Wie erreicht man maximale Schlepphöhen?

[Bernhard Wienand]

Welche Größen beeinflussen in welchem Maße die Schlepphöhe?

Wie muss der Pilot unter welchen Bedingungen (Wind etc.) fliegen (Geschwindigkeit (Anstellwinkel), Klappenstellung), um die maximale Höhe zu erreichen?

Ausgangspunkt dieser Untersuchung war das Thema im DHV-Fliegerforum Mehr Klappen bei Gegenwind im Windenschlepp?, nämlich die Frage, ob sich mit einem Starren bei Gegenwind mit stärker gesetzter Wölbklappe eine größere Ausklinkhöhe erreichen lässt:
Dabei wurde vermutet, dass man mit gesetzten Wölbklappen langsamer fliegen kann und so länger im Schlepp vom Gegenwind profitiert.

Auch in den Handbüchern des Atos findet sich die Empfehlung, für den Windenschlepp die Klappen auf 10 bis 15 Grad zu stellen, um langsamer fliegen zu können, was sich bei Gegenwind günstig auf die Schlepphöhe auswirke.

Um diese Vermutung bzw. Aussage zu untersuchen, habe ich ein mathematisches Schlepp-Modell erstellt und in Excel programmiert. Damit lassen sich die beim Schlepp wirkenden Kräfte und entstehenden Geschwindigkeiten für einzelne Schleppwinkel (Winkel zwischen Schleppseil und Horizont) und daraus schrittweise für den gesamten Schlepp errechnen.
Der beim Schlepp je nach Anstellwinkel und Klappen-Stellung erzeugte Auftrieb und der Widerstand des Flügels werden durch ein hinterlegtes Flügel-Beiwert-Modell ermittelt.
Die Berechnungen bestätigen die Vermutung, dass man bei Gegenwind eine größere Schlepphöhe erreicht, wenn man langsamer fliegt, wozu gesetzte Klappen beitragen können. Langsames Fliegen erhöht allerdings das Risiko eines Strömungsabrisses, insbesondere bei windigen Verhältnissen. Durch mehr Schränkung aufgrund wenig VG oder maßvoll gesetzte Wölbklappen lässt sich dieses Risiko mindern, ohne dabei viel von der Leistung des Flügels und damit an Schlepphöhe einzubüßen. Bei Gleitschirmen entspricht die über die Brems-/Steuerleinen wölbbare Hinterkante des Segels den Wölbklappen von Starren.
Mit dem Schlepp-Modell können alle möglichen Schlepp-Konstellation untersucht werden. Dadurch lässt sich auch ermitteln, welche Größen die zu erreichende Schlepphöhe in welchem Maße beeinflussen.

Im Anhang einige Bilder der Modellierung und von Ergebnissen.

Wegen der Begrenzung auf 5 Anhänge mehr im folgenden Beitrag.

Gruß, Bernhard

[Bernhard Wienand]

AW: Berechnung von Schlepphöhen

Hier weitere Bilder.

Wer mehr wissen möchte, wende sich bitte an mich.

Die umfassende Beschreibung (pdf) und die Excel-Datei überschreiten die zulässige Größe für Anhänge.

Gruß, Bernhard

PS 19.6.: Eine stark gekürzte Beschreibung findet sich im Beitrag #5.

[Lasse]

AW: Berechnung von Schlepphöhen

Hallo Bernhard !

Erstmal vielen Dank für die aufschlussreiche Bearbeitung des Themas. Besonders der 2.Teil. :-)

Das 70°Klappen im Verhältnis den Widerstand deutlich stärker ansteigen lassen als den Auftrieb,
weiß jeder Pilot der schonmal mit voll gesetzten Klappen gelandet ist.
Dadurch wird bewußt Gleitzahl vernichtet. Aber wie sieht es mit Klappenstellungen von 20° aus ?
Wo kommen in Deiner Tabelle bei Gegenwind die 14° Klappen her ?

Weiterer für mich zu klärender Punkt:
Mit Vmin zu fliegen verschlechtert die Gleitzahl und erhöht das Sinken.
Aber wie sieht es mit den Klinkhöhen bei 20°Klappen,Gegenwind und Vms aus ?
bzw. bei der Geschwindigkeit des besten Gleitens (mit den stärker gesetzten Klappen ja auch langsamer) ?

[einrad]

AW: Berechnung von Schlepphöhen

Ein alter Link mit einem schönen Beispiel eines Schlepps bei ordentlich Gegenwind.

http://www.gleitschirmdrachenforum.de/showthread.php/29382-Manuell-Schlepp-Handschlepp?highlight=handschlepp

Wenn eine bestimmte Klappenstellung es erlaubt, ohne Seileinzug weiter zu steigen, kann die Höhe nur besser werden...

Gruß, Harald

[Bernhard Wienand]

AW: Berechnung von Schlepphöhen

Hoffe, die beigefügte Datei über die Ergebnisse der Schlepp-Berechnungen wird Fragen klären.

Die optimalen Einstellungen, fett gedruckt, zeigt die Tabelle im 1. Beitrag.

Richtwert für den Pilot sind die Geschwindigkeit und die Klappenstellung. Den Anstellwinkel kennt er nicht (genau genug).

Da die Strömung an der Klappe bei einer Stellung > 14 Grad abreißt, erreicht man bei viel Wind nur mit einem Klappenwinkel bis max. 14 Grad die größten Schlepphöhen.

Gruß, Bernhard

[Ikarus-Pellicci]

AW: Berechnung von Schlepphöhen

Hi Bernhard,

danke für deine ausführliche Erklärung zu Klappenstellungen zum erreichen einer größeren Ausklinghöhe.

Manchmal ist weniger besser, so heißt es im Volksmund und zu weilen in der Aerodynamik.

Die Erfahrung habe ich bei der Entwicklung meiner Wölbklappe für flexible Hängegleiter ebenfalls gemacht, wobei eine Wölbspaltklappe durch den Spalt effektiver wirkt und die Strömung erst bei höheren Anstellwinkeln anfängt abzureisen.

Sie kann kleiner und leichter sein was den Piloten freut.

Die erste Verwendung der Klappe fand am KPL 12 statt, der ohne Wölbklappe bei der BHPA und ebenfalls mit Klappe bei der BHPA und der Staatlichen Prüfstelle von Österreich geprüft wurde.

Die DHV Prüfstelle hat ihre eigene Ergebnisse nie fertig ausgewertet, leider.

Durch die Änderung im §11 /4 kann endlich legal damit in Deutschland geflogen werden.

Am Spirit wird die gleiche Erkenntnis mit noch ausgereifter Technik, geprüft bei der BHPA, eingesetzt.

Viele Piloten können, nach eigenen Aussagen endlich unbeschwert Landen.

Tomas

[jogo]

AW: Berechnung von Schlepphöhen

zur thema
http://www.luerkens.homepage.t-onlin...er/Seil61.html

[Ikarus-Pellicci]

AW: Berechnung von Schlepphöhen

Hi Johan,

Tatsächlich berücksichtigt ein realer Windenfahrer bei der Steuerung der Winde außer Messwerten (Drehzahl) und sensorischen Eindrücken (Motorgeräusch, Vibrationen, Rückstellkraft und Stellung des Gashebels, Seildurchhang, Lage des Flugzeuges) in umfangreicher Weise Erfahrungen die in einem einfachen mathematischen Modell nur sehr schwierig realisiert werden können.

So ist es, ein guter Windenfahrer bringt die beste Höhe, mit dem besten Auftrieb und dem geringsten Wiederstand.

Tomas

[Bernhard Wienand]

AW: Wie erreicht man maximale Schlepphöhen?

Hallo Tomas,

die Wirkung von bzw. Deiner Klappen ist unbestritten.

Sie sind ja eine Kreuzung aus Spreizklappe und Spaltklappe.

Spreizklappen sind ab 10 Grad mind. ebenso wirksam wie Wölbklappen, erzeugen aber einen etwas höheren Widerstand.

Spaltklappen sind am wirksamsten, aber nur solange, wie die frische Spaltströmung auf ihrer Oberseite anliegt. Das tut sie auch noch bei Klappenwinkeln > 15 Grad (und < 20), aber nur, wenn ihre Anströmkante profiliert ist.
Da müsste man mal sehen, wie weit das Obersegel Deiner Klappen hinter dem Rahmen hoch gesaugt wird und so ein Profil bildet. Ansonsten könnte ein Profileinschub aus Hartschaum die Wirkung noch verbessern.

Die Tiefe von Klappen ist zweitrangig. Empfohlen werden 20-25% der Gesamtflügeltiefe, wie beim Atos C realisiert.
Aber auch deutlich weniger bis sehr schmale Klappen wirken. So haben die neuen Atos-Klappen deutlich weniger Tiefe (etwa wie der D-Holm), da dies ein wesentlich kleineres Packmaß zulässt, weniger wiegt und, bis auf etwas weniger Widerstand, ebenso gut die Minimalgeschwindigkeit reduziert.

Wichtiger ist die Breite der Klappen. Da sich in der Flügelmitte im Kielrohrbereich durch den Mitteneffekt die Strömung erst bei einem etwas höheren lokalen Anstellwinkel ablöst, sollten Klappen bei Drachen über diesen Bereich hinaus gehen. Da könnten Deine Klappen m.E. noch etwas zulegen.
Aber sie wirken sich auch so schon positiv hinsichtlich einer geringeren Landegeschwindigkeit und eines steileren Endanflugs aus. Wobei der Spirit L sich auch ohne Klappen schon sehr gut landen lässt (wie ich gesehen und gehört habe), jedenfalls so lange wie der Pilot nicht zu schwer ist.
Die Reduzierung der Gleitzahl durch den Widerstand der angelegten Klappen ist m.E. vernachlässigbar.
Ein ggf. maximaler Klappenausschlag bei hohen Geschwindigkeiten ist im Handbuch zu vermerken.

Jedenfalls hast Du mit Deinen Klappen eine beachtliche Pionierarbeit geleistet, die m.E. leider nicht in dem angemessenen Maße bisher gewürdigt worden ist.

Mein Ersatzteil (Flügelendstück) ist da. Wenn's passt kann ich meine Wollfaden-Studien mit der Strömungsablösung bei und an Klappen bald fortsetzen.
Wäre für Deine Klappen auch mal interessant.

Alles Gute, Bernhard


Hallo Johan,

vielen Dank für Deinen Link zum Artikel von Peter Lürkens von 2008, den ich mit Interesse gelesen habe.

Auch da steckt viel Arbeit drin. Daher wohl sein Copyright.

Ansonsten:
- Das Programm ist mit dem kostenpflichtigen und wenig verbreiteten MathCad geschrieben. Von anderen Piloten also nicht zu nutzen, daher auch nicht veröffentlicht.
- 1/3 des Textes befasst sich allein mit dem Durchhang des Schleppseils durch sein Eigengewicht.
- Der Widerstand des Seils, der für Drachen und Gleitschirme eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielt, wird bis auf den Seilfallschirm dagegen nicht berücksichtigt.
- Viel Raum nimmt auch die Beschreibung der Winden-Charakteristik (Drehzahl, Drehmoment etc.) ein, wobei am Ende nur die Zugkraft interessiert.
- Das Rechenverfahren erweist sich am Ende als instabil, so dass eine künstliche Dämpfungskomponente eingeführt werden muss.

Trotzdem sehr anerkennenswert.

Besten Dank, Bernhard


Noch eigene Erfahrungen zur praktischen Umsetzung:

Im April waren wir bei grenzwertigen Winden von vorhergesagt 20 km/h bis in Böen 40 km/h auf dem Platz.

Da die Böen dann nur 30 km/h erreichten, entschlossen wir uns, 3 Atos-Piloten + 1 Flexi-Pilot, Windenschlepp zu probieren.

Ich stellte aufgrund meiner Untersuchungen meine Wölbklappen etwas mehr an als bisher beim Windenschlepp, flog etwas langsamer als gewöhnlich und wurde gleich mit großen Schlepphöhen belohnt (ca. 600 m bei gut 800 m Schleppstrecke), so dass ich bei 4 Schlepps in der zerrissenen Thermik als einziger einmal 400 m über meine Ausklinkhöhe kam.
Der Windenführer dazu: Bei dir dreht die Trommel viel langsamer als bei den anderen.

Ich hatte zwar nie das Gefühl, dichter am Strömungsabriss zu fliegen, war mir dieser Gefahr aber bewusst und darauf gedanklich eingestellt. Natürlich habe ich mich bis zur Sicherheitshöhe von gut 50 m wie immer mit Geschwindigkeitsreserve schleppen lassen.

Happy Landings, Bernhard

[Ikarus-Pellicci]

AW: Wie erreicht man maximale Schlepphöhen?

Hi Bernhard,

die Entwiklung der Spaltklappe hat viele Jahre in Anspruch genommen und es sind alle deine Kretickpunkte berücksichtigt worden.

Einfach mal "live" testen und dann drüber reden.

Tomas

Ps: hab natürlich ein Gebrauchsmuster, oder Neudeutsch Copyright.

[Ikarus-Pellicci]

AW: Wie erreicht man maximale Schlepphöhen?

Hab da noch was vergessen,

in England bei der BHPA hab ich vor vielen Jahren ein Messinstrument zum vermessen der Winkel der Swivel in Grad vorgestellt, es arbeitet mit einem Loot.

Das selbe hat die Prüfstelle erhalten und zuvor schon als ungenau bezeichnet.

Hm Tomas

[Bernhard Wienand]

AW: Wie erreicht man maximale Schlepphöhen?

Noch was 1. zur Zugkraft der Winde und 2. zu Klappen.


1. Je höher die Zugkraft der Winde, desto größer die Schlepphöhe!

Das gilt auch bei Wind, auch bei viel Wind.

Ich wünsche mir vom Windenführer immer 'volle Pulle', hatte jetzt aber Bedenken, ob das nicht bei viel Gegenwind eher zu geringerer Schlepphöhe führt, da man den Gegenwind nicht so lange nutzen kann.

Die Berechnungen zeigten jedoch, dass man auch bei viel Wind mit mehr Zugkraft höher kommt, es geht natürlich schneller.

Die Erklärung: Der Steigwinkel ergibt sich mit dem Gleitwinkel und dem Gewicht des Gerätes aus der Zugkraft und der Windkomponente.


2. Zu Klappen:

Tomas, Deine Klappen sind sicher der beste Kompromiss aus dem theoretisch Wünschenswerten und dem praktisch bei einem Flexi (flexible Hinterkante) Machbaren.
Die Wirkung der nicht sehr großen Klappen mit Spalt darf man jedenfalls nicht unterschätzen. Das habe ich zwar nicht selbst als Pilot erfahren, aber gesehen und von Piloten gehört. Es ergibt sich aber auch aus der Theorie.

Ergänzend noch eine Erläuterung der Wirkungsweise von Klappen aus dem Dubs und Diagramme zur Erhöhung des Auftriebs (und des Widerstands) für die verschiedenen Bauformen von Klappen aus Friedrich Müller Flugzeugentwurf. Leider gibt Müller keine Quellen an.

Die Werte in den Diagrammen für die Zunahme des Auftriebsbeiwertes von z.B. 1,2 bei einer mit 60 Grad angestellten einfachen Wölbklappe oder einer Spreizklappe gelten natürlich nur für den Flügelabschnitt mit Klappen, und erscheinen mir auch dann immer noch sehr hoch.

Für den Atos C mit einer einfachen Wölbklappe errechnet sich z.B. mit 130 kg Gesamtmasse:
- Bei 0 Grad Klappe ein c_A,max,0 = 1,73 bei alpha = 22 Grad, was z.B. zu einem v_min = 33,8 km/h führt.
- Bei 70 Grad Klappe ein c_A,max,70 = 2,18 bei Alpha = 26 Grad, was z.B. zu einem v_min = 30,0 km/h führt.
Die Geschwindigkeiten entsprechen fast den Werten aus den Testflügen, 34 und 30 km/h (bei Gesamtmasse?).
Der Auftriebsbeiwert des gesamten Flügels für 70 Grad Klappe am Innenflügel nimmt also um 0,45 zu.

Gruß, Bernhard

[fliegerboehm]

AW: Berechnung von Schlepphöhen

Hi Bernhard,

danke für deine ausführliche Erklärung zu Klappenstellungen zum erreichen einer größeren Ausklinghöhe.

Manchmal ist weniger besser, so heißt es im Volksmund und zu weilen in der Aerodynamik.

Die Erfahrung habe ich bei der Entwicklung meiner Wölbklappe für flexible Hängegleiter ebenfalls gemacht, wobei eine Wölbspaltklappe durch den Spalt effektiver wirkt und die Strömung erst bei höheren Anstellwinkeln anfängt abzureisen.

Sie kann kleiner und leichter sein was den Piloten freut.

Die erste Verwendung der Klappe fand am KPL 12 statt, der ohne Wölbklappe bei der BHPA und ebenfalls mit Klappe bei der BHPA und der Staatlichen Prüfstelle von Österreich geprüft wurde.

Die DHV Prüfstelle hat ihre eigene Ergebnisse nie fertig ausgewertet, leider.

Durch die Änderung im §11 /4 kann endlich legal damit in Deutschland geflogen werden.

Am Spirit wird die gleiche Erkenntnis mit noch ausgereifter Technik, geprüft bei der BHPA, eingesetzt.

Viele Piloten können, nach eigenen Aussagen endlich unbeschwert Landen.

Tomas

Mit Klappen klappts! ;-) . Habe mir ja auch ( nachdem ich durch mehrere Unfälle zur " Bleiente " geworden bin ) Klappen an meinen Litespped gebastelt. Mein Litespeed S war ( mit nicht mehr vorhandenen Kreuzband und deutlich höherem Pilotengewicht ) eine echte " Sau " beim landen. Die Klappen haben ihn lammfromm gemacht und ich möchte sie nicht mehr missen!

[Wolkengeflüster]

AW: Wie erreicht man maximale Schlepphöhen?

Hallo Tomas,

Deine Klappen gibts nicht für andere Modelle bzw. sind für andere Modelle zugelassen?

Gruss Josef

[Ikarus-Pellicci]

AW: Wie erreicht man maximale Schlepphöhen?

Hi Josef,
die Anbrinung der Landehilfen muß jeder Hersteller selbst entscheiden und konstruieren.

Ich bin gern behilflich

Der Manfred hat gefragt und ich hab ihm Tips gegeben.

Zitat Manfred: Die Klappen haben ihn lammfromm gemacht und ich möchte sie nicht mehr missen!

Ich hab zum Beispiel 1984 die Turmaufhängung gebaut und Josef Guggenmos hat gefragt für was das gut ist.

Meine Antwort war; bau es nach und du weißt es.

Tomas

Ps: Landehilfen sind laut LTF prüffrei wenn sie das Geräteverhalten nicht negativ beeinflussen. Meine Geräte mit Landehilfen haben das nun schon 15 Jahre bewiesen.