Modell der ASH 31 (21 M) von  Schleicher

Maßstab 1:2,2 mit 9,64 M Spannweite, 22-25 kg Gewicht

© Fotos: Raineer Welzel und Stefan von Malotky

Über zwei erfolgreiche ASH 31 Jahre !

Gelegenheit für einige technische Anmerkungen zum Modell-Design und -Leistungspotential

Zunächst sei noch einmal daran erinnert, dass dies Modell dazu beitragen soll, das Geschäft von HKM finanziell zu tragen. Nach guter Marketing-Manier wurden in der Vorbereitung eine Reihe potentieller Kunden danach befragt, welche Flugeigenschaften sie sich von solch einem Modell erwarten. Da die meisten Interessenten Flachlandflieger sind, stand ganz oben auf der Wunschskala die Thermikleistung im Langsamflug, gefolgt von gutem dynamischem Gleiten auf der Strecke.

Die ursprüngliche Absicht war, dem Trend der Zeit folgend, ein Modell der 21M- ASH 31 im Maßstab 1:2 zum Original zu bauen. Da die Kunden von Willi Helpenstein  (HKM) aber vorwiegend aus Deutscland stammen und auf Modellflugplätzen fliegen, wo nur ein Modellgewicht bis 25 kp erlaubt ist, zeigten erste überschlägige aerodynamische Kalkulationen, dass ein so großer Maßstab bei diesem Gewicht grundsätzlich nur mäßige Geschwindigkeiten liefern würde. Damit würde man zwar gute Thermikleistungen erzielen, aber nicht die gewünschte Dynamik im schnellen Gleitflug. Letzteres wäre nur über eine unerlaubte höhere Flächenbelastung zu realisieren gewesen. Die weiteren Überlegungen und Rechnungen ergaben schließlich, dass die angestrebte Performance mit einem Maßstab von 1:2,2 zum Original und einem HQ/DS.../ACRO-Profilstrak mit einer Wölbung von 2,25 % und einer mittleren Dicke von 13 % zu erzielen war. Mit dieser Profilwahl würde das Modell in diesem Maßstab immer noch hervorragende Eigensschaften für die Thermik liefern und im Vergleich mit einem 1:2-ASH 31-Modell im schnellen Gleitflug ca. 1,5 bis 2 m/s schneller fliegen können.

In jüngster Vergangenheit äußerten sich einige kritische Stimmen über die Wahl des Profilstraks. Deren Tenor ist, dass heutzutage - insbesondere im Hinblick auf das GPS-Triangelfliegen - dünnere und weniger gewölbte Profile bessere Leistungen erbrächten. Man kann mir schon zutrauen, dass bei der Konstruktion des ASH 31-Modells die Leistungsparameter auch für solcher Profile hinsichtlich ihres Potentials für den zu erwartenden Geschwindigkeitsbereich bis zu etwa 100 m/s (360 km/h) für verschiedene Flächengewichte durchkalkuliert wurden. Wie die nachfolgenden Grafiken noch zeigen werden, reichen die Auftriebsleistungen dünnerer und weniger gewölbter Profile nicht für den Pflichtenkatalog des Modells im langsamen Thermikflug. In den Grafiken habe ich aus Gründen des Copyrights  nur die Leistungen eigener Profile angeführt, Berechnungen mit gleichartigen anderen Profilen liefern ähnliche Resultate.

(Dies ist für mich Anlass, aufgrund gegebener persönlicher Erfahrungen in jüngster Zeit, eimal  deutlich darauf hinzuweisen, dass meine Profile urheberrechtlich geschützt sind (was auch für andere Profile gilt), insbesondere was deren Verwendung und mediale Nuzung, wie z. B. grafische Darstellungen, Koordinatenwiedergabe usw., betrifft. Dies gilt immer grundsätzlich zu beachten, wenn vom Urheber dafür keine ausdrückliche Erlaubnis vorliegt. Seit über 50 Jahren, seit ich Profile entwickelt habe, habe ich mich selbst strikt daran gehalten!)

Zunächst erfordern die Leistungscharakteristika in den folgenden Grafiken einer Erläuterung:

m ist die Masse des Modells in kg,

A, A_H, A_S sind die Größen von Tragfläche, HLWund SLW in m²,

c_l ist der Auftriebsbeiwert des Tragflächenprofils,

c_L ist der Auftriebsbeiwert des Modells bei stationärer Längsbewegung,

c_D ist der Widerstandsbeiwert des ganzen Modells (Flügel, HLW, SLW, Rumpf, Induktion und Interferenz), abhängig von Geschwindigkeit und Auftriebsbeiwert,

V ist die Geschwindigkeit des Modells bei NN, V = 4(m/A x 1/c_L)^1/2

GZ = c_L/c_D ergibt  die Gleitzahl für die jeweilige Geschwindigkeit V

V_vert  =  4(m/A x c_D²/c_L³)^1/2 = 4c_D/c_L^3/2 x (m/A)^1/2  ist die Sinkgeschwindigkeit

SR = c_D/c_L^3/2  ist die dimensionsslose Sinkrate bei V  

Die nebenstehende Grafik zeigt die Gleitzahlen GZ und die Sinkraten SR des ASH-31 Modells, die im gesamten Spektrum der möglichen Auftriebsbeiwerte des Tragflächenprofils HQ/DS-2,25/13  ohne und mit moderaten Wölbklappenausschlägen von eta= +/- 3° theoretisch mit einem Gesamtgewicht von 23 kp (m/A=8,5 kg/m² Flächenbelastung) erreicht werden können. Um diese Leistungen erfliegen zu können, muss der Schwerpunkt für den optimalen Auftrriebsbeiwert geringsten Sinkens, c_a=0,8, gewählt werden. (Wie der zu berechnen ist, wird eingehend in meinem Profilebuch beschrieben.) Die Grafik verdeutlicht, dass im Langsamflug ohne und mit eta= +3° (oder mehr) Wölbklappenausschlag beste Gleitzahlen und Sinkraten in einem weiten c_l-Spektrum erzielt werden, wie es im Pflichtenkatalog festgelegt wurde. Wer mit diesem Modell vom langsamen Soaren schnell mal auf höhere Geschwindigkeit kommen will, muß deshalb schon mal deutlich Tiefenruder geben.

Das Gesamtgewicht von 23 kp ergab sich aus den Erfahrungen bei der Herstellung anderer HKM-Großsegler. Damit erhält der Segler die nötige Festigkeit und es bleiben noch 2 kp Reserve für den Einbau eines Elektroantriebs. Wer es ohne E-Antrieb dynamischer möchte, kann den Segler noch stabiler natürlich auch mit 25 kp erhalten.

Die nächste Grafik mit den Geschwindigkeitspolaren des ASH 31-Modells soll einen Eindruck davon vermitteln, welche absoluten horizontalen und vertikalen Geschwindigkeiten in Abhängigkeit vom Geschwindigkeitsparameter V ohne und mit Wölbklappen  theoretisch erreicht werden. Es ist durchaus noch eine weitere Steigerung der Klappenwirkung mittels größerer Aussschläge bis etwa  eta= +/- 5° möglich. Im Detail ersieht man, dass positive Wölbung etwa im Geschwindigkeitsbereich von V= 12 bis 16 m/s geringere Sinkgeschindigkeiten liefert als die ungewölbte Tragfläche, was sich natürlich als sehr hilfreich bei Start und Landung, für das langsame Kreisen in der Thermik,  beim F-Schlepp und insbesondere auch beim Eigenstart mit E-Antrieb erweist. Wegen der relativ hohen Wölbung und Dicke des Tragflächenprofils wirkt sich negative Wölbung eher nur moderat aus. Erst ab ca. 80 km/h wird mit negativer Wölbung die Gleitleistung geringfügig besser als ohne Wölbung. Ergo, erst ab dieser  Geschwindigkeit lohnt es sich, negativ zu wölben. Wegen der hervorragenden Sinkleistungen mit ungewölbter Fläche bietet sich an, Wölbung nur per Snap-Flap einzustzen. Damit ergibt sich beim Nachziehen oder Nachdrücken stets automatisch eine aerodynamische Unterstützung zur Verbesserung der Leistungen in allen Fluglagen.

Eine weitere Grafik zeigt die Gleitzahlen des ASH 31-Modells für den ganzen realisierbaren Geschwindigkeitsbereich bis etwa V = 100 m/s (360 km/h). Man entnimmt daraus insbesondere, dass sich durch negatiive Wölbung die Gleitleistung gegenüber der mit ungewölbter Tragfläche nur sehr moderat ab einer Geschwindigkeit von V > 22 m/s steigern läßt. In der Flugpraxis wird man beim flotten Streckenflug die Unterschiede wohl kaum  wahrnehmen.

Für die Beurteilung der Leistungen dünnerer und weniger gewölbter Profile wurden das HQ/DS-1,5/11 mit 1,5 % Wölbung und 11 % Dicke und das HQ/W-1,5/10  mit 1,5 % Wölbung und 10 % Dicke (neben anderen ähnlichen Profilen, s. o.) zum Vergleich herangezogen, siehe Profilgrafik. Eigentlich ist ein Vergleich dieser Art nur bedingt aussagekräftig, wenn man die Leistungen verschiedener Segler vergleichen will, weil mehrere weitere Parameter wie z.B. die Streckung, die durchschnittliche Flächentiefe oder die mögliche Flächenbelastung Einfluß auf den Gesamtwiderstand haben.

In der nebenstehenden Grafik sind die Gleitzahlen und Sinkraten wiedergegeben, die das ASH 31-Modell mit den 3 vorstehenden Profilen ohne Wölbklappen theoretisch erzielen kann. Die beiden dünneren und weniger gewölbten Profile zeigen nahezu gleiche Performance. Bestes Gleiten und geringstes Sinken werden mit Ihnen etwa beim Auftriebsbeiwert c_l=0,65 erreicht, wofür aber eine Mindestgeschwindigkeit von etwa 15 m/s erfoderlich ist (bei 25 kp-Vollast etwa 15,5 m/s), während das Modell mit dem HQ/DS-2,25/13  ohne Wölbung seine Bestwerte  bei etwa 12,5 m/s erreicht. Mit den dünneren Profilen können zwar in etwa gleiche Gleitzahlen in einem sehr schmalen c_l-Bereich erzielt werden, aber die Sinkraten sind deutlich höher, und auch hier ist der Operationsbereich sehr gering im Hinblick auf einfaches Handling beim Fliegen in der Thermik. Die hohen Mindestgeschwindigkeiten mögen für einen Triangel-Flieger bei guten Start- und Landemöglichkeiten zwar gut sein, aber in normaler Flugpraxis dürfte so mancher Pilot damit überfodert sein.

Die nebenstehenden Geschwindigkeitspolaren für den Bereich niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit unterstreichen, was vorausgehend festgestellt wurde. Die Unterschiede in der Sinkgeschwindigkeit bei geringeren c_l-Werten im Streckenflug sind leicht zu verkraften, wenn man die Vorteile des gewählten Profils im Langsamflug für Start und Landung, stationären Gleitflug, Kreisen in der Thermik, F-Schlepp oder Eigenstart mit E-Antrieb erwägt.

Die letzte Grafik zeigt die Unterschiede im Gleitflug für den gesamten jeweils zugänglichen c_l-Bereich der 3 Profile. Im Langsamflug hat das gewählte Profil deutliche Vorteile, ab einer Geschwindigkeit vin 15 m/s zeigen die dünneren Profile leicht bessere Gleitzahlen, während bei V=300 km/h etwa gleiche Ergebnisse erzielt werden. Letzteres ist in guter  Übereinstimmung mit praktischen Erfahrungen beim dynamischen Fliegen mit hohen Geschwindigkeiten an alpinen Hängen, wobei große Segelmodelle mit dem Profil HQ/DS-2,25/13  eingesetzt wurden.

Da die Vorteile im Langsamflug mit dem gewählten Profil die leichten Vorteile mit den dünneren und weniger gewölbten Profilen im mittleren Schnellflugbereich deutlich überwogen, entschieden wir uns für ersteres, besonders auch hinsichtlich der praktischen Vorteile beim Bau eines Tragflügels mit einem dickeren Profil.

q.e.d.!

Orbiter

Vor gut vier Jahren hatte ich für meinen schweizer Fliegerfreund Markus in Zollikofen das nebenstehende "Orbiter"- Modell konstruiert, das sich einerseits für schnelles Hangfliegen, andererseits aber auch für das heute so genannte "Dsing" eignen sollte. Für das schnelle Fliegen entlang der Hangkante war möglichst geringer Widerstand bei niedrigen Auftriebsbeiwerten gewünscht, Für das Rotieren waren wegen der ständigen Kompensation von Zentrifugalkräften bei hohen Re-Zahlen im Mittel Auftriebsbeiwerte um c_a=0,3 und teils höher nötig. Um beiden Aufgaben gerecht zu werden, wurde das Flächenprofil HQ/DS-1/10 eingesetzt.

Inzwischen hat Markus einen Hersteller gefunden, der ihm das Modell in Serie fertigt. Es gibt eine 5 Kg-Version fürs schnelle Hangfliegen und fürs "Dsing" auch eine Ausführung mit über 10 Kg.

Markus und sein Spezi Sandro schrieben:

"Hallo Helmut

Wir haben ja einen Orbiter bei den Amis (Bruce) gelassen. Den allerersten der aus der Form geschlüpft ist. Mittlerweile hat Bruce damit 412 mph (663 km/h) erreicht :-)

Wir und die Amis sind immer wieder erstaunt wie stabil der Orbiter im Ds einrastet :-) Ist halt wieder einmal eine geniale Konstruktion von dir ;-)

Sandro und Markus"

Bruce Tebo, zweitbester DS-Flieger der Welt (845 km/h) schrieb:

"Hi Markus.  

Happy new Year!  Hope all is well with you and your family.  

Orbit- I finally did it. 412 with the Orbit today. No flutter but it did look like the tail was going to break off once thru the top shear. Thanks for letting me test the Orbit for you guys. 

Fly Fast

Bruce"

Dazu ein paar Anmerkungen und Überlegungen:

Grundsätzlich zeichnen sich meine HQ/DS-Profile durch bestmögliche Laminarströmung und damit geringstmöglichen Widerstand aus, eine nur geringfügige Verlängerung der laminaren Laufstrecke würde zu einer so engen Laminardelle führen, dass damit das Fliegen von Modellen unmöglich würde. Mit steigender Profildicke  nimmt der Widerstand der Profile nur geringfügig zu, während die Profilwölbung darauf kaum einen Einfluss hat.

Ab einer bestimmten Fluggeschwindigkeit erreicht die Strömungsgeschwindigkeit örtlich, etwa am Ende der laminaren Laufstrecke, Überschallgeschwindigkeit (1225 km/h). Dies führt zu einem Verdichtungsstoß, der einen totalen Strömungsabriss zur Folge hat. Dementsprechend führt eine weitere Erhöhung der Geschwindigkeit zu einem steilen Anstieg des Widerstandes. Die Machzahl Ma, die das Verhältnis aus  Fluggeschwindigkeit und Schallgeschwindigkeit ist, wird als kritisch bezeichnet, wenn die Oberflächengeschwindigkeit an die Schallgrenze  kommt. Allgemein gilt, dass Ma_krit umso größer ist, je dünner ein Profil ist und je länger seine laminare Lauflänge. Für das Orbiter Profil HQ/DS-1/10 liegt sie bei etwa 0,7, was für das  Modell etwa 850 km/h bedeutet. Wenn Markus den Orbiter-Rumpf noch versteiften könnte, wären noch mehr als 663 km/h möglich. Übrigens war dies bis jetzt die dreizehnt schnellste Dsing-Zeit!

AS 33, neuer Rennsegler mit 15/18 m Spw.

von Schleicher-Segelflugzeugbau

AS 33 beim Erstflug

New Kid in Town !

AS 33-HKM, Modell im Maßstab 1:2,5 zum Original

Eigentlich ist es wohl eher ungewöhnlich, über das Design eines Segelflugmodells zu berichten, noch ehe es gebaut und geflogen wurde.  Aber mit Einverständnis von Willi (HKM), der das Modell in Serie bauen wird, will ich hier schon mal vorab über meine theoretischen konstruktiven Vorstellungen vom Bau  einer AS 33 im Maßstab 1:2,5 zum Original vorstellen. Ich nehme an, dass dies sicher einige Freunde der Großsegler interessieren wird. Das Modell wird im Weiteren als „AS 33-HKM“ bezeichnet. Im September wird es übrigens vom VTH eine Sonderausgabe der FMT übler Segelflugmodelle geben, darin wird auch ein ausführlicher Essay von mir über das Thema publiziert  werden.

3-Seiten Ansicht des AS 33-HKM-Modells

Mehr Details unter Konstruktionen/AS 33 - HKM

Pilatus  SB-2 Pelikan

Modell im Maßst. 1:2,8 von Markus Frey/CH

Modell des Pilatus Pelikan

Original des Pilatus SB-2 Pelik

von 1944

 Dieses Schweizer Bergflugzeug (SB) wurde im Auftrag des Schweizer Luftamtes zunächst Ende der 30er Jahre an der ETH-Zürich entwickelt und ab 1941 von Pilatus fertig gestellt. Zum Erstflug kam es aber wohl erst im August 1944. Als Bergflugzeug wurde es für kurze Start- und Landewege in hochgelegenen Gebirgsregionen, z. B. am Jungfraujoch, ausgelegt und hat für fünf Passagiere Platz. Interessante Details dieses Flugzeuges  sind:

Besatzung:                         1 Pilot + 4 Passagiere

Spannweite:                       15,5 m

Höchstgeschwindigkeit:    230 km/h

Dienstgipfelhöhe:              6300 m

Leistung:                            446 PS  (P&W)

Landestrecke:                     110 m

Startstrecke:                       110 m

Erläuterungen zum Modell:

Die obigen Grafiken zeigen eine 3-Seitenansicht der Original - SB 2 von 1944, die als Vorlage  für das  Modell im Maßstab 1:2,8 diente und eine 3D-Ansicht des Tragflügels für das SB 2-Modell. Das Flugzeug wurde in allen Details originalgetreu nachgebaut, wozu insbesondere auch die Tragflächen-, Wölbklappen-, Querruder- und LTW-Profile zählen.

Am Ende entstand ein recht massives Modell mit über 50 kg Gewicht. Solch ein Fluggerät darf auch in der Schweiz, wo Markus zu Hause ist, nicht ohne behördliche Genehmigung geflogen werden.

Eine interessante Frage war, ob die vor allem im Mittelteil des Flügels sehr dicken Originalprofile des Tragflügels auch im angestrebten Modellmaßstab stabile Strömungsverhältnisse und ausreichend Leistung liefern würden. Windkanalversuche verliefen äußerst vielversprechend, so dass dem Scale-Nachbau der SB 2 nichts mehr im Wege stand. Da die schweizer Zulassungsbehörden aber sehr gründlich sind, verlangten sie neben baulichen Unterlagen  von Markus auch eine Expertise bezüglich der Flugstabilität, besonders im Langsamflug, und eine nachvollziehbare flugmechanische Berechnung des zugehörigen Schwerpunktes. Da die schweizer Zulassungsbehörde mich als "Experten" anerkannten, bat mich Markus um Unterstützung.

Es soll hier nur verkürzt wiedergegeben werden, wie diese Aufgabe gelöst wurde. In einem ersten Schritt wurden anhand von alten Grafiken aus den 40er Jahren eine genügende Zahl von  Profilkoordinaten für die Hauptprofile des Innen- und des Außenflügels ermittelt und im DAT-Dateiformat gespeichert. Nach Übertragung dieser Daten in das Eppler PROFIL06- und auch ins XFoil-Analyseprogramm ließen sich die gewünschten Profilpolaren für den aerodynamisch relevanten Re-Bereich des  Modells erstellen.

Profile am SB 2 - Mittelflügel

Profil der Wölbklappe: Clark y  15%

Profile am SB 2 - Außenflügel

Profil des Querruders: NACA 0015

Auftriebs-Widerstandspolaren der Flächenprofile (XFOIL-Analyse)

Dem interessierten Leser möchte ich's überlassen, für die bekannten Wölbklappen- und Querruderprofile die entsprechenden Polaren selbst mittels XFoil- oder Eppler-PROFIL06 zu ermitteln.

Aus den Grafiken der Flächenprofile ersieht man, dass die Wölbklappen und Querruder relativ breit  gewählt wurden, um mit großen positiven Ausschlägen die angestrebten kurzen Start- und Landestrecken zu erreichen. Außerdem sind diese anders als bei Fowlerklappen deutlich unterhalb des Vorderflügels angeordnet.  Im Normalflugstellung ist deshalb nur mit einer geringen Düsenwirkung der Strömung zwischen Vorderflügel und Klappen, bzw. Querrudern  zu rechnen. Erst bei starker Auslenkung der Klappen und Ruder nach unten bildet sich ein so schmaler  Spalt, dass eine erhöhte Luftgeschwindigkeit zwischen Vorderflügel, Wölbklappen und Querrudern entsteht, die zu einer Erhöhung des Unterdrucks auf der Oberseite beim Vorderflügel führt und damit zu einer  Erhöhung des Auftriebs.

Die Behandlung der Tragfläche als Doppeldecker im Hinblick auf die Bestimmung von Flugstabilität und Schwerpunkt des Modells erwies sich als annähernd hinreichendes, einfaches Verfahren bei der Ermittlung  seiner Auftriebs-, Widerstands- und Momentenbeiwerte. Mittels der aerodynamischen Beiwerte von Vorderflügel,  Wölbklappen und Querrudern lassen sich somit die entsprechenden lokalen Beiwerte einer Doppeldeckerfläche  in Abhängigkeit der Anstellwinkel und Re-Zahlen berechnen. Damit kommt man schließlich zunächst auf den  Gesamtauftriebsbeiwert c_L und den Gesamtmomentenbeiwert c_Mo des Modells für geringste Sinkrate, woraus sich der Schwerpunkt bestimmen lässt. c_L liefert wiederum unter Berücksichtigung des Flächengewichtes (13,5 kg/m²) die Grundgeschwindigkeit des  Modells im langsamen Gleitflug (16 m/s). Diese Geschwindigkeit und die lokalen Flächentiefen liefern die zugehörige lokale Re-Zahl für den langsamen Gleitflug, mit deren Hilfe der zugehörige lokale Widerstandsbeiwert c_D bestimmt werden kann.

Es war zu erwaten, dass der voluminöse kastenförmige Rumpf je nach Anstellwinkel deutlich zum Auftrieb und zum Nickmoment beitragen würde.  Die Rechnungen ergaben insbesondere einen relativ hohen positiven Momentenbeiwert, der letztendlich dazu beitrug, dass der Schwerpunkt ziemlich weit vorne liegen musste.

Mittels meines Programms "FMFM, Flugmechanik für Flugmodelle" war es dann einfach, die Lage des Schwerpunktes und das zugehörige Maß s der statischen Flugstabilität zu berechnen.

Wie sich beim Erstflug schon zeigte, lieferte  der ermittelte Schwerpunkt angemessene Flugeigenschaften un Flugstabilität. Bei YouTube sind  einige Videos über das Modell zu finden.

Modell des ASH 31 - Segelflugzeugs (21 M) von Alexander Schleicher

Maßstab 1:2,2 mit 9,64 M Spannweite, 22-25 kg Gewicht

© Fotos: Raineer Welzel und Stefan von Malotky

Nach all den Reportagen und Bildern über die Entstehung dieses Modells, siehe weiter unten auf dieser Seite, kann ich nun endlich berichten, dass es am 13. Juni dieses Jahres zum ersten Mal auf dem Modellflugplatz Wey zum Airborne kam. Leider konnte ich mich selbst erst am Wochenende drauf an der Ästhetik, der perfekten Qualität und den vorzüglichen Leistungen des Modells erfreuen. Mein guter Freund und "Geselle" Willi Helpenstein (HKM) hat wieder mal ein perfektes Meisterwerk abgeliefert, dem die Freunde der Großsegelflugmodelle größten Respekt zollen werden! Die Nachfrage nach diesem Modell dürfte sicher bald groß sein,

.Meine persönliche Freude ist, dass mir mit dieser  ASH 31 -Konstruktion ein Segelmodell mit großem dynamischen Leistungsumfang, vom Kreisen in der Thermik bis zum schnellen Gleiten, gelungen ist. Wenn fast 50.000,- €  für die Formen aufgebracht werden und wenn man all die hunderte Arbeitsstunden von Willi und seinen guten Freunden rechnet, um solch ein Projekt zu realisieren, dann zittert man als Designer ganz schön, bis  der Erstflug endlich zeigt, dass alles richtig war.

Vorrangig gebührt unser besonderer Dank Herrn Münch vom Alexander Schleicher Segelflugzeugbau, der mir bereitwillig alle nötigen Konstruktionspläne zur Verfügung stellte und dazu noch extra handgefertigte Skizzen, wie z.B. vom Flächen-Rumpf-Übergang sowie auch noch erläuternde Fotos, die es ermöglichten, ein absolut maßstabgetreues Modell zu entwerfen.

Da das Meiste über das Modell auf der Homepage von HKM-Flugzeugbau zu finden ist, sollen hier nur noch einige technische, aerodynamische und flugmechanische Besonderheiten des Modells angesprochen werden:

1.  Für das Modell wurde der Maßstab 1:2,2 zum Original gewählt. Aufgrund der Erfahrungen mit der  Bauweise der HKM-ASW 28 im Maßstab 1:2,5 konnte abgeschätzt werden, dass man bei diesem Maßstab mit integriertem Elektroantrieb gerade noch innerhalb der in Deutschland geltenden 25 Kg-Gewichtsgrenze bliebe und dass man andererseits für den gewählten Profilstrak noch genügend Flächengewicht hätte, um dynamisch fliegen zu können. (Im Maßstab 1:2 wäre es sicher ein "Schweberich" ohne Dynamik geworden!)

2.  Für die Tragfläche wurde ein Profilstrak gewählt, der bis zum vorletzten Flächentrapez aus  HQ/DS-Profilen mit 2,25 % Wölbung sowie für die notwendigen lokalen Biegesteifigkeiten und Re-Zahlen mit angepassten Dicken (im Durchschnitt 13 %) besteht. Im vorletzten  schmalen Trapez folgt ein Übergang auf das sehr strömungsstabile HQ/ACRO-2,25/13, das dann bis zur Wurzel der Winglets beibehalten wird, um Strömungsabrisse an den Flächenenden zu vermeiden. Für die Winglets wurde das Profil HQ/WINGLET-3/13 verwendet, das auch bei Querwind noch relativ günstige Strömungsverhältnisse liefert.

3.  Bei der Berechnung der Richtungs- und Längsstabilitäten des Modells kamen mir erhebliche Bedenken, ob die Größen von Höhen- und Seitenleitwerk wie beim Original auch beim Modell ausreichen würden. Meine flugmechanischen Berechnungen zeigten, dass bei der 21 M-Version der ASH 31 die Größe des HLWs bei unserem Modell gerade mal eine statische Flugstabilität wie bei einem F3B-Modell liefern würde. Bei einem  Modell mit fast 10 M Spannweite erwartetet man aber ruhiges Kreisen und Gleiten  besonders auch im Langsamflug.  So ergab sich zwangsweise die Notwendigkeit einer adäquaten leichten Vergrößerung des HLWs in Tiefe und Spannweite, ohne dass der Gesamteindruck zum Original beeinträchtigt wurde.

 Zur Zeit der Konstruktion des Modells war die 21 M-Version der ASH 31 gerade bei Alexander Schleicher-Segelflugzeugbau in der Flugerprobung. In einem Gespräch mit Herrn Münch über meine Zweifel hinsichtlich der Größe und Wirkung des Seitenruders, gestand er mir ein, dass sich inzwischen die Seitenkraft des Seitenleitwerks bei der Version mit 21 M Spannweite hinsichtlich der hohen Massenträgheiten der großen Flächen und des größeren Roll-Wende-Momentes zum Gieren als zu gering erwiesen habe. Erst mit einer Vergrößerung des SLWs durch Erhöhung an der SLW-Wurzel habe sich eine befriedigende SLW-Wirkung eingestellt. In meiner Konstruktion für das Modell hatte ich eine solche Vergrößerung längst vorgesehen und, wie mir Willi schon nach den ersten Flügen berichtete, lässt  sich das Modell fast nur mit dem SLW wunderbar kreisen.

4.  Der Einfluss des Höhenleitwerks hinsichtlich der statischen und dynamischen Längsstabilität im Fluge wird wesentlich von seiner Größe und von seiner geometrischen Form bestimmt. Seine Effizienz hängt aber auch erheblich von der Dicke des Höhenleitwerkprofils ab. In verschiedenen Aufsätzen, Vorträgen und explizit in meinem neueren Buch "HQ-Profile für den Modellflug" habe ich darauf aufmerksam gemacht, dass ein symmetrisches HLW Profil mit 12 % Dicke, wie z.B. das HQ/ACRO-0/12, maximale Auf- und Abtriebsbeiwerte von c_l .+/- 1  erreicht bis die Strömung abreißt, während z.B. ein symmetrisches Profil mit nur 9 % Dicke nur auf halb so hohe c_l - Werte kommt. Dies macht sich besonders beim Nachziehen  im engen Kreisflug und beim Starten und Landen bemerkbar. Frage: Warum plumpsen so manche Modelle im langsamen Landeanflug plötzlich durch?  Gemäß der unter 3. angesprochenen HLW-Größe erreicht die Strömung mit dem HQ/ACRO-0/12 an den Enden des ASH 31-HLWs auch im langsamen Kreisflug mit Wölbklappeneinsatz noch Re-Zahlen über 100.000 und unkritische Strömungsverhältnisse. Man muss sich da schon sehr anstrengen, um einen Stall am HLW zu erzeugen.

5.  Der eine oder andere Pilot, der sein Modell mit einem HQ/DS-2,25/...-Profil ausrüsten möchte, wird sicher Fragen hinsichtlich der Einstellwinkeldifferenz und des Schwerpunktes haben. Mittels meines Programms "Flugmechanik für Flugmodelle" und der dynamischen Profilpolaren, die mit dem Epppler-PROGRAM06 ermittelt wurden, ergab  sich für einen dynamischen Flugzustand zwischen geringstem Sinken und optimalem Gleiten ohne Berücksichtigung der Wingletwirkung auf den Auftrieb eine EWD von 2,2° und eine Schwerpunktlage von 43 % der mittleren Flächentiefe. Mit diesen Einstellungen absolvierte Willi problemlos die ersten Testflüge. Die Laminardelle der Profilpolaren führt aber bei Re-Zahlen über 200.000  auf der Oberseite der Profilpolaren zu einer Abflachung mit schnellem Anstieg des Widerstandes. Wenn im langsamen Kreisflug nachgezogen wurde, vor allem mit positivem Auslenken der Wölbklappen, zeigte das Modell konsequenterweise einen leichten Leistungsabfall.. Eine Reduktion der EWD auf 1,5° und eine leichte Rückverlegung des Schwerpunktes lieferte eine deutliche Besserung ohne Leistungsabfall, weil das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand über einen relativ weiten Bereich der dynamischen Profilpolare nahezu konstant bleibt, allerdings steigt dadurch die Minimalgeschwindigkeit etwas an.

6.  Zu den technischen Besonderheiten dieses Modells gehört, dass es auf Wunsch auch mit integriertem Ausklapptriebwerk geliefert wird und dann ein extra hohes Fahrwerk bekommt, damit es beim Anrollen nicht mit der Rumpfnase nach unten kippt.

Fazit ist, dass dies ASH 31-Modell vorzügliche Leistungen mit hoher Dynamik liefert, statisch und dynamisch sehr stabil fliegt, wie man es von einem so großen Segelflugmodell erwartet, und sich durch besonders einfaches Handling und gutmütige Steuerfolgsamkeit auszeichnet.

Ich denke, ich habe nie ein besseres Modell konstruiert!

Willi mit seinem Meisterstück vor dem Erstflug

ASH 31 (21 M-Version) Scalemodell im Maßst. 1:2,2 - Fortschritte

Willi sandte mir dies Bild am 31.12.2016 mit der freudigen Ankündigung:

Willi hatte sich mit den 4 Wochen verschätzt, er hatte  wohl 4 Monate⁺ gemeint !!!

Jetzt haben wir April 2017!

Ob Willi das Modell bis zu seinem Großseglertreffen Mitte Juni/17 noch zum Fliegen bringt?

Für die ASH 31 wurde ein spezielles Fahrwerk entwickelt, das auch den Start mit Elektro-antrieb ohne "Kopfnicken" erlaubt und mi Bremse ausgerüstet wurde.

Am18. Juni 1935 erlebte der BP-3 Gleiter des russischen Flugzeugkonstrukteurs Professor Wictor Nikolaevich Belyaev (andere deutsche Schreibweise: Beljajew) seinen Erstflug - vermutlich in Islamabad. Der Erfolg des außergewöhnlichen zweisitzigen Segelflugzeugs war sehr hoch – 33 Einheiten sollen nach unbestätigten Informationen in Werkstätten in Islamabad gebaut worden sein. Das Flugzeug hatte kein übliches Leitwerk, möwnartig geschwungene Tragflügel und ein großes Rumpfteil für zwei Piloten. Für die Längssteuerung war am Ende der Flügelmitte ein eigenes Klappenruder vorgesehen, Rollen und Gieren geschah mittels Querrudern und Ruderklappen am doppelten Seitenleitwerk.

   Die wichtigsten technischen Daten:   Besatzung: 2 Personen, Spannweite 20 Meter, Gewicht 400 kg, Gleitzahl 33:1, l = 1:7

Markus Frey, schweizer Modellflieger und Mitglied der IG-Albatros in Müswangen, ist bekannt für seine ausgefallenen Oldtimer-Modelle in gigantischem Maßstab, so z.B. der "Austria Elefant" mit 15 Metern Spannweite , die jetzt im Wasserkuppe-Museum zu bewundern ist. Von seinen Freunden Frederic Fischer und Lili Grundbacher wurde er auf die Beljajew BP3 aufmerksam gemacht und beschloss auf deren Zureden im letzten Jahr das ungewöhnliche russische Segelflugzeug im Maßstab 1:2 mit 10 Metern Spannweite zu bauen.

Schon im März 2015 rief mich Markus an und und fragte, ob ich willens sei, die aerodynamische und die flugmechanische Auslegung des Modell zu übernehmen. Natürlich reizte es mich, meine diesbezüglichen Kenntnisse und Erfahrungen bei einem solch ungewöhnlichen Projekt einzubringen. Aber ein Nurflügelmodell dieser Art ist doch etwas anderes als ein "normaler" Segler, vor allem wenn die Dimensionen so gigantisch gewählt sind. Das Trauma, dass etwas beim Einfliegen des Modells schief gehen könnte, hat mich bis zu dem Tag verfolgt als Markus mir eine begeisterte Mail schrieb, dass das Modell stabil und leistungsmäßig perfekt fliege!

     Über die Entstehung des Modells hat Markus auf der Homepage der IG-Albatros ausführlich berichtet, siehe:

               http://www.ig-albatros.ch/index.php/bauberichte-und-projekte/scale-modelle/beljajew-bp-3

Wie man sich leicht vorstellen kann, stellte die aerodynamische  (Flugleistungen) und die flugmechanische (Flugstabilität)  Auslegung dieses Modells keine ganz leichte Aufgabe dar. Und ich musste mich schon wundern, als Markus mir diese Aufgabe mit voller Überzeugung in meine Kenntnisse anvertraute. Obwohl ich mir am Ende ziemlich sicher war, alles ganz richtig gemacht zu haben, blieben doch bis zum Tag des Erstflugs immer noch Zweifel.

Von eigenen Nurflügelmodellen wusste ich aus Erfahrung, dass das Maß s für eine solide Längsstabilität mindestens  > 5 %, besser 7 - 8 %, sein sollte, um bei einem solch teuren Riesenvogel keinerlei Risiko einzugehen. Flugmechanisch ausgedrückt, der Schwerpunktes musste mindestens um 5% der durchschnittlichen Tragflächentiefe vor dem Neutralpunkt des Modells liegen. Da aber das Maß der Längsstabilität andererseits auch das negative Verhältnis von Momentenbeiwert und  Auftriebsbeiwert des Modells ist, s = - C_Mo / C_L, musste das ganze Modell einen positiven Momentenbeiwert bekommen.

Als geeignetes druckpunktfestes Grundprofil mit genügend Auftriebsreserven, geringem Widerstand vom Nullauftrieb bis zum Auftrieb besten Gleitens und geringsten Sinkens sowie geringer Abrisstendenz im Langsamflug erwies sich das HQ/S-2,25/11. Da druckpunktfeste Profile im Prinzip kein nennenswertes Eigendrehmoment haben, wurden im Mittelteil des Modells  negative Wölbungen am hinteren Ende des Profils vorgenommen, die ein ausreichendes positives Drehmoment des gesamten Modells erzeugen sollten. Nach vielen Rechnungen zeigte sich, dass eine Wölbung von - 4° der hinteren 25 % des Profils  zwischen den Seitenleitwerken und ein Übergang von diesem gewölbten Profil vom Seitenleitwerk bis zum Grundprofil  an den Querrudern ausreichen müßte, wenn auch das HLW etwas negativ angestellt würde. Da die Fläche vorgepfeilt ist, wäre eine negative Schränkung nach außen kontraproduktiv gewesen, eine positive Schränkung, die das Drehmoment gesteigert hätte, hätte aber zu hohe Auftriebsbeiwerte am Flügelende verursacht und damit  eine hohe Stallgefahr dargestellt. Letztendlich ergab sich so  ein Gesamt-Momentenbeiwert von C_Mo = + 0,03.

Eine besondere Schwierigkeit an den Profilstrak stellten die großen Unterschiede der Flächentiefen zwischen der Wurzel und dem Flügelende dar. Hier kamen aber die gleicherma0ßen großen Re-Zahl-Unterschiede zwischen Wurzel- und Außenprofil zu Hilfe. Im Langsamflug, etwa 10 - 12 m/s, wird am Flächenende gerade mal eine Re-Zahl von Re ~ 80 000 erreicht, an der Flächenwurzel ist Re ~ 800 000. Die beiden Polaren-Grafiken (Drela X-Foil) zeigen, dass optimaler Gleitflug und geringste Sinkrate sowohl für das ungewölbte Profil am Außenflügel als auch für das negativ gewölbte Profil an der Flächenwurzel etwa bei Auftriebsbeiwerten von c_l = 0,7 - 0,9 erreicht werden. (Etwa gleiche Werte ergaben sich aus Analysen mit dem Eppler-PROFIL06-Programm.)

Aus der Berechnung der Auftriebsverteilung an der Fläche mittels des Vortex-Panel- Verfahrens in meinem FMFM-Programm ergab sich für den Flügel eine Auftriebseffizienz von a = 0,80. Bei der Wahl des durchschnittlichen Profilauftriebsbeiwertes c_l = 0,7 unter Einbeziehung des induzierten Widerstandes  für bestes Gleiten sollte demnach das Modell theoretisch etwa mit einem Gesamtauftriebsbeiwert von C_L = a · c_l  = 0,56 fliegen.

Anhand dieser Annahmen musste also der Schwerpunkt um

s = - C_Mo / C_L = - 0,03 / 0,56 ~ - 0,055 vor dem Neutralpunkt des Modells liegen, um die gewünschte Flugstabilität zu erreichen

Sollte das nicht ausreichen, bot sich noch die Möglichkeit, das HLW noch stärker negativ anzustellen und den Schwerpunkt entsprechend vorzuverlagern, um eine noch höhere Flugstabilität zu erzielen. Die Auftriebs-Widerstandspolaren zeigen, dass dafür noch viel Spielraum besteht. Letzteres hat Markus neuerdings auch so realisiert und ist mit seiner "Möwe" vollauf zufrieden.

HQ/S-2,25/11 - Koordinaten:

HQ-S-2,25-12.dat

ASH 31 (21 M-Version) Scalemodell im Maßst. 1:2,2 - Fortschritte

Gut Ding braucht Weile,

Negativformen des Rumpfes für die Produktion

Urform Haubenrahmen von oben und unten

Positive Formen für den Haubenrahmen

Der Archaeopterix wurde für die Kategorien manntragender Hängegleiter und  UL-Segeflug-zeuge von der Fa. Ruppert Composite GmbH in Wald/CH entwickelt.

Mehr dazu unter www.archaeopterix.ch

Wie das Bild links zeigt, ist es, wie die Schweizer sagen, "fußstartfähig", man kann mit ihm aber auch an der Winde und im F-Schlepp starten.

Die wichtigsten Flugzeugdaten sind:

Spannweite                          13,6 m

Flügelfläche                          12,8 m²

Länge                                  5,7 m

Höhe                                   2,9 m

Die Dimensionen dieses einzigartigen Fluggerätes, seine filigrane, ästhetische Bauweise und die besonderen aerodynamischen Eigenschaften für ausgedehnte Hang- und Thermikflüge sind einem Modellflieger, der vor allem am gemütlichem Thermikfliegen und am Selbstbau von Flugmodellen seine Freude hat, die ideale Vorlage für ein leistungsfähiges Scalemodell.

Der Schweizer Markus Rohr jedenfalls, ein begnadeter Modellbauer, fand großen Gefallen an dem Segler und baute ihn im Maßstab 1:2,25 in allen Details absolut originalgetreu nach. Für die Tragfläche verwendete er das Profil HQ/W-3/12 des Autors.

Anfänglich war Markus nicht ganz mit Leistung und Flugeigenschaften zufrieden. Eine Nachberechnung der Schwerpunktlage meinerseits mittels meines FMFM-Programms deutete an, dass der Schwerpunkt des Modells wohl etwas zu weit hin lag. Nach einer Schwerpunktkorrektur zeigte das Modell dann die erwünschten Leistungen, ausgezeichnete Flugstabilität und gutartige Ruderfolgsamkeit.

Nach Markus´ technischen Angaben baute auch Jürgen Schauer aus Österreich einen eben so perfekten, exakt gleichen Archaeopterix.

Anlässlich eines Großseglertreffens im September in Hinwil/CH  hatte ich Gelegenheit zu erleben, dass beide Modelle mit einem Flächengewicht von etwa 65 g/dm² unglaubliche Thermikeigenschaften entwickelten und nahezu auf dem Handteller manövriert werden konnten.

Es bleibt zu wünschen, dass sich noch mehr Liebhaber für einen Nachbau dieses wunderschönen Segelflugzeuges finden mögen.

© Fotos: Helmut Quabeck