Ik heb de ontwerper van de kit al eens gevraagd naar het juiste instelhoekverschil, en kreeg alleen als antwoord: als je hem bouwt zoals op de tekening is het goed. Dat is me te vaag. Ik wil dus eens uit gaan rekenen wat het 'juiste' instelhoekverschil is voor dit model (als
het juiste instelhoekverschil bestaat....). Hiervoor wil ik XFLR5 gaan gebruiken, waar ik nog nauwelijks ervaring mee heb. Maar ik heb enige hulp van Dirk Schipper.
Ik neem jullie eens mee op avontuur, zal laten zien welke berekeningen ik maak en welke aannames ik doe.
De ontwerper geeft op dat zijn model net boven de 6 kg weegt. Ik maak meer schaaldetails op mijn model, dus niet alles kan helemaal voorin gestopt worden. Verder gebruik ik iets zwaardere bespanning. Laat ik uitgaan van een vlieggewicht van 7 kg. Het oppervlak van de vleugel is 108 dm2. De vleugelbelasting komt hiermee uit op 65 g/dm2 (oppervlakte stabilo reken ik niet mee, oppervlak romp tussen de vleugelhelften wel).
Voor de vleugel is een HQ3,0/15 profiel gebruikt. De buitenste 90 cm van de spanwijdte heeft een tipverdraaiing van ca -2,5 graad. Mogelijk is er enig profielverloop aangebracht, maar daarvan heb ik geen gegevens.
Allereerst ben ik benieuwd naar de grafiek CL-CD van dit profiel. Hier zie je vaak al eea aan.
Ik zie dat het profiel bij hele lage Reynolds getallen matig presteert, pas boven de 150.000 gaat het profiel zich enigszins fatsoenlijk gedragen. Verder presteert het profiel goed bij hoge CL waardes en relatief minder goed bij lage CL waardes. Dit zegt mij dat ik niet te snel zal moeten vliegen met dit profiel, anders gaan de prestaties in de kelder.
Uit de grafiek CL-alpha komt dat het profiel een CLmax heeft van ca 1,35.
Dit is een 2-dimensionale waarde. De totale vleugel heeft altijd een lagere CLmax, enerzijds door de tipverdraaiing, anderzijds door de eindigheid van de vleugel. Ik gok de CLmax van de hele vleugel op 1,2. Hier kan je dan een snelheid aan hangen via de volgende formule:
Hieruit volgt een minimale vliegsnelheid van 9,4 m/s (34 km/h). De ontwerper zegt een minimum vliegsnelheid gemeten te hebben met GPS van 19 km/h. Dat lijkt me onwaarschijnlijk, ook met een lichter model zou dat niet haalbaar zijn. Ik vermoed dat wind een factor is geweest in deze metingen.
Het instelhoekverschil ga je optimaliseren voor één bepaalde vliegsnelheid. Bij die vliegsnelheid staat het hoogteroer dan in de neutrale stand. Maar welke vliegsnelheid neem je hiervoor?
Als ik de grafiek voorCL/CD tegen alpha bekijk zie ik dat het profiel de beste L/D verhouding heeft tussen 6 en 7 graden (afhankelijk van het Reynolds getal).
Bij de grafiek voor de power factor zie je ook een maximum tussen 6 en 7,5 graad. De exacte betekenis van de power factor is een beetje vaag, maar het heeft te maken met minimum dalen.
Bij een invalshoek van zo'n 6 graden lijkt dit profiel goed te presteren. Bij die invalshoek hoort een CL van 1,0 (zie grafiek CL-alpha hierboven). Deze waarde verbaast met niet, in de CL-CD grafiek had ik al gezien dat er een prestatiepiek zit rond CL=1,0.
In deze grafieken is echter de geinduceerde weerstand niet meegenomen, de berekeningen zijn voor een oneindige vleugel. CDi is hoog bij hoge CL, en laag bij een lage CL. De vorm van de CL-CD grafiek verandert als je CDi mee zou rekenen, en de max L/D en power factor komen bij een lagere CL te liggen. Daarbij komt ook nog eens het feit dat de CL van de totale vleugel kleiner is dan de lokale CL op een groot deel van de vleugel. Ik moet hier aannames maken. Ik ga uit van een vleugel-CL van 0,8 waarbij ik het instelhoekverschil ga optimaliseren. 0,8 is dus mijn ontwerp-CL. Hierbij hoort een snelheid van 11,5 m/s (41 km/h).
Als laatste kijk ik nog even naar een hoge-snelheidssituatie. Laat ik een minimale CL van 0,3 nemen, veel lager zal je echt niet gaan met een vliegtuig als dit en een profiel met 3% welving. CL=0,3 geeft een vliegsnelheid van 19 m/s (68 km/h).
Nu ben ik benieuwd naar de Reynoldsgetallen voor de vleugel in de verschillende situaties. Het Re getal is te berekenen met de volgende formule:
Re = 70.000 x koorde x snelheid
Koorde in meters, snelheid in m/s.
De wortelkoorde van de Ka-7 is 38 cm, de tipkoorde 16 cm. Hieruit volgen de volgende Reynolds getallen:
v = 9 m/s (min snelheid): tip = 100.800, wortel = 239.400
v = 11,5 m/s (ontwerpsnelheid): tip = 128.800, wortel = 305.900
v = 19 m/s (max snelheid): tip = 212.800, wortel = 505.400
Eerder had ik geconstateerd dat het HQ3,0/15 profiel niet geweldig presteert bij een Reynolds getal onder de 150.000. Het buitenste deel van de vleugel krijgt bij lagere snelheden wel te maken met zulke lage Re getallen. Het kan dus nuttig zijn een turbulator te plaatsen. Waar precies ga ik later nog wel uitzoeken. Als het vliegtuig een tandje zwaarder wordt zal dat in ieder geval niet al te nadelig zijn voor de zweefprestaties (zwaarder = sneller = hoger Re getal).
Nu zal ik me moeten gaan verdiepen in XFLR5 om te zien of ik daar iets nuttigs uit kan halen. Ik hou jullie op de hoogte.
)
. Laat maar hangen.
