2008  wurden zum großen Teil, außer im rumpfnahen Flächenbereich, Teile der ASW 27 von Alexander Schleicher Segelflugzeugbau  verwendet: vorderer Rumpf, Leitwerk und Flächenaußenteile.

^* * ^*

Konstruktion des MÜ 31-Modells für HKM

Der grandiose Einfall, ein Modell der MÜ 31 im Maßstab 1:2,5 zu bauen, ist Willi und seinem Freund Ingo v.d.F. wohl bei einem Feierabendbierchen (oder auch zwei?) gekommen. Als sie darüber fachsimpelten, was als nächstes Projekt, nun, da die neue AS 33-HKM in Produktion und Markt gut angelaufen ist, wohl künftig unter Einbeziehung bestehender Ressourcen für das HKM-Portfolio am ehesten infrage käme, müssen sie auf das noch relativ neue  Segelflugzeug der Münchener Akaflieg gekommen sein.

Zu Rumpf und Leitwerk

Da dieses Fluggerät weitgehend Komponenten der ASW 27 von Alexander Schleicher verwendet und bis auf die bereits oben erwähnte Änderungen zu Forschungszwecken mit dieser identisch ist, bot sich für das Modell an, das vordere Rumpteil der ASW 28-HKM und das Leitwerk der AS 33-HKM zu verwenden. Für beide sind ja die Formen verfügbar, nur das Rumpfteil zwischen Flächenanfang und Leitwerk war neu zu gestalten.

Das Leitwerk der AS 33 ist im Original mit dem der ASW 27 nahezu identtisch. Meine Nachrechnungen der statischen Längsstabilität für das AS 33-Modell hatten aber ergeben, dass eine moderate Vergrößerung des Höhenleitwerks beim Modell mit seinen ungünstigeren Strömungsverhältnissen am HLW, vor allem im Langsamflug, erforderlich war, um stabil fliegen zu können. Auch das Seitenleitwerk wurde optisch unmerklich vergrößert. Diese Änderungen am Leitwerk sind sicher auch von erheblichem Vorteil für die Flugstabilität des MÜ 31-Modells.

Zu den besoderen Charakteistika des Modelldesigns

Einen Eindruck des von mir anhand von Unterlagen der Akaflieg Mü und unter Berücksichtigung modellseitig erforderlicher aerodynamischer Änderungen entworfenen MÜ 31-Modells liefert die linksseitig zu sehende 3-Seitenansicht. Zu erwähnen ist hier noch, dass die Winglets der MÜ 31 wohl gegenüber denen der ASW 27 etwas vergrößert wurden. Da keine Unterlagen hierfür zu bekommen waren, habe ich sie hinsichtlich ihrer aerodynamischen Effizienz ähnlich gestaltet wie beim AS 33-Modell, nur nicht sichel-, sondern trapezförmig.

In der nachfolgenden Tabelle werden die geometrischen Maße des MÜ 31-Modells im Vergleich mit denen der AS-33- und ASW 28-Modelle aus Willis Produktion,  alle im Maßstab 1:2,5 zu den Originalen, wiedergegeben:

Grundsätzlich wäre bei einer zumeist üblichen Tragflügelanordnung im Mitteldeckerformat wegen  geringerer Spannweite und Flügelfläche mit etwas verminderten Gleit- und Sinkleistungen im Vergleich zu den beiden anderen Modellen zu rechnen. Es wird aber spannend sein zu sehen, ob die Hochdecker-Anordnung des Tragflügels mit einem speziellen Profilstrak im Flächenmittelteil, analog wie beim MÜ 31-Original, und die gute Streckung des Flügels diesen Verlust auch beim Modell wenigstens teilweise kompensieren können. Warten wir's ab!

Zum Entwurf der Tragfläche

Wegen der guten praktischen Erfahrungen mit den Leistungen des Profils HQ/DS-2,25/13 sowohl für den langsamen Gleit- und Thermikflug als auch für den dynamischen Vorflug, stimmte Willi mit mir überein, dieses Profil für den Hauptteil des Flügels, außer im Rumpfbereich und an den Flügelenden, einzusetzen. Auch wenn der Originalsegler für den Einsatz in der Rennklasse konzipiert wurde, so rechnen wir doch damit, dass der an diesem Modell interessierte Kundenkreis eher nicht ein Modell für schnelles GPS-Fliegen, sondern ein Allroundmodell für Thermik und/oder flotten Vorflug sucht.

Theoretisch und empirisch ist je nach flugmechanischer und aerodynamischer Auslegung der Modelle für das Hauptprofil HQ/DS-2,25/13 etwa eine Einstellwinkel-Differenz von EWD=2° für Flügel und Höhenleitwerk bei optimaler Schwerpunktlage für den Langsamflug erforderlich. Wie schon erwähnt, wurde beim Original in der Flächenmitte ein sehr dickes Profil eingesetzt, das eine Aufschränkung von +3° erlaubt. Leider wäre so eine starke Aufschränkung wegen der ungünstigeren Strömungs-Verhältnisse im kleineren Modellmaßstab nicht ohne große Leistungsverluste zu realisieren. Nach etlichen Profilanalysen und reiflicher Überlegung wurde schließlich für die Flügelmitte das Profil HQ/DS-3/15 (siehe Polarengrafik) gewählt mit dem eine positive Schränkung von +2° möglich ist. Damit hat der Flügel in der Mitte bei Hochauftrieb etwa eine Einsrellwinkel-Differenz von EWD=4°. Aus den Auftriebs-Widerstands-Polaren links ist zu ersehen, dass es bei Maximalauftrieb am Hauptteil des  Flügels auch in der Flügelmitte am Profil HQ/DS-3/15 bei 2°mehr Anstellwinkel theoretisch noch nicht zum Strömungsabriss kommt.

Von der Flügelmitte mit dem Profil HQ/DS-3/15 und mit 3,5° Einstellwinkel zur Rumpfbezugslinie wurde der Flügel zu beiden Seiten über je 280 mm in Spannweitenrichtung stetig zum Profil HQ/DS-2,25/13 mit 1,5° Einstellwinkel hin gestrakt. Um die Formenherstellung für den Schränkungsbereich des Mittelflügels zu erleichtern, wurden 9 Zwischenprofile   erzeugt (s. Grafiken Flügel-Rumpf-Übergang und Profilstrak). Dem versierten Leser bedürfen die Grafiken wohl keiner besonderen Erläuterung.

Das Profil HQ/DS-2,25/13 wird im weiteren Spannweitenverlauf bis zu etwa 250 mm vor den  Winglets beibehalten. Bei einer zu erwartenden Flächenbelastung von m/A = 7 - 8 kg/m² (m = Masse des Modells, A = Fläche des Flügels) und einem Gesamt-Auftriebsbeiwert von c_A=0,75 bei geringstmöglicher Sinkrate errechnet sich eine minimale Fluggeschwindigkeit von etwa V = 12,5  m/s. 250 mm vor den Winglets liegt noch etwa eine Flachentiefe von 150 mm am Außenflügel vor und für das Profil HQ/DS-2,25/13 sind dort lokal noch günstige Strömungs-Verhältnisse mit Re = 200.000 im Langsamflug zu erwarten (siehe Polarengrafik links). Bei noch kleineren Re-Zahlen zum Flächenende hin würden die Strömungsverhältnisse für das Profil ungünstiger. Deshalb wurde zum Winglet hin auf das auch bei niedrigen Re-Zahlen sehr strömungsstabile Profil HQ/ACRO-2,25/13 gestrakt.

Für das Winglet kam das Profil HQ/Winglet-3/13 zum  Einsatz, das auch mal einen seitlichen Windsstoß verkraftet. Im Übergangsbogen vom Flächenende zum vertikalen Wiglet wurde stetig vom Profil HQ/A-2,25/13 auf das HQ/Winglet-3/13 gestrakt.

Zum praktischen Flügelaufbau

Nach reiflichen Überlegungen kam Willi aus produktionstechnischen Gründen zu dem Schluss, die Tragfläche des Modells anders als beim Original zu teilen. Er wird sie in 3 Teilen bauen, ein Teil wird das Mittelstück mit der Aufschränkung, die beiden anderen Teile werden die daran anschließenden Flächenstücke bis zu den Winglets. Die Winglets werden als aufsteckbare Einzelstücke gebaut werden.

Zum Design des Rumpfes

Zur Gestaltung des Rumpfes ist eigentlich im Vorhergehenden schon genügend gesagt worden. Eine  Vorstellung davon geben die Grafiken mit der 3-Seiten-Ansicht und dem Flügel-Rumpf-Übergang.

^* * ^*

Im Laufe des Baufortschritts werde ich nachfolgend diesen Bericht mit Fotos ergänzen!

^* * ^*

Bleibt am Ball! Es lohnt sich!

MÜ 31-HKM-Baufortschritte

Muster der Flügelmitte

Ansicht von vorne und seitlich

Hier wird die MÜ 31-HKM gebaut !!!

AS 35

____________________________________

Neuer, dynamischer Segler von Alexander Schleicher-Segelflugzeugbau

mit 20 M Spannweite für die Offene FAI-Seglerklasse

3-Seitenansicht des Modells für RC-Flight-Academy mit 8 M Spannweite 

(c) Modelldesign Helmut Quabeck, 4/2022

"AS 35" - Segler für die Offene Klasse von Alexander Schleicher

Steilvorlage für ein dynamisches Modell mit 8 M Spannweite!

Gerade hatte mein Fliegerfreund und Erbauer von Flugmodellen, Willi H. (HKM-Flugzeugbau) ein dynamisches Modell des Schleicher-Rennseglers "AS 33" mit 7,2 M Spannweite nach Plänen von mir auf den Markt gebracht, da kündigte  der Poppenhausener Segelflugzeugbauer im Herbst 2021 auf seiner Webseite ein weiteres sehr dynamisches 20 M-Segelflugzeug für die "Offene FAI-Klasse" an, die "AS 35". Eine Steilvorlaage für ein ebenso dynamisches Modell mit 8 M Spannweite im Maßstab 1:2,5! Unser gemeinsamer Freund Erwin Schreiber, Betreiber der Modellbaufirma "RC Flight Academy" und bekannt für seine leistungsfähigen und qualitativ hochwertigen Flugmodelle, war von diesem Segler sogleich fasziniert und bat mich um die Konstruktion eines 8 M-Modells mit ähnlichem Leistungspotential für Thermik und schnellen Vorflug wie wir es mit dem "AS 33"-Modell erreicht haben, insbesondere auch mit Potential für den Einsatz bei GPS-Bewerben.

Virtuelle 3D-Rendering-Darstellungen des wohl finalen Designs der "AS 35"

(c) der Bilder: Patrick Wenzeck, Alexander Schleicher Segelflugzeugbau, 21.4.2022

Für das Überlassen der Bilder zu diesem Artikel ein herzliches Dankeschön!

Leider sind von der Firma A. Schleicher keine detaillierten Zeichnungen mehr für präzisen Modellnachbau der neueren Segler wie die "AS 35" zu bekommen. Entweder man versucht, anhand der 3-Seitenansicht  auf der Hompage der Firma (geringe Auflösung) ein Modell mit seinen Dimensionen dem Original möglichst getreu nachzubilden oder man wartet, bis irgendwann die exakten Dimensionen an einem fertigen Segler nachgemessen werden können. Da Letzteres lange dauern kann, voraussichtlich bis Mitte 2023, entschieden wir uns für die erstere "Semi-Scale"-Variante. Die Konstruktion des Modells verlief zügig und Erwin konnte bereits am Ende des Jahres 2021 mit dem Fräsen der Formen für die Einzelteile beginnen. Aber, da hatten wir die Rechnung ohne den Wirt gemacht! Bei der in 2021 auf der Schleicher-Webseite dargestellten Grafik des Seglers verlief die Hinterkannte der Tragfläche in ihrem Hauptteil senkrecht zur Rumpfmittellinie. Man hätte es für einen Aprilscherz halten können, als Anfang April 2022 ein erstes virtuelles 3D-Rendering Bild der "AS 35" auf der Schleicher-Homepage zu sehen war. Aus diesem konnte man ersehen, dass die Tragfläche in der endgültigen Ausführung wohl noch eine leichte Rückpfeilung bekommen hatte. Der änfängliche Schock war groß. Sollten die bereits fertigen, teuren Flächenformen keinen Wert mehr haben?  Nach Korrespondenz mit befreundeten Schleicher-Mitarbeitern stellte sich heraus, dass die Fläche tatsächlich etwas zurückgepfeilt wurde, aber hinsichtlich unserer "Semi"-Scale-Modellversion keine großen Korrekturen außer bei der Rumpfanformung für die Tragfläche erforderlich waren.

"AS 35" - Designaspekte

Für Modellflieger vielfach unbemerkt hat sich in den vergangeneen Jahren für das Segelfliegen in der "Offenen" FAI-Wettbewerbsklasse dank  aerodynamischer uind flugmechanischer Fortschritte im Segelflugzeugbau hinsichtlich des  Designs der neueren Flugzeuge und der daraus  resultierenden besseren Möglichkeiten für die Flugtaktik ein beträchtlicher Wandel vollzogen.  Wurde vor Jahren diese Flugzeugkategorie noch von Flugzeugmustern wie SB 10, Eta, EB29, ASW 22, ASH 25, Nimbus 3 - 4, Antares 23 ua. mit großen Flügelspannweiten von etwa 23 bis 30 M, aber eher geringer Wendigkeit, dominiert, so erlauben es neuere aerodynamische Errungenschaften kleinere Segelflugzeuge (z.B. von Jonker)  mit hohen Leistungen im Vorflug, gutem Steigvermögen, besserer Manövrierfähigkeit sowie einfacherem Handling zu entwickeln. Besonders auffällig sind die möglichen  hohen Flächengewichte, die schnelles Gleiten in bisher kaum bekanntem Maße ermöglichen. Auch die Kosten und der Preis für ein solches Fluggerät, die deutlich unter denen der früheren "Big-Schiffe" liegen dürften, spielen für Hersteller und Käufer eine nicht unerhebliche Rolle und werden sicher die Attraktivität der "Offene Klasse" fördern.

Mit der "AS 35" hat Alexander Schleicher Segelflugzeugbau  ein entsprechendes Flugzeugmuster entwickelt das vermutlich im Sommer 2023 zu seinem Erstflug starten wird. Die wichtigsten technischen Daten dieses Seglers sind in nebensteheender Tabelle aufgelistet. Bereits für den 18 M-Rennsegler "AS 33" wurde von den Schleicher-Spezialisten eine neue Profilfamilie für die Tragfläche entwickelt, die dem   Flugzeug zu hervorragenden Strecken- und Steigleistungen bis zu sehr hohem Flächengewicht verhilft. Da war es offensichtlich  wohl nur konsequent, sich das Leistungspotential dieser Profile auch beim Traagflügel der "AS 35" zunutze zu machen. Die geringe Fläche und die hohe Streckung des Tragflügels erlauben offenbar ein maximales Abfluggewicht von 62 kg/m² mit immer noch "sehr guter Steigleistung" (Schleicher-Zitat). Das wäre einmalig in der Entwicklung von Segelflugzeugen! Eine 21 M-Jonker JS1 schafft es z.B. "nur" auf  58,7 kg/m².

Neuartige Bauweisen sorgen für ein relativ geringes Grundgewicht der "AS 35", drum hat man bei Schleicher wohl entschieden, neben der 20 M-Variante auch ein 18 M-Muster für die Rennklasse zu bauen. Beide Muster werden wohl - dem allgemeinen Trend folgend - überwiegend mit einem Ausklapptriebwerk mit Wankelmotor für Eigenstart und Rückholung ausgeliefert werden.

"AS 35-RCFA" - Modelldesign

Die vergangene Generation von Segelflugzeugen für die Offene FAI-Klasse war meines Erachtens nicht gerade ideal für den maßstabsgetreuen Nachbau im Modellmaßstab. Wirklich leistungsfähige Modelle erhält man von ihnen nur, wenn der Maßstab groß genug gewählt wird, um ausreichende Flügeltiefen, vor allem an den Flügelenden, zu erreichen, bei denen die Umströmung der Luft im Fluge möglichst störungsfrei verläuft. Erfahrungsgemäß ist dies erst der Fall, wenn je nach Profilstrak die durchschnittliche Re-Zahl für die Strömung am Flügel ungefähr Re = 200.000 beträgt. Dies wird in der Regel erst bei einem Maßstab von etwa !:2,5 zum Original erreicht. So manches kleinere Modell eines Großseglers der offenen Kategorie dürfte deshalb zumindest im Langsamflug beim Piloten Frust erzeugt haben. Baut man aber zum Beispiel eine "Eta" im Maßstab 1:2,5, so kommt man auf eine mittlere Flächentiefe von 0,24 m. Mit einem leistungsfähigen Profil wie dem  HQ/DS-2,25/13, einem zulässigen Gesamtgewicht von 25 Kg und einer resultierenden maximalen Flächenbelastung von lediglich 84 g/dm² wird die Mindestgeschwindigkewit im Langsamflug etwa 11 m/s sein und die minimale mittlere Re-Zahl etwa Re=175.000, und im Allgemeinen dürfte es dem Modell deshalb an Dynamik fehlen. An den schmalen Flächenenden werden sich Strömungsverhältnisse mit Re-Zahlen deutlich unter Re =100.000 einstellen, was dort den Einsatz strömungsgünstiger Profile und eventuell von Turbulatoren erfordert, damit es z.B. beim langsamen Kreisen in der Thermik oder beim Landen nicht zum Strömungsabriss kommt. Die "Eta" ist zwar ein extremes Beispiel, aber es zeigt sehr deutlich die konstruktiven Schwwierigkeiten, die mit Modellen von Seglern mit großer Spannweite hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit verbunden sind.

Angesichts dieser Problematik mit Modellen von Großseglern der offenen Klasse hat Alexander Schleicher Segelflugzeugbau uns Modellfliegern mit der "AS 35" eine Steilvorlage für einen Scale-Nachbau geliefert, der im Maßstab 1:2,5 bestes aerodynamisches Leistungspotential ermöglicht und das mit Proportionen, die den Freunden großer Segler keine Kopfschmerzen mehr bei Handling und Transport bereiten sollten. In nachstehender Tabelle sind die wichtigsten geometrischen Parameter des 1:2,5-Modells der "AS 35" für RC-Flight-Academy (Erwin Schreiber) aufgeführt. Da das Modell nicht in allen geometrischen Daten ganz exakt dem Original entspricht, habe ich's als "AS 35 - RCFA" bezeichnet.

Fotos vom Formenbau des Höhenleitweks

(c) Erwin Schreiber, 2022

Vom "ASH 31-HKM"-Modell wurde auch eine leichte Vergrößerung des Seitenleitwerks übernommen. Wegen der großen Streckung der "AS 35" liegen die Masse-Mittelpunkte der Tragflächenhälften relativ weit vom Schwerpunkt entfernt und es ist deshalb zu erwarten, dass beim Gieren entsprechend große Seitenkräfte am SLW erfordelich sind, um die Trägheitsmomente der Tragfläche zu kontrollieren. Wie für das HLW gilt auch hier, dass die flugmechanische und aerodynamische Effizienz eines scale-mäßigen SLWs beim Modell geringer wäre als beim Original.

Zum Design der Tragfläche

Das Herzstück eines jeden Segelflugzeuges oder -Modells ist seine Tragfläche. Seine geometrische und aerodynamische Gestaltung bestimmen mehr noch als gutes aerodynamisches Design von Rumpf und Leitwerk über seine potentiellen Flugleistungen. Dem versierten  Konstrukteur/Piloten von Fluggeräten wird bekannt sein, dass insbesondere eine hohe Streckung und eine möglichst elliptische Form des Tragflügels zur Minderung des induzierten Widerstandes, der durch Druckausgleich hinter dem Flügel und vor allem an seinen Enden entsteht, beitragen und somit seine aerodynamische Effizienz steigern.

Seit der gründlichen wissenschaftlichen Erforschung des Eiflusses von Winglets auf Widerstand und Auftrieb der Fläche seitens Prof. Maughmer und Mitarbeitern an der Pennsylvania State University weiß man recht gut Bescheid über ihre bestmögliche arodynamische und geometrische Gestaltung für einen gegebenen Tragflügel sowie den prioritären Geschwindigkeitsbereich eines  Fluggerätes. Insbesondere im Langsamflug tragen sie bei den "Großen" zur Reduktion des induzierten Widerstandes und zu einer leichten Erhöhong des Gesamtauftriebes bei. Da sie eine Verwirbelung an den Flächenenden verhindern, verläuft die Luftstömung dort wesentlich glatter und erhöht dadurch die Wirksamkeit von Querrudern. Letzteres vor allem hat sich auch im Modellflug als sehr vorteilhaft erwiesen. Ob die meist sehr schmalen Winglets bei den Modellen die gewünschte Auftriebsverbesserung und eine Verminderung des Widerstandes liefern, bleibt zumindest fraglich.

Ein besonderes Augenmerk hinsichtlich der Reduktion des Gesamtwiderstandes eines Segelflugzeuges ist auf den sog. Interferenzwiderstand zwischen Rumpf und Tragfläche (ähnlch auch bei Höhen- und Seitenleitwek) zu richten, der nicht unerheblich sein kann. Hier wird bei den Flugmodellen häufig viel Potential verschenkt. Die Aerodynamikexperten wie bei Alexander Schleicher Segelflugzeugbau verfügen mittlerweile wohl über geignete Rechenverfahren (Vortex-Panel?) mit denen der Strömungsverlauf in diesem kritischen Bereich optimiert werden kann. Beim Flugmodellen ist man gut beraten, wenn die Ausrundung zwischen Rumpf und Fläche vom Flächenanfang bis zum Flächenende stetig vergrößert wird. Dadurch wird erreicht, dass in diesem Bereich der Druck der Strömung stets so groß ist, dass es zu keinem Rückstau mit energieverzehrender Wirbelbildung kommt.

"AS 35 - RCFA" Tragflügelgeometrie und Verteilung der Aftriebsbeiwerte

(c) Helmut Quabeck, 4/2022

Wie sich später als richtig herausstellten sollte, hatte ich aufgrund mangelnder Design-Unterlagen beim Modell der "AS 33" für HKM eine möglichst ellipsenförmige Auftriebsverteilung durch eine passende Aufgliederung des Tragflügels in je drei Trapeze für die Innen- und Außenteile des Tragflügels erzielt. Beim Vergleich mit dem finalen Design der "AS 33" zeigte sich dann eine relativ gute Übereinstimmung zwischen Modell und Original. Da mir auch für die Konstruktion der "AS 35 -RCFA"-Tragfläche entsprechende Design-Unterlagen fehlen, gehe ich davon aus, dass auch der "AS-35"-Flügel aus mehreren Trapezen, je drei beim Innen- und beim Außenflügel, mit annähernd elliptischer Auftriebsverteilung aufgebaut ist. Ich hoffe, dass am Ende der Vergleich der Flügel von Modell und Original ähnlich übereinstimmend ausfällt. Die obenstehende Grafik mit der lokalen Verteilung der Auftriebsbeiwerte des Tragflügels zeigt, dass die gewählte Flächengeometrie zu einer nahezu konstanten Verteilung führt. Da die Grafik für den Flügel noch ohne  Winglets erstellt wurde, fallen die Aufttriebsbeiwerte an den Flügelenden steil gegen Null ab. Mit Winglets ist lediglich ein Abfall auf c_a/c_A = 0,8 bis 0,7 zu erwarten. Wie die exakten Berechnungen mit meinem Programm "FMFM" unter Einbeziehung der Streckung und der Flächenform ergaben, hat die Tragfläche eine enorm gute Auftriebseffizienz von fast 96 %. Das heißt, der Auftriebsbeiwert der Fläche entspricht trotz der induzierten Widerstandsverluste zu 96 % dem des Profilstraks.

Profilstrak der "AS 35 -RCFA"-Tragfläche

(c) Helmut Quabeck, 10/2021

Bereits eingangs wurde geschildert, dass für die"AS 33-HKM" ein Profilstrak ermittelt wurde, der das Modell zu vorzüglichen Gleitleistungen im schnellen Vorflug und noch wirklich guten Leistungen in der Thermik befähigt. Dafür wurden aufwendige Leistungsanalysen mit Profilen unterschiedlicher Kategorien, Dicke und Wölbung durchgeführt. Fast der gleiche Profilstrak wurde nach wiederholter Analyse jetzt auch für die "AS 35 - RCFA" übernommen, so, wie aus obenstehender Grafik zu ersehen. Die Basis dieses Profilstraks sind HQ/DS-Profile mit 2 % Wölbung. Die Profildicken bewegen sich zwischen 12 % an der Flächenwurzel und 10 % am Außenflügel. Nur im lezten Außentrapez wurde zum Winglet hin auf das bei niedrigen Re-Zahlen noch ausreichend stömungsstabile Profil HQ/ACRO-2/10 gestrakt, um ein möglichst günstiges Überziehverhalten des Flügels zu erzielen. Dank seiner größeren Fläche, seiner größeren Streckung, seiner durchschnittlich größeren Flächentiefe und seiner etwas günstigeren Auftriebseffizienz hat die Tragfläche des "AS 35 -RCFA"-Modells bei etwa gleicher Profilierung  potentiell sicher ein höheres Leistungvermögen als die des "AS 33-HKM"-Modells. Darüber wird abschließend noch berichtet.

Bau der "AS 35 - RCFA"-Flächenformen

links Fräsform Flächenmitteltei, recht Herstellung Produktionsformen

(c) Fotos: Erwin Schreiber (RC Flight Academy), 4/2022

Aus den Auführungen über die "AS 35" auf der Website von Alexander Schleicher Segelflugzeugbau geht mehr oder weniger direkt hervor, dass die Winglets für diesen Segler wohl von denen der "AS 33" übernommen werden. So fügte sich unter Freunden, dass Erwin Schreiber von Willi Helpensteins  "AS33-HKM"-Modell die Winglets für seine "AS35-RCFA" abformen durfte.

Winglet-Design und -Urmodell der "AS 35 -  RCFA"

(c) Foto: Erwin Schreiber, 4/2022

Zu den potentiellen Leistungen des "AS 35 - RCFA"-Modells

Die dünnen Tragflügel des "AS 35 - RCFA"-Modells werden bautechnisch einen starken Holm und eine sehr drehsteife Schale benötigen, um sie bei den großen Biege- und Torsionsmomenten in hoher Fahrt vor Bruch zu schützen. Überschlägig hat Erwin S. ausgerechnet, dass das Modell dafür auf etwa 19 kg Gewicht käme. Das entspräche dann etwa einem Flächengewicht von 100 g/dm². An der in Deutschland erlaubten Gewichtsgrenze von 25 kg käme das Modell auf eine Flächenbelastung von ca. 130 g/dm². Diese Gewichtsgrenze gilt auch für Scale-Modelle, die in der SLS-Klasse bei GPS-Triangel-Wettbewerben eingesetzt werden.

Neben den elementaren Leistungen des Modells im stationären Flug interessieren besonders auch die Wirkung von positiven und negativen Wölbklappenausschlägen sowie ihre Änderung mit dem Flächengewicht. Es würde hier zu weit führen zu erklären, wie solche Leistungsberechnungen im  Detail auszuführen sind. Nur so viel sei erwähnt, dass hierbei zu jedem Auftriebsbeiwert des Profilstraks und zu der dem Modellgewicht entsprechenden Re-Zahl der Gesamtwiderstands-Beiwert aller Teile (Tragfläche, Winglets, Rumpf, HLW, SLW) und aller Art (Profil, Rumpf, induzierte Widerstände, Interferenzen) zu ermitteln ist. Dabei lassen sich die Profilwiderstände aus den gängigen Analyseprogrammen bestimmen. Dies ist zwar eine sehr mühsame Arbeit, am Ende kann man doch mit einiger Sicherheit sagen, ob das konstruierte Modell "Hop oder Top" sein wird.

In den drei nachfolgenden Grafiken sind für das "AS 35 - RCFA"- Modell mit 100 g/dm² Flächenbelastung sowohl für die Normalstellung der Klappen als auch für +/- 3° Klappen-Auschlag 1. die Gleitzahlen und Sinkraten in Abhängigkeit vom Auftriebsbeiwert des Profistraks der Tragfläche wiedergegeben, 2.  die Gleitzahlen als Funktion der Geschwindigkeit, 3. die Geschwindigkeitspolaren für das langsamere stationäre Gleiten. Aus der ersten Grafik ersieht man, dass bei neutraler Klappenstellung im Schnellflug die besten Gleitzahlen erreicht werden und das Optimum etwa bei c_a=0,75 erzielt wird. Da sich auch das geringste Sinken im Langsamflug etwa  bei diesem Beiwert einstellt, sollte der Schwerpunkt des Modells dafür eingestellt werden (Anleitung dazu in meinem Buch "HQ-Profile für den Modellflug"). Mit positivem Klappenausschlag läßt sich noch besseres Gleiten und Sinken im Langsamflug erzielen. Negative Klappenausschläge verhelfen dem Profilstrak leider auch im Schnellflug oberhalb 50 m/s nicht zu merklich verbesserten Gleitleistungen, wie es auch die 2. Grafik verdeutlicht. Die Geschwindigkeitspolaren in der 3. Grafik zeigen noch mal den leichten Zugewinn beim Gleiten und Sinken durch 3° positiven Klappenausschlag im langsamen stationären Flug.

Zum Schluss soll nun noch der Einfluss des Flächengewichtes auf die Flugleistungen betrachtet werden. Dazu genügt es, exemplarisch anhand des ungwölbten Tragflächenprofils für die Flächengewichte von 100 g/dm² und 120 g/dm² die Gleitzahlen und Sinkraten in Abhängigkeit vom Auftriebsbeiwert der Flächenprofile, die Gleitzahlen als Funktion der Geschwindigkeit und die Geschwindigkeitpolaren für den langsameren stationären Gleitflug zu vergleichen. Es zeigt sich, dass mit dem höheren Flächengewicht von 120 g/dm² merklich bessere Gleitleistungen bei gleichbleibend guter Sinkrate erzielt werden. Die beste Gleitzahl wird dafür bei einem etwas geringerem Auftriebsbeiwert der Fläche erreicht, wofür der Schwerpunkt um etwa 1 bis 2 mm nach hinten verlegt werden sollte. Dieses Ergebnis dürfte insbesondere für das GPS-Triangel-Fliegen von Interesse sein!

Ausblick

Da Erwin Schreiber zur Zeit voll mit der Produktion seiner anderen Modelle ausgelastet ist, wird es trotz der bisherigen großen Fortschritte beim Bau der Modellformen wohl bis zum Frühjahr 2023 dauern, bis sein erstes Exemplar für den Jungfernflug bereit ist. Es kann aber gut sein, und darauf setze ich, dass sein Modell der "AS 35" eher zum Fliegen kommt als der Prototyp des Originals. Ich kann es nur wiederholen, Alexander Schleicher Segelflugzeugbau hat uns Modellfliegern  mit diesem Segelflugzeug ungeahnt ein großartiges Geschenk gemacht.

Helmut Quabeck im  April 2022