Single-Skin Hybrid?

[soundglider]

Hey Leute,

Inspiriert durch die Singleskin-Basteleien habe ich mich gefragt, ob es schon jemand ausprobiert hat, das beste aus beiden Welten zu vereinen, also ein Hybrid aus klassischem und Singleskin-Profil zu entwickeln.

Warum das? Ich könnte mir vorstellen, dass man auf diese Weise einen Gleitschirm konstruieren könnte, der im angebremsten Flug einen sehr hohen Auftrieb und gute Steigeigenschaften bei sehr guter Stabilität aufweisen könnte und gleichzeitig im Schnellflug die effektive Streckung und damit die Gleitleistung und Topspeed erhöhen könnte, indem der hintere Teil aerodynamisch unwirksam in die Strömung gelegt wird (siehe Bild).

Weiß jemand ob es schon derartige Versuche gab? Was sagt ihr dazu?

[Tino]

AW: Single-Skin Hybrid?

Das fände ich logischer als mit großen Aufwand Miniribs einzubauen. Zumindest die letzten 20 cm würde ich als Einfachsegel auslegen. Bei Vögeln ist es ja ebenso, die Federn sind quasi ein Einfachsegel.

[Horst Altmann]

AW: Single-Skin Hybrid?

Hallo Sebastian,

Das ist eine fesche Idee!

Man bräuchte nur noch Spannung in den Single-Skin reinbringen. Beim klassischen GS-Flügel drückt ja der hohe Innendruck (etwas vereinfachend gesagt) den Flügel sowohl in Quer-Richtung wie auch in Tiefen-Richtung auseinander, bringt Spannung und Form in das sonst weiche Segel. Ohne diesen Innendruck würde der Single-Skin Anteil vermutlich lapprig werden und wie eine Fahne im Wand schlagen. Das wär aerodynamisch wohl nicht so toll.

Das Hybrid-Profil ist ja wie bei den Drachenfliegern. Dort steckt man auf Anschlag die Segellatten rein und spannt das Segel dann mittels Gummis, Spreizen etc. gegen die Segellatten (bei Surfsegeln glaub ich ähnlich). Man könnte sowas auch in den Single-Skin Anteil des Hybrid-Profils reinbauen, dan wär's aber mit der gewünschten Verformung schwierig ...

Grüße, Horst
[alles fliesst]

[soundglider]

AW: Single-Skin Hybrid?

Man bräuchte nur noch Spannung in den Single-Skin reinbringen. Beim klassischen GS-Flügel drückt ja der hohe Innendruck (etwas vereinfachend gesagt) den Flügel sowohl in Quer-Richtung wie auch in Tiefen-Richtung auseinander, bringt Spannung und Form in das sonst weiche Segel. Ohne diesen Innendruck würde der Single-Skin Anteil vermutlich lapprig werden und wie eine Fahne im Wand schlagen. Das wär aerodynamisch wohl nicht so toll.

Da hast du Recht, ich habe auch schon darüber nachgedacht, und sehen zwei Lösungsansätze:

(1) Im Allgemeinen definiert ja die Länge der Hinterkante die Segelspannung in Querrichtung. Bei der Single-Skin-Hinterkante würde die Spannungsverteilung über einen entsprechend trapezförmigen Schnitt der Einzelbahnen realisiert werden. Dadurch bleibt das Segel natürlich auch aerodynamisch nicht ganz lastfrei, letzendlich könnte es halt gerade so weit freigegeben sein, dass es gerade nicht flattert.

(2) Man könnte Nylondrähte (in beliebig kreativer Anordnung - man ist ja nicht mehr an Zellen gebunden) benutzen, um das Einfachsegel zu verstärken. Das hat zusätzlich den Vorteil, dass die Wölbung und Lastverteilung gleichmäßiger stattfindet. Im voll freigegebenen Zustand wird das trotzdem noch leicht flattern, auch hier ist eine Rest-Vorspannung nicht zu vermeiden.

Natürlich ist eine Mischung aus (1) und (2) denkbar.

Nachtrag: Es ist auch möglich, so ein Hybrid-Profil nur an einem Teil den Flügels einzusetzen, z.B. im mittleren Teil, der eine besonders hohe Flügeltiefe hat. So könnten die Randbereiche wieder ein klassisches Profil haben und den Singleskinteil von außen zusätzlich stützen und vor Flattern schützen. Oder z.b. jede xte Zelle voll ausführen. Oder wie auch immer... die Konstruktion lässt der Kreativität keine Grenzen.

[Gast]

AW: Single-Skin Hybrid?

Also: Du möchtest gerne im Langsamflug höheren Auftrieb haben, gleichzeitig im Schnellflug hohe Streckung. Langsamer UND schneller, je nachdem, ermöglicht durch die Flexibilität des Textilprofils. Der Trick ist, dass das hintere Einfachsegel im ersten Fall teil des stark gewölbten Profils ist, im zweiten Fall hat es kaum Widerstand, weil es genau innerhalb der Abströmung des Schnellflugprofils ist.

Problematisch finde ich das stark gewölbte Langsamflugprofil wegen seines starken Momentbeiwerts und der daraus resultierenden Schießtendenz.

Aber hey, man soll gute Ideen nicht schlechtreden! Wenn das klappt ist es super.

Die Frage ist ja weniger ob 1 funktionieren könnte, als vielmehr ob 2 wirklich geht. Ich würde vermuten, dass das flattert wie die Seuche und dadurch stark bremst. Denn entweder ist es strukturell verstärkt, dann bietet es einen Widerstand und bremst. Oder es wird locker gelassen, dann gerät es in die Abströmung und flattert und bremst. (Das Flattern sieht man ja auch bei den selbstgebastelten Singleskins aus Japan). Aber vielleicht muss man es nur richtig machen. Also die richtige Länge der Singleskins finden, vielleicht nur im Mittelflügel verwenden usw. usw. Evtl. auch ein paar kleine Löcher vorne an das Einfachsegel machen. Dann hast du sowas wie JetFlaps.

Probiers doch aus! Bastele so einen Flügel aus einer Plastiktüte (ohne Leinen, aber mit Styro oder Bauschaum drin vielleicht) und dreh die verschiedenen Flügel um eine selbstgebaute Auftriebsmeßanlage. So hat der hier das auch gemacht. ;-)

Hybrid - Beschleunigt wird wohl eher so aussehen. Aber wer weiß...

[Horst Altmann]

AW: Single-Skin Hybrid?

Nachtrag: Es ist auch möglich, so ein Hybrid-Profil nur an einem Teil den Flügels einzusetzen, z.B. im mittleren Teil, der eine besonders hohe Flügeltiefe hat. So könnten die Randbereiche wieder ein klassisches Profil haben und den Singleskinteil von außen zusätzlich stützen und vor Flattern schützen. Oder z.b. jede xte Zelle voll ausführen. Oder wie auch immer... die Konstruktion lässt der Kreativität keine Grenzen.

Denk auch grad nebenher in so eine Richtung nach: Evtl. wär's sinnvoll, die Tiefe des Single-Skin Anteils von der Mitte nach außen hin abnehmen zu lassen - ganz außen ohne Single-Skin. So könnte man etwas an quer wirkenden Zug der Ohren in das Einfach-Segel einbringen und dieses stabilisieren. Vermutlich wird es dann wie ein Tischtuch stationäre Wellen schlagen aber flattern könnte man sicher dämpfen. Dann noch ein paar Staberl und vielleicht klappt's ...

Da gab's oder gibt's doch so einen Drachen (Projekt?) mit ausfahrbaren Wölb-Klappen. Das ist im Grunde genau diese Idee ... Mal suchen.

Grüße, Horst

[soundglider]

AW: Single-Skin Hybrid?

Der widerstandsfreie Einfachsegelteil ist natürlich ein "idealer" Grenzfall der wohl technisch nicht funktioniert, da sind wir uns einig. Es geht um die Annäherung an diesen Fall um einen Punkt zu erreichen, an dem das Einfachsegel möglichst wenig Widerstand bietet und gleichzeitig gerade noch unter genug Spannung steht um nicht zu flattern.

Wegen der Wölbung: Die Ideen-Skizze darfst du natürlich nicht maßstäblich betrachten. Grundsätzlich wurde aber schon in genug Beispielen gezeigt, dass ein Single-Skin Flügel funktioniert. Somit sollte das auch irgendwie mit einer halbgeschlossenen Konstruktion gehen.

Ich würde so an die Sache rangehen:
- Man nehme einen M4 S
- Man nähe einen (durchschnittlich) 16cm tiefen Streifen Segel an dessen Hinterkante
- Man versetze die C-Ebene etwas nach hinten und die Bremsen an die neue Hinterkante
- e voila: Nun hat der Schirm die technischen Daten eines Rush 4 ML - Vielleicht hat er jetzt mit etwas Optimierung auch die gleiche Sicherheit bei einer deutlich höheren Leistung?
(nur als anschauliches Beispiel, nicht nachmachen ;-) )

[Seba]

AW: Single-Skin Hybrid?

Hallo Sebastian,

das ist ein interessantes und spannendes Thema. Macht Spaß darüber nachzudenken. Hier einige unsortierte Gedanken von mir:

• Der XXLite hat interessanterweise genau auf der Hinterkante ein Doppelsegel also im Grund genau Invers zu Deiner Idee
  
  
• Auch der XXLite braucht Staudruck um sich in Spannweitenrichtung zu strecken. Dieser wird über die herunter gezogenen Kanten erreicht. Bei Klappern öffnet der Schirm schnell. Ich denke, das funktioniert etwa so wie die Öffnung einer Rundkappe, nur dass die Kanten deutlich flacher sind. Die herunter gezogene Kante ist sicher ein wichtiger Grund für die geringe Geschwindigkeit und geringere Leistung.
• Geringere Flugleistung verzeihe ich dem XXLite gerne, da er so wunderbar leicht ist. Bei einem Hybrid müssten Gewicht und Leistung stimmen. Das Sparpotential für Gewicht ist allerdings gering. In etwa: 25 m2 Untersegel, davon etwa 1/3 bei Tuch mit 24 g/m2 macht 200g.
• Die Steifigkeit in Spannweitenrichtung wird recht sicher leiden. Der LM5 arbeitet ja ziemlich vor und zurück und das liegt sicher auch an gespartem Material in Profiltiefe.
• Oder hat so ein Konzept das Potential Leistungssteigernd zu sein? Zumindest bei den Hybriddrachen scheint das nicht so zu sein.

Noch eine weitere Variante als Idee: In der Mitte ein Miniwing mit vollem Profil bis zur Hinterkante. Zur Vergrößerung der Spannweite ein Single-Skin. Wenns mal ruppig wird gibt es eine Reffeinrichtung mit der man den Single-Skin Anteil zum Stabi hin reffen kann.


Viele Grüße

Sebastian

[soundglider]

AW: Single-Skin Hybrid?

Danke schonmal für eure Einschätzungen und das interessante Feedback!

Oder hat so ein Konzept das Potential Leistungssteigernd zu sein? Zumindest bei den Hybriddrachen scheint das nicht so zu sein.

Also bei meinen Überlegungen sehe ich das Potenzial eher in der Leistungssteigerung, nicht im Gewicht. Bzw größere Sicherheit in turbulenter Luft / Langsamflug, bei fast gleicher Top-Leistung wie ein Schirm ohne den Singleskin-Anteil.

Noch eine weitere Variante als Idee: In der Mitte ein Miniwing mit vollem Profil bis zur Hinterkante. Zur Vergrößerung der Spannweite ein Single-Skin. Wenns mal ruppig wird gibt es eine Reffeinrichtung mit der man den Single-Skin Anteil zum Stabi hin reffen kann.

Haha, ja an so etwas hatte ich auch schon gedacht (allerdings ohne Singleskin). Tjaja eine Näherei und geeignete Werkstatt (+ natürlich Zeit) müsste man haben, dann würd ich das liebend gern alles ausprobieren....

[Pedro]

AW: Single-Skin Hybrid?

Diese Art Flügel wurde schon vor etlichen Jahren von gewissen Herstellern aufgegriffen aber wieder schnell fallen gelassen weil alle guten Ideeen zum Projekt schlussendlich ins Nonsen geführt hatten.
Interessant die vielen Ideen hier zu lesen, es strengt wenigstens die grauen Zellen an und hält sie frisch !

[Horst Altmann]

AW: Single-Skin Hybrid?

@Sebastian
Tolle Bilder sind das. Das mit den "Taschen" an der Hinterkante des XXLite ist ja interessant - fangen den Staudruck und spannen so, zumindest den inneren Teil des Flügels, in Quer- wie auch in Tiefenrichtung auf.
Was meinst du in deinem Beitrag mit "heruntergezogene Kante"?

Grüße, Horst

[Seba]

AW: Single-Skin Hybrid?

@Sebastian
...
Was meinst du in deinem Beitrag mit "heruntergezogene Kante"?

Grüße, Horst

Hallo Horst, nicht einfach zu erklären. Ich versuchs mal so: Stell Dir einen Rundkappenschirm vor, bei dem Du in Gedanken die Unterkante gegenüber des oberen Kappenpols immer nach oben wandern lässt. Wenn das Gedankenexperiment den Bereich einer flachen Scheibe erreicht hat, kann die Kappe sich nicht mehr füllen und stabil stehen.

Beim XXLite ist die gesamte umlaufende Kante tiefer als die Profiloberseite. Wäre sie das nicht, würde der Staudruck von der Unterseite entweichen und es gäbe keinen Grund mehr, warum der Schirm sich in Spannweiten- und Längsrichtung ausbreiten sollte. Ich denke sogar, dass die Taschen an der Hinterkante helfen, dass diese etwas flacher wird. Für ein halbwegs stabilen Schirm müsste die Hinterkante sonst eine recht merkliche Vorspannung haben.

Konnte ich mich halbwegs verständlich ausdrücken?

Grüße, Sebastian

[Horst Altmann]

AW: Single-Skin Hybrid?

@Sebastian
Danke für deine Erklärung. Hab jetzt verstanden was du meinst. Auf den Bildern im Netz schaut es aber so aus, als wenn die Hinterkante im Flug schon geradlinig ausläuft, nicht heruntergezogen.

@Soundglider
Hab mal auf die Schnelle 2D-Potentialrechnungen an verschiedenen Profilen gemacht und die Cp-Verläufe vergleichend zusammengestellt.
Das Profil oben ist als Referenz ein typisches GS-Profil.
Das mittlere Profil hat 30% single skin bei gleicher Skelettlinie. Der Tropfen ist auf 70% skaliert und im vorderen Teil eingebaut. Man sieht, dass der single skin Anteil aber bei weitem nicht kräftefrei ist.
Das untere Profil ist aus dem mittleren abgeleitet, wobei hier die single skin Geometrie so überlagert ist, dass die Hinterkante im Anstellwinkel von 8° endet. Einfach mal so als Ansatz. Der single skin ist dann weniger belastet aber auch noch nicht vollends kräftefrei - dazu bräuchte man was iteratives ...
Man verliert gehörig an Ca.

Grüße, Horst

[soundglider]

AW: Single-Skin Hybrid?

Hey Horst,

danke für die Mühe! Leider gehen deine Berechnungen ein bisschen am Thema vorbei und sind so wenig aussagekräftig. Denn entweder du betrachtest gleichzeitig den signifikanten Abfall von CW, oder du referenzierst das CA auf die Fläche ohne den Singleskin-Anteil. Letzteres würde wahrscheinlich wenn dann nur einen kleinen Abfall von CA zeigen.

Interessant ist letzendlich der angebremste Fall, also ein angebremstes Hybrid-Profil, das in etwa die gleiche Saugseitenkontur hat, wie das klassische Profil. Ziel wäre, hier auf ähnliche CA-Werte zu kommen.

Außerdem würde ich für die ersten Versuche zunächst mit kleinerem Singleskin-Anteil beginnen, um etwa die Differenz der Streckung/Fläche zwischen einem B und einem D Schirm abzubilden. Der Unterschied in der Sehnenlänge wären dabei ca. 18% (Gleiche Spannweite, Streckung 6,9->5,6). 30% sind also schon ziemlich extrem und in der Realität wohl selten sinnvoll.

Nochmal eine beispielhafte Erklärung, um meinen Motivationsansatz etwas zu verdeutlichen: Ich könnte einen M6 S mit 100kg fliegen und hätte damit wohl immer noch eine bessere Gleitleistung als mit einem Rush4 ML bei gleicher Beladung. Allerdings sind die Langsamflugeigenschaften des überladenen M6S schlecht und der Schirm ist im Trimm sehr schnell. Mit einem Einfachsegel am M6S könnte man also im Schnellflug (fast) die gleichen Flugeigenschaften erreichen, weil hier die effektive Streckung, bzw. das Profil immer noch gleich wie beim M6 ist. im angebremsten Zustand ähnelt Streckung und Profilwölbung eher denen eines Rush4 ML, kann also langsamer und effizienter gekurbelt werden und ist stabiler in Turbulenzen.

Was mich also vor allem interessiert ist, ob ein durch Einfachsegel verlängertes M6-Profil bei HOHER Krümmung gute CA Werte liefert.

[Horst Altmann]

AW: Single-Skin Hybrid?

Hallo Sebastian,

Hab die Rechnungen für 18% single-skin Anteil wiederholt. Im untersten Fall (single-skin per Geometrie-Mod in etwa kräftefrei) ist das Ca auf die "neue Tiefe" von 82% umgerechnet und als Zahl im Klammern dargestellt. Der Ca-Wert ist dann in etwa beim vollem Profil, was auch Sinn macht ;-)

Du kannst das ja sicher auch rechnen, aber wenn du für ein gewünschtes Profil die Koordinaten lieferst kann ich's schnell mit 2D-Potentialtheorie nachrechnen.

Grüße, Horst