SIMCON Drake - Dokumentation - OUV

SIMCON Drake KAPITEL 2. FLUGZEUGGEOMETRIE
Eine endgültige Festlegung auf die Profile für Canard und Flügel erfolgte erst relativ spät
im Iterationsprozess.
Wir überlegten auch, dass der Canard mit einem früher abreißendem Profil auszustatten
sei, fanden allerdings im weiteren Verlauf heraus, dass dies besser mit der Einstellwinkeldifferenz
eingestellt wird. (vgl. 2.4.8)
Zusätzlich haben wir jedes dieser Profile mit einer ausgeschlagenen Klappe ausgestattet
und simuliert, die den Ausschlag des Höhenruders am Canard darstellt. Hierfür wurde eine
Klappe mit 15 Grad Ausschlag und ein Drehpunkt bei 82% der Profillänge und bei 50%
der Profildicke gewählt.
2.4.3. Vorgehensweise XFLR5
Das Programm XFLR5 ist eine Freeware, die es ermöglicht die Strömung um Profile, Flügel
sowie komplette Flugzeuge zu simulieren. Das Programm ist auf die Simulation mit kleinen
Reynoldszahlen ausgelegt, da es hauptsächlich für das Design von Modellsegelflugzeugen
entwickelt wurde. Es ermöglicht daher eine genaue Betrachtung der aerodynamischen Eigenschaften
unseres Modellflugzeuges. Für unser großes Flugzeug müssen wir mit einer
größeren Fehlertoleranz rechnen. Zur Berechnung des Flügels wählen wir in XFLR5 die
3D-Panel Method und für das gesamte Flugzeug einen Mix aus 3D-Panels und Vortex
lattice Method. Dafür ist eine möglichst gute Verteilung dieser Panels, in denen jeweils
die Strömung berechnet wird, über den Flügel, das Canard und den Rumpf nötig, um die
Strömung möglichst fehlerfrei und optimal zu simulieren.
Nach der Profilwahl konnte man nun die Strömung um diese Profile simulieren. Dafür
musste nun noch eine Reynoldszahl bzw. in unserem Fall ein Reynoldszahlbereich gewählt
werden, der die Strömung definiert. Dies ist notwendig, da die 3-dimensionale Strömung
am Flugzeug und am Flügel nicht nur eine Reynoldszahl besitzt sondern je nach Geschwindigkeit
und Flughöhe in einem bestimmten Bereich liegt. Dies ist für unsere Betrachtung
wichtig, da wir für Cruise und Stall in unterschiedlichen Flughöhen simulieren. Es stellte
sich nun heraus, nachdem wir vorerst in einem sehr kleinen Bereich simuliert hatten,
dass wir diesen vergrößern mussten. Da wir die gleichen Profile auch für unser Modellflugzeug
benutzen, berechneten wir die Profile von einer Reynoldszahl von 5.000 bis hin
zu 6.000.000. Dies spiegelt mit einem gewissen Sicherheitsabstand den Bereich der Geschwindigkeit
unseres Modellflugzeugs bei Strömungsabriss bis hin zum Reiseflug unseres
großen Flugzeugs wieder. Die Schrittweite liegt dabei bei 20.000, um eine möglichst feine
Abstufung zu erhalten.
Der nächste Schritt lag darin den Flügel und den Canard nach den gegeben Randbedingungen
nachzubauen. Dabei wurde zunächst nur auf die vorgegebene grundlegende
Geometrie, wie Flügelfläche, Streckung, Pfeilung und Taper-Ratio geachtet. Es ergab sich
die erste Flügelfläche aus 2.2 zu 5.59m 2 . Die Streckung des Flügels sollte in einem Bereich
von AR = 8 − 12 liegen, um eine entsprechend hohe Effizienz und eine gute Gleitzahl zu
erreichen (siehe 2.4). Außerdem spielte hier noch die Betrachtung des Up- und Downwashes
eine Rolle (siehe 2.3.2). Als Ausgangswert für eine Streckung erhielten wir AR = 8.76.
Die Pfeilung beeinflusst hauptsächlich die Richtungsstabilität. Speziell bei einem Canard
ist diese sehr entscheidend, da man genügend Pfeilung benötigt um die Seitenruder, die in
unserem Fall an den Flügelspitzen befestigt sind, durch einen ausreichend langen Hebelarm
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