DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

[JP Philippe]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Hi,

Wenn man sich die einzelen Standbilder genau ansieht kann man einen kleinen Knick erkennen, nicht viel. Ich muß das aber mal offen lassen.

ich finde, Du solltest Dir nicht den Kopf über das Geschehen am Boden machen.
Am Boden besteht kein richtiges Wechselspiel zwischen der Gewichtskraft und den aerodynamischen Kräften, da der Schirm ein einem mehr oder weniger festen Lager hängt.. Auch sollltest Du beachten, das der Schirm am Boden instabil ist, d.h. eine Störung führt ohne Pilotenreaktion dazu das der Schirm 'runter kommt, während man in der Luft wieder einfach drunter pendelt und fertig.
Und auf dem instabilen System wirken sich halt kleine Effekte viel stärker aus.
BTW ich denke das Du das in Deinem aerodynamik Modell modeliert hast, einen Schirm am Boden, er rotiert ja an einem Stab, sagst Du..

-JP

[JP Philippe]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

ich denke vielmehr, das die Auftriebsverteilung eines Schirmes in der Kurve so aussehen muß (siehe Bild, die rote Linie), da auf dem inneren Gurt viel mehr Kraft angreift, und der Schirm den Auftrieb logischerweise erzeugen muß, um das Gleichgewicht zu der höheren Kraft auf der Innenseite herzustellen. Das dieses Gleichgewicht besteht ist klar, sonst hätten wir keinen stabilen Kurvenflug.
Und wie ich schon ein meinem Modell versucht habe zu erklären, wächst mit dem Auftrieb auch die Komponente in Spannweitenrichtung nach innen und bewirkt ein Rollen.

-JP

[Horst Altmann]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

@ JP

Dein Mobile braucht keine Nachrechnung. Wenn man jetzt noch einen Piloten-SP einzeichnet (hast du den vergessen?) dann kommt der halt genau unter dem Lager zu liegen. Was denn sonst? Das ist elementare Statik. Und ausserdem hat dein Flügel-Modell das flexible Mittelstück nicht (Was nicht sein darf kann nicht sein, oder?). Ist dein Gleitschirm auch so gebaut? Wohl nicht!

Zu deinen roten und schwarzen Punkten. Wer soll den Sinn dahinter verstehen? Wenn du über Momente sprechen willst, dann tu das. Technisch klar, entsprechend der Sprache der Mechanik. Geht das?

xfoil: Kenn ich, du auch? Wenn ja solltest du wissen, daß xfoil nur die Berechnung von Profilen erlaubt. Fliegst du an einem Profil (ohne Breite) oder hängst du dich an einen richtigen Flügel mit allen dreidimenionalen, aerodynamischen Effekten?

Aircoon hat dein Modell gleich durchschaut. Die beiden schwarzen Kräfte an der linken bzw. rechten Flügelhälfte sind jeweils ein Kräftepaar und damit ein Moment (Mechanik!). Das Moment am rechts gezeichneten Flügel ist größer und dreht so wie Aircoon es beschreibt!

Manches in deinen Beiträgen paßt auch nicht zusammen. Einmal sagst du, der Außenflügel hat mehr Auftrieb (weil stärker belastet?), dann sagst du, der Innenflügel hat mehr Auftrieb (#108), produziert mehr Widerstand usw. Kannst du dich mit dir selbst mal einigen?

Wir wollen hier eigentlich über eine interessante technische Angelegenheit diskutieren. Also, bleib bitte sachlich, verständlich und auch sonst nicht unfair.

Gute Nacht.

[JP Philippe]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Ok,

ich werde mich um Sachlichkeit bemühen.

Ich denke, das wenn Du Dein Modell mit "meinem Mobile" neu rechnen würdest würdest Du (u.a.) den Aussenflügel wie auf dem Photo ein ganz klein wenig einknicken sehen. Ich habe in meinem Modell nix vergessen, ich wollte Dir nur eine Möglichkeit zeigen, wie Du Deinem Modell mehr Freiheitssgrade verpassen kannst.

Ich habe keine roten und schwarzen Punkte sondern Pfeile gezeichnet. Und ein Kräftepaar wäre es nur, wenn nicht jede Kraft durch eine gleich große Gegenkraft aufgehoben wäre (Gewichtskraftanteil Rechts vs. Auftriebskomponente Rechts ect.)
Das eigentliche Kernaussage ist aber, das:
Da die Kräfte (Gewichtskraftanteile) an den Tragegurten unterschiedlich groß sind:
Dann die Auftriebskräfte der beiden Flügelhälften unterschiedlich groß sein müssen. Da ein Gleichgewicht besteht, sonst gäbe es keinen stabilen Kurvenflug.

Schlußfolgerung: Wenn die Auftriebskomponenten größer sind, sind auch die Komponenten senkrecht zum Auftrieb größer, und - im Gegensatz zum Auftrieb - nicht im Gleichgewicht -> Rollen

Und bitte, fairness erwarte ich von Dir auch.

-JP

[I-Zen]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Ok,

ich werde mich um Sachlichkeit bemühen.

Ich denke, das wenn Du Dein Modell mit "meinem Mobile" neu rechnen würdest würdest Du (u.a.) den Aussenflügel wie auf dem Photo ein ganz klein wenig einknicken sehen. Ich habe in meinem Modell nix vergessen, ich wollte Dir nur eine Möglichkeit zeigen, wie Du Deinem Modell mehr Freiheitssgrade verpassen kannst.

Ich habe keine roten und schwarzen Punkte sondern Pfeile gezeichnet. Und ein Kräftepaar wäre es nur, wenn nicht jede Kraft durch eine gleich große Gegenkraft aufgehoben wäre (Gewichtskraftanteil Rechts vs. Auftriebskomponente Rechts ect.)
Das eigentliche Kernaussage ist aber, das:
Da die Kräfte (Gewichtskraftanteile) an den Tragegurten unterschiedlich groß sind:
Dann die Auftriebskräfte der beiden Flügelhälften unterschiedlich groß sein müssen. Da ein Gleichgewicht besteht, sonst gäbe es keinen stabilen Kurvenflug.

Schlußfolgerung: Wenn die Auftriebskomponenten größer sind, sind auch die Komponenten senkrecht zum Auftrieb größer, und - im Gegensatz zum Auftrieb - nicht im Gleichgewicht -> Rollen

Und bitte, fairness erwarte ich von Dir auch.

-JP

Morgen!

@ JP: Deine Modellvorstellung in allen Ehren, aber den Zusammenhang zwischen den Kräften im Gurtzeug, der Auftriebsverteilung und dem daraus resultierenden Rollmoment verstehe ich jetzt nicht so ganz...
Grundsätzlich: Wenn der Schirm mit der linken und rechten Flügelhälfte gleich schnell fliegt, erzeugen beide Flügelhälften auch den gleichen Auftrieb, man kann diesen nicht durch eine höhere Flächenbelastung 'erzwingen'! Belastet man eine hälfte stärker, würde diese einmal stärker sinken (Anstellwinkel bleibt ja gleich) und dann auch schneller werden, bis sich wieder ein Gleichgewicht zwischen Luftwiderstand / Auftrieb und belastender Kraft (Gewichtskraft) einstellt.
Das erzeugt zum einen natürlich schon ein Rollmoment zur kurveninneren Seite, würde aber auch zu einer negativen Giertendenz führen.
Die Praxis zeigt, dass dieses negative gieren so gut sie nicht in Erscheinung tritt, da der Zusammenhang aber ZWINGEND ist, kann ebenso das entstehende Rollmoment auf Dauer nur minimal sein.
Ich glaube, ein Schlüssel zur Lösung des Konflikts liegt eher darin, dass wir zwei Phasen der Gewichtsverlagerung unterscheiden müssen:

1.) zum einen die direkte Einleitung der Kurve, in der das System durch das Reinlegen zwar eine Störung erfährt, darauf aber noch nicht aufgrund der aerodynamischen Wirkung reagieren kann: hier wird zunächst mal am inneren Gurt gezogen - mit einer etwas größeren Kraft als am äußeren -> Die innere Schirmhälfte sinkt ein wenig ab, der Schirm giert minimal nach außen, es bildet sich der Knick, das Gewicht ist kurzfristig nach innen verlagert

2.) Dann der tatsächliche Kurvenflug: sobald der Schirm anfängt zu rollen drücken ihn die 'schrägen Aufriebsvektoren' weiter in die Kurve, die Kräfte an den beiden Gurten sind in diesem Moment wieder quasi ausgeglichen.

Beim Cage und Drachen ist es übrigens meiner Meinung auch nicht anders 'Echte' Gewichtsverlagerung findet nur im ersten Moment statt, um sozusagen eine Initialzündung zu liefern, der Gedanke dabei ist ganz einfach: Da man unter der Mitte des Flügels aufgehängt ist, muss man sich aus eigener Kraft aus der Mitte heraus verlagern, d.h. ständig diese Kraft aufwenden (mit den Armen!) kleines Rechenbeispiel: Will man sich beim Cage (Aufhängungslänge zwischen Wäschestäder und Pilotenschwerpunkt ca. 1m um 20 cm aus der Mitte begeben müsste man bei den geschätzten 80 kg Pilotengewicht DAUERHAFT ca. 160 N (grob gerundet) am Cage / Trapez ziehen...

Muckibude?

Gruß,

Benjamin

[WA]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Dein Foto ist klasse. Kann ich das im Original (groß) bekommen? Du hast jetzt eine email von mir zwex Antworten.
Kannst du dich noch zufällig erinnern, ob dieses Reinlegen ein stationärer Kurvenflug war oder eine dynamische Aktion, zB ein Manöver kurz vor der Landung?

Grüße, Horst

Hallo Horst,

hier mein Versuch das Foto in größer zu senden, tue mich da echt schwer.

Auch mit den mannigfaltigen theoretischen Betrachtungen der Poster zum Kurvenflug wird es nicht einfacher. Fakt ist, wir wissen immer noch nicht definitiv warum unser Schirm kurvt, daß er es tut, sieht man hier. Es war eine dynamische Kurve. Abachtern vor Landung in Laveno, aufgenommen von Achim K. mit seinem starken Tele.

Interessant noch, daß die Eintrittskante am linken Flügel (Flugrichtung gucken) leicht eindellt. Was sagt uns das? Geringerer Anstellwinkel?

Als Nicht-Aerodynamiker blick ich´s nimmer, verfolge weiterhin die Diskussionen.

Grüßle, WA

http://www.flickr.com/photo_zoom.gne?id=1745128668&size=o

[Aircoon]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Ich habe keine roten und schwarzen Punkte sondern Pfeile gezeichnet. Und ein Kräftepaar wäre es nur, wenn nicht jede Kraft durch eine gleich große Gegenkraft aufgehoben wäre (Gewichtskraftanteil Rechts vs. Auftriebskomponente Rechts ect.)

JP, wenn ich diese Aussage richtig interpretiere, dann bist du der Meinung, dass im unten dargestellten System nichts passiert. Die beiden roten Kräfte betragsmässig seien gleich gross.

Aber es wird etwas passieren! Die rechte Kraft hat einen längeren Hebelarm, der Balken wird sich senken. Elementare Mechanik.

In der Annahme, deine Skizze in Beitrag 113 stimme so, ist allerdings deine Schlussfolgerung falsch. Wie gesagt, es ergibt auch ein Moment in die entgegengesetzte Richtung.

Das eigentliche Kernaussage ist aber, das:
Da die Kräfte (Gewichtskraftanteile) an den Tragegurten unterschiedlich groß sind:
Dann die Auftriebskräfte der beiden Flügelhälften unterschiedlich groß sein müssen. Da ein Gleichgewicht besteht, sonst gäbe es keinen stabilen Kurvenflug.
Schlußfolgerung: Wenn die Auftriebskomponenten größer sind, sind auch die Komponenten senkrecht zum Auftrieb größer, und - im Gegensatz zum Auftrieb - nicht im Gleichgewicht -> Rollen

Solange die elementare Statik an deinem Modell nicht stimmt, würde ich mich hüten, Schlussfolgerungen zu treffen.

Gruss Stefan

[peder]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Hallo,

vielleicht hilft es mal die Flügelhälften gedanklich getrennt zu betrachten.

Durch die Gewichtsverlagerung (z.B. nach rechts) belaste ich die rechte Fläche stärker, d.h. sie sinkt in Folge dessen zunächst stärker als die linke, was zu einem Abkippen des Schirms auf die rechte Seite (und auch zu dem Knick) führt.

Ist der Schirm erst mal abgekippt sieht man sehr schön auf dem Bild von WA und auch in der Simulation von Horst, daß die Auftriebsvektoren auf den beiden Flügelhälften nicht mehr symetrisch zueinander stehen, wie bei einem Schirm, der geradeaus fliegt. D.h. bei einer Vektorzerlegung in eine horizontale und eine vertikale Komponente würde sich für die abgekippte Seite ein höherer horizontaler Anteil ergeben.

Wie sich daraus etwas berechnen und beweisen läßt, überlasse ich mal wieder den Experten.

Das sollte nur mal so ein gedanklicher Anstoß sein .

Gruß Patrick

[Ma Schmi]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Das eigentliche Kernaussage ist aber, das:
Da die Kräfte (Gewichtskraftanteile) an den Tragegurten unterschiedlich groß sind:
Dann die Auftriebskräfte der beiden Flügelhälften unterschiedlich groß sein müssen.

Das ist meines Erachtens eine falsche Voraussetzung und kippt deine nachfolgenden Schlüsse.

Durch die Verformung des Schirmes im Knick zieht der stärker belastete Gurt nicht mehr nur an "seiner" Seite sondern auch an der anderen.
Der Knick ist praktisch eine zusätzliche Galerieleine die auf der anderen Seite wildert. (genauso übrigens wie ein Brustgurt oder Kreuzverspannungen)
Damit haben wir zwar eine größere Kraft, aber auch eine größere Fläche und damit zumindest in der Tendenz eine gleichbleibende Flächenbelastung.

Nicht verschieden große Auftriebe sondern verschieden große Flächenanteile halten das verformte System im Gleichgewicht.

[Horst Altmann]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Hallo,

Ich hatte etwas Zeit weiter nachzudenken und dabei auch das "Fachwerk"-Modell weiter zu verfeinern und das Reinlegen gedanklich zu zerlegen in eine Initiierungsphase, Reinrollen und dann stationäres Kurvenfliegen. Ich glaube, das ist im Sinne der Ideen von Aircoon, Benjamin usw.

Also, das Modell hat jetzt eine realitätsnahe Beleinung mit Tragegurt, Stammleinen, erster Galerie und zweiter Galerie.

Ausserdem ist das Modell jetzt nicht mehr oben im Knick, sonder unten im Piloten-SP aufgehängt. Das ist sicher anschaulicher, da ja beim Gleitschirm der Gesamt-SP v.a. durch den Piloten definiert wird. Also lagern wir das Ganze mal im Piloten.

Schliesslich habe ich jetzt entlang des Flügels Kräfte in den Knoten eingeführt, die dann in den Knoten wirken. Die Kräfte berechnen sich an jedem Steg aus einer (konstanten) Druckdifferenz zwischen unten und oben und sind so normal zum Steg. Dabei nimmt die Flügeltiefe nach aussen hin ab. Jeweils die Hälfte der so enthaltenen Kraft geht in die 2 Knoten am Steg ein.

Insgesamt hat man so eine Kraft von 835N.

So, zunächst ist der Pilot nur 25cm mittig über dem Sitzbrett. Die elastische Rechnung ist einfach, die Leinen längen sich unmerklich und alles bleibt symmetrisch.

Ergebnis: In beiden Tragegurten ziehen 440,51N.

Hier das Bild:

[Horst Altmann]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Ich mach das Ganze hier wieder in Einzelbeiträgen, dann wird's übersichtlicher, v.a. mit den angehängten Bildern.

Jetzt schieben wir den Piloten 15cm seitlich raus.

Zunächst lassen wir die symmetrisch aufgestellten Kräfte konstant. Man kann das am Bild sehr gut an den weiterhin V-förmig angeordneten Kräften Am Mittelsteg gut erkennen.

Das Gurtzeug kippt stark. Der Knick oben stellt sich mit +/- 7,5cm in dieser Modellierung ein. --> Bild

Die Kraft im inneren Trageurt ist 450N, im aüßeren 434N.

[Horst Altmann]

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So, die Kräfte wirken aber nun man normal zu den Stegen und müssen entsprechend der verformung angepasst werden. Das lässt sich leicht rechnen.

Jetzt wieder genau auf die Kräfte am Mittelsteg schauen. Der Knick legt die beiden Kraftpfeile leicht nach innen.

[Horst Altmann]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

So, und jetzt lassen wir das Ganze mal rechnen (mit Schritt-Begrenzer), wobei die Kräfte zusammen mit der Schirm-Verformung ständig in Normalenrichtung upgedatet werden.

Was passiert im Rechner? Auf den Gleitschirm wirkt ständig das Rollmoment aus dem Knick und das Rechenprogramm kann keinen Gleichgewichtszustand finden. Der Schirm rollt in der Rechnung einfach immer weiter. Dies entspricht der Kurven-Einleitung durch Reinlegen, wo zunächst nur Rollen und noch kein Kurvenflug mit Gieren um Hochachse da ist.

Hier das Bild nach einigen Rechenschritten und Abbruch. Man erkennt, dass sich der
1. Knick abschwächt (Muss ich nochmal überprüfen. Schaut zwar so aus, Nachmessen zeigt aber noch deutliche vertikale Verschiebung)
2. so sagts mir mein Geo-Dreieck, wenn ichs ranleg, die Schirmmitte etwas nach außen wandert.

Das hat etwas zur Folge:
1. Der Schirm entwölbt innen und zeigt aussen mehr Krümmung. Das passt gut zu Konrad's Beschreibung und dem tollen Foto von Wolfgang
2. Bezogen auf das Lager Piloten-SP habe ich nun "mehr Flügel" auf der Aussenseite, also dort mehr Luftkraft und somit ein Rollmoment nach innen. Das aerodynamische Knick-Moment nimmt dagegen wegen dem sich abschwächenden Knick ab.

[Horst Altmann]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Jetzt kommt der sich einstellenden Kurvenflug dazu. Nach dem Reinrollen steht die Luftkraft schräg nach innen und die Horizontal-Komponente lässt uns eine Kreisbahn fliegen. (Bei der Kugel am Faden, die man schönkreisen lassen kann, ist es eben auch die immer nach innen gerichtete Kraft im Faden, die die Kreisbahn möglich macht). Wegen der Kreisbahn kommt die nach außen gerichtete Zentrifugalkraft hinzu und alles "ist wieder im Lot".

Der Gleitschirm fliegt eine Kurve mit allem was dazugehört: Anstellwinkel, Schiebewinkel, Fahrtzunahme, Rollen, Nicken und bei flachem Hängen v.a. Gieren.

Das gieren wird jetzt wichtig: Die Aussenseite wird schneller und der Stabilo an der Innenseite wird langsamer. Man hat also am aüßeren Stabilo mehr Zugkraft nach aussen als innen. Und weil die Stabilos ca. 5 über unseren Köpfen hängen ergibt sich daraus ein Rollmoment nach außen. Und das ist gut so, weil dieses aufrichtende Rollmoment nun die nach innen gerichteten Rollmomente aus Knick und Flügel-Asymmetrie ausgleicht und wir kräfte- und momentenfrei schön rumdrehen.

Wie groß ist dieser Effekt an den Stabilos. Dazu hab ich das Aerodynamik-Programm mit einer angenommenen Gier-rate von 12°/s mal gefragt. Es berechnet eine Querkraft von ca. 20N. Wer weiter nochmal nachschauen mag, der findet, daß diese 12°/s bei ca. 15° Hängewinkel auftreten.

Mit dieser Information habe ich nun die Kräfte-Berechnung in dem "Fachwerk-Modell" modifiziert. Aus den Geometriedaten wird der Hängewinkel abgeschätzt und daraus linear die Stabilo-Querkraft bestimmt. Eben so, daß für 15° Hängen diie 20N resultieren, für weniger Hängen linear weniger usw.

Jetzt sollte die Rechnung dann nicht einen unendlich rollenden Flügel rechnen sondern einen Gleichgewichtszustand --> Bild.

Im Bild erkennt man nun am äußeren Stabilo eine erhöhte Kraft, eben aus dem beschriebenen Gieren. Am inneren Stabilo hab ich Kraft weggenommen (so daß in Summe die 20N bei 15° Hängen resultieren).

Der Rechner findet einen Zustand mit Kräfte- und Momenten-gleichgewicht.

Tragegurt innen: 436N, außen: 441N.

Der Knick schaut zwar irgendwie schwächer aus, aber nachgemessen hab ich immer noch +/- 7cm. Der exakte Zahlenwert aus den Knoten-Daten ist +/- 0,1389m halbiert.

Jetzt erst mal das Bild intensiv anschauen. Dann versuch ich mal eine Schlußfolgerung.

[Ma Schmi]

AW: DHV-Info Diskussion zum Reinlegen: Knick-Rollmoment oder Gewichtsverlagerung?

Aufwändig gerechnet. Respekt.

Beim Modell wehrt sich allerdings weder Schirm noch Gurtzeug gegen den Knick.
Das ist nicht wahrheitsgemäß und ich denke auch dass es wichtig ist.

Die Rückstellkräfte des Systems erfordern ein dauerndes Drehmoment um den Knick aufrecht zu erhalten und das führt meiner Meinung nach zu einer dauernden Schwerpunktsverschiebung gegenüber dem Luftkraftvektor.