Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

[hob]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Schade, der Pilotenwiderstand bleibt wohl vorerst im Dunkeln.

Zu Röhnadler:
Bei reinen Widerstandskörpern wird der W-Beiwert im Allgemeinen auf die Stirnfläche bezogen.
Bei gleicher Stirnfläche hat daher ein längerer Körper einen höheren Beiwert.
Wie kommst Du auf cw = 1,1?

Zur Pilotenneigung:
Was Robert schreibt ist natürlich richtig.
Die vom Flügel beeinflusste Stromlinie ist direkt unter dem Flügel gleich dem Anstellwinkel. Mit zunehmendem Abstand vom Flügel nähert sie sich dann dem Gleitwinkel.
Der Pilot muss also nicht ganz im Gleitwinkel hängen.
Ein Wollfaden auf seiner Oberseite würde anzeigen, ob dort die Strömung noch anliegt. Kann er nur leider nicht sehen.
Aber auch ein Faden neben dem Piloten, z.B. an der seitlichen Unterverspannung zeigt ihm die Strömungsrichtung auf seiner Höhe an. Danach kann man sich etwa ausrichten.
Nach meinen Erfahrungen ist es schon anstrengend, genügend tief für längere Zeit zu hängen.
Die höhere Position beim Starren ist in dieser Hinsicht sicher vorteilhaft.

Gruß, Bernhard

Den von mir blau markierten Satz kann man so nicht stehen lassen.

Entweder rechnet man den Stirnwiderstand [m²] mit einem der Tabelle entnommenen dimensionslosen Widerstands-Beiwert (cw), weil er irgendwann mal wissenschaftlich so ermittelt und publiziert wurde, damit also auch anteilmäßig und/oder zusammengesetzt mit am Querschnitt beteiligten Geometrien (wie Helm, Oberarme, Ausbeulung Rettung, Gurt(e), Seile) und hier wiederum je nach deren spezifischem Widerstands-Beiwert, und v²

oder

flächenbezogen mit den eben dafür ermittelten Profil-Widerstands-Beiwerten, hier aber natürlich auch geschwindigkeitsbezogen mit v², nun aber noch zusätzlich unter Berücksichtigung der sich mit v ändernden cw-Werte wegen der Reynoldszahl (Re).

Es gilt: Je langsamer die Geschwindigkeit, umso kleiner ist die Re-Zahl, umso größer mithin der Profilwiderstand.

Faustformel: Re = Flächentiefe, t [mm] * v [m/s] * 70

Die ganze Rechnerei mit dem Liegegurt, die also nur Sinn macht, es über den Stirnwiderstand zu tun, hat zu viele Unbekannte bzw. Unsicherheiten - schon allein durch Interferenzen, also durch gegenseitige Beeinflussung der o.a. Teile, so daß es wesentlich effektiver und genauer ist, das ganze in den Windkanal zu stecken und in verschiedenen Anstellwinkeln und Mißweisungen zu messen.

Vermutlich ist das auch schon mal gemacht worden. Ob und wo das publiziert ist, weiß ich allerdings nicht.

Gruß hob

[Thomas U.]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Hallo Bernhard,

vielleicht hilft Dir das weiter, auch wenn es sehr einfach gehalten ist...



1.
An einem klassischen Turmdrachen haben wir folgende parasitäre Widerstände:

Oberverspannung, Unterverspannung, Segelabspannung, Turm, Trapez und Pilot.

Aus der Dissertation „Aeroelastoflexible Eigenschaften, Stabilität und Dynamik von Hängegleitern“ von Horst Altmann habe ich hierzu folgende Daten für einen durchschnittlichen Hängegleiter entnommen:

-Oberverspannung:
Länge 7,8 m und Durchmesser 3 mm ergibt eine Widerstandsfläche von 0,0234 m², cw 1,1

-Unterverspannung:
Länge 11,8 m und Durchmesser 3 mm ergibt eine Widerstandsfläche von 0,0354 m², cw 1,1

-Segelabspannung:
Länge 18,3 m und Durchmesser 1,5 mm ergibt eine Widerstandsfläche von 0,0275 m², cw 1,1

-Trapez und Turm:
Länge 5,9 m und Durchmesser 30 mm ergibt eine Widerstandsfläche von 0,177 m², cw 1,2
(scheinbar werden hier Rundrohre angenommen)

-Pilot:
Kombination aus Pilot und Gurtzeug wird als reiner Widerstand angenommen,
Widerstansdsfläche 0,16 m², cw 1,1, enganliegendes Gurtzeug und ensprechende Armhaltung
vorausgesetzt.
(hierzu gibt es auch zwei Literaturangaben, u.a. Kilkenny E.A., Full scale wind tunnel tests on
hang gliderpilots, Cranfield institute of technology, Report 8416, 1984)

Zusammen addiert erhalten wir eine Gesamtfläche von 0,423 m² und nehmen der Einfacheit halber ein cw von 1,1 an.




2.
In FLZ-Vortex von Frank Ranis habe ich einen durchschnittlichen Hängegleiter so modelliert, daß die reine Fläche (also ohne Verspannungen, Pilot, etc.) eine beste Gleitzahl von 22 bei einer Geschwindigkeit von 53 km/h hat.

In FLZ-Vortex gibt es die Möglichkeit, den Widerstand eines Rumpfes über die Querschnittssfläche und einen cw einfließen zu lassen. Wenn man nun wie oben beschrieben eine Gesamt-Widerstandsfläche von 0,423 m² und ein cw 1,1 einsetzt, so verringert sich die Gleitzahl auf ca. 11 (bei 53km/h). Dies ist auch für einen realen Turmdrachen realistisch.
Somit haben wir also bei der Geschwindigkeit des besten Gleitens Deine angesprochenen ca. 11 Gleitzahlen Differenz.

Wenn ich nun den Schwerpunkt soweit nach vorne verlagere, daß sich eine Geschwindigkeit von ca. 80 km/h einstellt, hat die reine Fläche (also ohne Verspannungen, Pilot, etc.) eine Gleitzahl von 20.
Setzten wir nun wieder eine Gesamt-Widerstandsfläche von 0,423 m² und ein cw 1,1 ein, somit ergibt sich jetzt nur noch eine Gleitzahl von 6 (bei 80 km/h)
Bei sehr hoher Geschwindigkeit haben wir somit schon eine Differenz von ca. 14 Gleitzahlen.


Gruß, Thomas

[BeKu]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Interessant, vielen Dank, Thomas!

[Rhoenadler]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Huch,

da lieg ich mit meinen Ansätzen für A 0,2m² und cW 1,1 für den Pilot/Gurt gar nicht soo daneben.

@Thomas: dein Klassischer Turmdrachen ungefähr soviel "parasitärische" Widerstandsfläche wie mein Sensor 210 anno `79´. L/D 8 bei 36km/h.
Segelabspannung = Outrigger hatte mein kleiner Rhönadler 1980 schon keine mehr.
3mm Oberverspannung gabs nie, 3mm Unterverspannung selten.
Trapez/Turm ab Mitte der 80er profiliert, 23mm mit cW 0,2...

Ich behaupte immer noch: mein oller Schlafsackgurt kostet gerade mal weniger als ne Halbe 0,5 Gleitzahl gegen einen heissen Renngurt...

[hob]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Hallo Thomas,

danke für die rechnerische Übersicht.

Zu den Seilen hätte ich noch eine Bemerkung. Wenn diese nicht senkrecht zur Flugrichtung gespannt sind, z.B. mit 60° nach hinten, so schlägt der Widerstand mit 60° * COS³ zu Buche, was einiges einspart.

Quelle: Fritz Dubs, Aerodynamik der reinen Unterschallströmung.

Trotzdem ist das Ergebnis der Drachen- und Nurflügelrechnerei manchmal frustrierend. Die Physik läßt sich halt nicht überlisten.

Zum Spaß habe ich früher mal ein Paar Seile im Bereich 3 - 4 mm Stärke auf Modellflugzeugverhältnisse umgerechnet und bin auf analoge Profil-Widerstände gekommen, die Tragflächentiefen je nach Seildicke von um die 18 - 24 cm entsprechen, was recht beachtlich ist und welche schon ordentlich Leistung haben.

Und das ist auch der Grund, warum beim ATOS alle Seile so kurz gehalten sind und Doppeldecker profilierte Drähte als Verspannung haben.

Gruß hob

[Thomas U.]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

@Thomas: dein Klassischer Turmdrachen ungefähr soviel "parasitärische" Widerstandsfläche wie mein Sensor 210 anno `79´. L/D 8 bei 36km/h.
Segelabspannung = Outrigger hatte mein kleiner Rhönadler 1980 schon keine mehr.
3mm Oberverspannung gabs nie, 3mm Unterverspannung selten.

Mit der Segelabspannung sind die Lufflines gemeint, welche die Segelhinterkante oben halten. Diese haben bei meinem Xtralite, welchen ich mal als Standardhochleister Mitte der 90er Jahre bezeichnen würde, 1,5 mm Durchmesser.
Mit der Oberverspannung ist die Abspannung von Turm auf Nasenplatte bzw. Kielrohr und zu den Flügelrohren gemeint. Die hat beim Xtralite ca. 2,5 bis 3,5 mm, je nach dem ob ummantelt oder nicht.
Die Unterverspannung ist beim Xtralite teilweise ummantel, teilweise nicht. Ummantelt hat diese 3,5 mm, nicht ummantel 3 mm.

Gruß, Thomas

[Bernhard Wienand]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Hallo Thomas,

das mit Vortex war 'ne gute Idee, so langsam kommt Licht in's Dunkel.

Ich hatte selbst schon mit Vortex gerechnet, aber diese Funktion noch nicht genutzt. Ja, Vortex bestätigt meine bisherigen Näherungen.
Dabei hatte ich mich damit zufrieden gegeben, zu dem mir bekannten Flügelwiderstand den Pilotenwiderstand zu addieren und dann die neue Gleitzahl zu bilden.
Das haut auch genügend genau hin.

Was ich mir nicht vorstellen konnte, und auch jetzt noch nicht ganz vorstellen kann, ist Folgendes:
Der cw-Wert eines unverkleideten Motorrads liegt bei 0,7. Da konnte ich mir nicht vorstellen, dass der Pilot in einem modernen Gurtzeug auf einen höheren Wert kommt, eher auf einen deutlich niedrigeren, vielleicht auf den eines Lieferwagens mit 0,43.
Dann aber müsste er eine erhebliche Stirnfläche bieten, um den Widerstand zu erzeugen, der die Gleitzahl des reinen Flügels derart ruiniert, nämlich mindestens 0,75 qm, was ich mir auch nicht vorstellen konnte.

Nun war ich am 8.11. bei Bautek, Harald Zimmer, da wir was Neues planen (kein Gurtzeug).
Und er zeigte mir u.a. eine Unterlage über Messungen des Pilotenwiderstands (und von Trapezausführungen) im Windkanal, die sie schon 1987 haben durchführen lassen. Auch wenn der Versuch kleine Mängel hat, fundiertere Daten kenne ich bisher nicht. Der Pilot liegt immer genau ausgerichtet im Luftstrom. Die Arme greifen mit einem Abstand von ca. 80 cm die ca. 30 cm unter der Schulter verlaufende Basis. Demnach hat der Pilot bei einer angenommenen Stirnfläche von 0,25 qm (wurde leider nicht vermessen) folgende cw-Werte:
- in einer Liegeschürze 0,5,
- in einem Kellergurt 0,45 und
- in einem Scorpio-Gurt (Rettung seitlich) 0,38.
(Die Messungen für 40 km/h gingen von 9,32 bis 6,87 N)
Also, in Häschenhaltung käme man auf einen noch günstigeren Wert.

Daraus kann nur geschlossen werden, dass die mittlere Stirnfläche des Piloten durch ungenaue Lage im Luftstrom und unsauberes Fliegen etwa 1 qm erreicht.
Der Pilot macht den Unterschied!
Bei Fehllagen dürfte aber ein schlankes Gurtzeug den Mehrwiderstand begrenzen.

Würden bzw. könnten wir immer perfekt im Luftstrom liegen, könnten wir nach Berechnungen mit Vortex mit einem modernen Hochleiter Gleitzahlen von 19 erreichen. Mit älteren Geräten sicher 15.

Kein Wunder also, wenn Hersteller mit Gleitzahlen von 16 werben.
Im Kleingedruckten heißt es dann: Nur mit einem engen Gurtzeug.

Kann das alles so stimmen?

Gruß, Bernhard

PS: Danke Beku, dass Du die Frage weitergetragen hast. Wirst Du über ein Echo berichten?

[BeKu]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Hallo Bernhard,

es macht m.M.n keinen Sinn bei den PilotImGurtzeug-Widerständen die sonst gebräuchlichen Cw-Werte heranzuziehen. Sinnvoller ist es gleich Cw*A, also die s.g. Widerstandsfläche anzugeben, weil geometrische Ähnlichkeiten hier keine Rolle spielen und letztlich nur der Widerstand (=Widerstandsfläche x Staudruck) interessant ist.

PS: Danke Beku, dass Du die Frage weitergetragen hast. Wirst Du über ein Echo berichten?

Versuche es hier kurz (mit meiner Interpretation) zusammenzufassen:

Steve verwendet in seinen Annahmen einen Wert für die Widerstandsfläche (Cw*A) von 1 ft^2 = 0.093 m^2 für ein gutes, aerodynamisches Gurtzeug (siehe sein Diagramm).
Deine 6,87 N bei 40 km/h liefern interessanter Weise genau den gleichen Wert für Cw*A. Denke also, dass der Wert für ein wirklich windschnittiges Gurtzeug einigermaßen realistisch ist.
Dass auch locker 9,32 N, also gut 35% mehr für aerodynamisch schlechtere Gurtzeuge drin sind, wundert mich nicht. Schließlich macht sich jede Falte, jedes zusätzliches Schnürchen und auch insbesondere ein aerodynamisch günstiger Heckabschluss (Bürzel) etc. am Gurtzeug sofort aerodynamisch bemerkbar. Da auch die Pilotenhaltung eine große Rolle spielt, wird man mit solchen Pi-mal-Daumen-Werten wohl leben müssen (Winkanalmessungen gelten ja auch nur für eine ganz bestimmte Konfiguration).

"ahurst" hat in seinem MATLAB-Plot Moyes-Angaben verwendet, um für deren Drachen (vereinfacht mit der Geschwindigkeit quadratisch skalierte) Widerstandspolaren zu generieren.
Der Moyes RS4 schafft demnach nach den Herstellerangaben einen Gleitwinkel von knapp 14, andere Messungen eines britischen Wettbewerbsfliegers deuten aber eher auf schlechtere Gleitwinkel der turmlosen Hochleister so um die 13 hin (was auch ich für realistisch halte).

Wenn man diese Werte berücksichtigt, kommen grob abgeschätzt so um die 14-16 Gleitzahl für einen Drachen ohne parasitären Pilotenwiderstand heraus, also immer noch deutlich weniger als Gleitzahl 20.

@hob
Reynolds-Zahlen helfen uns hier glaub' ich nicht weiter. Windkanalmessungen für aktuelle moderne Gurtzeuge im relevanten Geschwindigkeitsbereich schon eher.

Viele Grüße
Bertram

[Rhoenadler]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Hmm,
Asche auf mein Haupt. Cw 1,1 stimmt, aber nur bei <10km/h, nicht bei >10m/s Dann ist cw bei ca.0,5... Also 0,1m² Widerstandsfläche bei 0,2m² Stirnfläche.

Soweit, so gut. Aber: eine Kugel mit der gleichen Stirnfläche hat nen ganz ähnlichen Widerstand . Heisst für mich: die "Form" eines Gurts ist ziemlich egal, allerdings muss ich zugeben, die "Zigarren" sehen irgendwie schneller aus..

Einzig entscheidend ist die Stirnfläche. Mir scheints, da ist man zu oft mit dem 2-fachen des möglichen unterwegs.
Auf den ersten Blick scheint ja die Lage OK, aber der Spion sagt was anderes.
Da sinds dann statt L/D 14 nur 12,5... (130kg, 50km/h, Litespeed, nicht Twister...)

[Rhoenadler]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Hier fast perfekt, :

http://www.delta-club-82.com/bible/photo-harnais.php?id_harnais=73&langue=

Joe

[hob]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

...
@hob
Reynolds-Zahlen helfen uns hier glaub' ich nicht weiter. Windkanalmessungen für aktuelle moderne Gurtzeuge im relevanten Geschwindigkeitsbereich schon eher.

Viele Grüße
Bertram

Hallo Betram,

lies bitte meinen Beitrag #16 noch mal.

Ich hatte zwischen Stirnwiderstand und flächenbezogenem unterschieden - um auf das dort gemachte Zitat einzugehen - und dann anschließend das folgende bemerkt:

>Die ganze Rechnerei mit dem Liegegurt, die also nur Sinn macht, es über den Stirnwiderstand zu tun, ....<

Aber vielleicht war das noch nicht deutlich genug.

Gruß hob

[Bernhard Wienand]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Danke, Bertram, für Deine Zusammenfassung aus dem Forum der World Hang Gliding Community.
War dort gestern auch schon kurz im Thema und habe mich eingeschrieben, musste dann aber für 2 Tage verreisen.
Werde gleich das Studium dort fortsetzen.

Danke, Röhnadler Manfred, für das Foto mit dem Windfähnchen. Das zeigt genau das fast ganze Dilemma.

Unterwegs wurde mir klar, wodurch natürlich noch Leistung verbraten wird: Der Flügel wird natürlich auch fast nie optimal angeströmt. Mal fliegen wir etwas zu langsam, mal etwas zu schnell, mal kommt der Wind vielleicht etwas seitlich.
Es kommt also doppelt auf den Piloten an: Wie konstant gut er seinen Flügel und sich selbst in der Strömung ausrichtet.

Der cw(alpha) des Piloten dürfte etwa zwischen 0,3 (perfekt im Luftstrom) und 0,7 (voll aufgerichtet, Mensch stehend hat 0,78) liegen. Im Flug also so zwischen 0,4 und 0,5, eher bei 0,4. Dann müsste er aber eine Stirnfläche von 0,7 bis 0,8 qm bieten, um den Absturz der Gleitzahl von etwa 22 auf 13 zu begründen. Das konnte m.E. nicht sein, so blöde hängen wir nun doch nicht unter der Fläche.
Da fiel mir die Abweichung der Anströmung des Flügels von der Ideallinie ein. Welchen Anteil an der Leistungseinbuße hat dieser Umstand?

Natürlich ist es egal, ob ich bei cw*F z.B. 0,4*0,6 oder 0,6*0,4 rechne.

An Manfred:
Es kommt nicht nur auf die Stirnfläche an. Nur wenn der gemessene (oder gerechnete) Beiwert cw(alpha) auf die Stirnfläche bezogen wird, muss man bei der Berechnung des Widerstands auch wieder die Größe der Stirnfläche einsetzen.
So hat ein genau im Luftstrom ausgerichteter Körper gleicher Stirnfläche einen höheren cw, wenn er länger ist (mehr Reibungswiderstand).
Wird er schräg angeströmt (alpha nicht 0), steigt sein Widerstand und damit auch sein cw(alpha), schon allein dadurch, dass der Wert weiter auf die kleinere Stirnfläche bezogen wird.

Bertram:
Was meinst Du mit den 16 beim Flügel ohne parasitären Pilotenwiderstand? Den gesamten Pilotenwiderstand oder den zusätzlichen Widerstand durch schlechte Haltung und Lage?
Der reine Flügel bringt es auf dem Messwagen (konstante Anströmung) bei einem Anstellwinkelraster von 1 Grad auf max. ca. 24 bei ca. 16 Grad am Kielrohr. Die Ranis-Programme bestätigen das.
Mich interessiert jetzt eine Abschätzung des Stellenwerts: Wieviel von den verlorenen ca. 10 Gleitzahlpunkten gehen auf das Konto der nicht optimalen Anströmung des Flügels, und wieviel auf das Konto der nicht optimalen Haltung und Lage der Piloten?

Was meint Ihr?

Gruß, Bernhard

[BeKu]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Bertram:
Was meinst Du mit den 16 beim Flügel ohne parasitären Pilotenwiderstand? Den gesamten Pilotenwiderstand oder den zusätzlichen Widerstand durch schlechte Haltung und Lage?

Hallo Bernhard,

hier meine (vereinfachte) Abschätzung:

Wenn der Drachen mit Pilot 130 kg wiegt, dann „ziehen“ bei einer angenommenen Gleitzahl von 13 bei 50 km/h genau 130 kg / 13 = 10 kg am Fluggerät insgesamt als Widerstand nach hinten.
Wenn der Pilotenwiderstand lt. Deinem Beitrag bei 40 km/h einen Anteil von 6,87-9,32 N, also grob 1 kg hat, dann ergibt dies quadratisch mit der Geschwindigkeit skaliert (wegen Staudruck) bei 50 km/h schon etwa 1,6 kg.
Der gleiche Flügel, der vorher mit Pilot Gleitzahl 13 hatte, hätte also ohne Pilotenwiderstand (bei hypothetisch gleicher Flächenbelastung und identischer Umströmung) bei 50 km/h nun eine Gleitzahl von 130 kg / (10 kg – 1,6 kg) = 15,5.

Blöd nur, dass bei dieser Gleitzahl der Pilot nicht mehr mitfliegen darf…

Viele Grüße
Bertram

PS:
Warum der reine Flügel auf dem Messwagen bzgl. Gleitzahl soviel besser sein soll, leuchtet mir nicht ein

[Bernhard Wienand]

Interferenzen?, AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Hallo Bertram,

verstehe, Du hast zurück gerechnet (dabei den Auftrieb näherungsweise durch die Gesamtluftkraft = Gewicht ersetzt, was bei großen Gleitzahlen (schon ab 10) durchaus geht).

Ich bin auch noch sehr nachdenklich.

Könnten Interferenzen zwischen Pilot und Flügel eine Rolle spielen?

Die geringen Pilotenwiderstände kommen ja aus Windkanalmessungen mit einem älteren Integralgurt und einer wattierten Jacke. Im heutigen 'Outfit' käme man im Windkanal zu noch niedrigeren Werten.

Es scheint aber zu sein, dass selbst Wettkampfpiloten im Flug nie so optimal im Luftstrom liegen, wie im Windkanal. Und bei Fehllagen erhöht sich der Widerstand ganz schnell.

Nach meinen bisherigen Erkenntnissen, sieht die Gleitzahlbilanz etwa wie folgt aus:
24 bringt uns der reine Flügel im Windkanal (Testwagen) mit.
Davon gehen bis zu den im Flug erreichten 14 verloren:

• 1-2 durch suboptimale Anströmung des Flügels (Windschwankungen, Steuerfehler).
• 2-3 durch den Piloten in optimaler Lage und Haltung.
• 5-7 durch suboptimale Lage und Haltung des Piloten (Steuerbewegungen, Schwankungen und Verdrehungen etc.).

Kann das sein?

Verlust durch Interferenzen bei gut 1,5 Abstand zwischen Pilot und Flügel kann ich mir kaum vorstellen, jedenfalls nicht in nennenswerter Größenordnung.

Gruß, Bernhard

[Rhoenadler]

AW: Messungen Widerstand Pilot/Gurtzeug?

Hi Bernhard,

also, L/D24 scheint mir eher ein Messfehler ( plus Bodeneffekt?) ... Der Horten Alita hatte ja auch nur 16, Pilot integriert, OK, weniger Streckung.. Und real 24 hat sowas : http://www.ki.tng.de/~janpeterpoppe/index.php?page=tech

Joe