Induzierten Widerstand

[Alshouli]

Hallo zusammen 

 

ich schreibe gerade meine Bachelor Arbeit und muss dabei den Einfluss verschiedene Winglet auf den induzierten Widerstand berechnen 

 

Winglet beeinflussen den induzierten Widerstandsbeiwert (Cwi) , bzw die Streckung , die Streckung ist ja die Spannweite durch mittlere Tragflügel-Tiefe , Durch Winglet wird die Spannweite erhöht und somit sollte die neue Spannweite ausgerechnet werden .

 

meine Frage wäre wie soll dies in der Berechnung betrachtet werden ? Bzw wie soll dabei die verschiedene Winglets gezogen ?

 

ich betrachte dabei wingtip fence , Raked Wingtip und blended Winglet

[Lubeja]

 

Am 27.2.2024 um 23:39 schrieb Alshouli:

Hallo zusammen 

 

ich schreibe gerade meine Bachelor Arbeit und muss dabei den Einfluss verschiedene Winglet auf den induzierten Widerstand berechnen 

 

Winglet beeinflussen den induzierten Widerstandsbeiwert (Cwi) , bzw die Streckung , die Streckung ist ja die Spannweite durch mittlere Tragflügel-Tiefe , Durch Winglet wird die Spannweite erhöht und somit sollte die neue Spannweite ausgerechnet werden .

 

meine Frage wäre wie soll dies in der Berechnung betrachtet werden ? Bzw wie soll dabei die verschiedene Winglets gezogen ?

 

ich betrachte dabei wingtip fence , Raked Wingtip und blended Winglet

 

Hallo grosser Unbekannter

 

Da sich sonst niemand gemeldet hat, scheint die Thematik ein bisschen komplexer zu sein, als es den Anschein hat. Und nein, auch ich kann da im Detail nicht weiterhelfen, meine Kenntnisse zur Aerdodynamik beschränken sich auch primär auf das, was man bei der Pilotenausbildung lernt. Von daher sind meine Ausführung nicht nur mit einer Prise Salz zu nehmen - ich würde gründlich würzen und abschmecken

 

Tatsächlich ist die Sache hochkomplex - nicht umsonst sind Winglets erst aufgekommen, als man mit Computern mathematische Strömungsmodelle berechnen konnte. Ein Winglet kann man ja stark vereinfacht als "Dichtleiste" betrachten: der Druck unter dem Flügel ist höher als darüber, die Luft möchte um die Flügelspitze herum nach oben strömen. Im Verbund mit der Vorwärtsbewegung ergibt sich daraus der Randwirbel. Gibt es keine die Tragfläche abschliessenden Elemente, stört der entstehende Randwirbel die Auftriebserzeugung im äusseren Bereich der Tragfläche. Sprich, die zur Auftriebserzeugung zur Verfügung stehende Fläche ist kleiner als die tatsächliche Flügelfläche - grob geht etwa so viel Spannweite "verloren" wie der Flügel an der Spitze tief ist (ergo: ein eliptischer oder trapezförmiger Flügel ist von Haus aus besser, als ein rechteckiger).

 

Ein wie immer geartetes "wing tip device" soll nun die Strömung so beeinflussen, dass die störende Wirbelentstehung nicht im Bereich der tragenden Fläche passiert. Dadurch wird die tatsächlich tragende Fläche erhöht. Bei gegebener Masse reduziert sich dadurch die lokale Flächenbelastung, man kann bei gleichbleibender Geschwindigkeit mit einem kleineren AOA fliegen = kleinerer induzierter Widerstand. Prinzipiell tut dies schon ein klassischer Randbogen, einfach längst nicht in dem Ausmass, wie es ein voll ausgebildetes Winglet tut. Auch ein Küchemann-Wingtip (HS-121 Trident) oder sog. Henschel-Ohren (Heinkel He 162) haben einen ähnlichen Effekt.

 

Ein Winglet macht also nichts anders, als die Entstehung des Randwirbels unter, hinter oder über die Tragflächenspitze zu verlegen, hinter+über hat sich dabei als die praktikabelste Variante herausgestellt. Die verschiedenen Formen und Ausführungen sind dabei bloss verschiedene Anworten auf die gleiche Frage. Es wäre z.B. aerodynamisch besser, wenn das Winglet nach unten zeigen würden, was aber speziell beim Landen eher unpraktisch ist. Ein Wingtip Fence oder auch ein Split Scimitar versuchen dies mit einem Kompromiss zu adressieren, allerdings sind solche Konstruktionen mit mehreren Abrisswirbeln natürlich komplexer, als ein "single tip"-Winglet. Ein Raked Wingtip hingegen spart nicht an zusätzlicher Spannweite, bringt aber im Zweifelsfall mehr und vor allem über einen breiteren Gschwindigkeitbereich (siehe Embraer E2-Serie, wo man noch "Luft" hatte, bis zum erreichen des 36m Gate-Limits). Und unter dem Strich sollte das Winglet natürlich seinen Job mit möglichst wenig Aufwand machen, also möglicht leicht&klein sein. Jedes Design ist also ein Kompromiss zwischen Gewicht, parasitärem Widerstand und der Effektivität. Eine 100%-Recovery der "verlorenen" Flügelfläche ist dabei mit senkrecht stehenden Winglets in keinem Fall möglich.

 

Du siehst worauf ich hinaus will: die tatsächliche "neue" Spannweite zu berechnen ist ohne komplexe CFD-Berechnungen praktisch unmöglich, insbesondere, wenn es um komplexe Wirbelsysteme wie bei Wingtip Fence oder Split Scimitar geht. Bzw. dürften das nicht zuletzt gut gehütete Betriebsgeheimnisse der jeweiligen Hersteller sein. Mann kann nicht einfach sagen "nimm die Höhe des Winglets, ziehe 20% ab und rechne das zur Spannweite hinzu". Daher muss ich auch noch die Frage stellen: welche Möglichkeiten hast du dazu? Hast du Zugriff auf enstprechende Hard- und Software?

 

Zu guter Letzt: "Ein Winglet ist das Eingeständnis, einen schlechten Flügel konstruiert zu haben" - Zitat von Klaus Hollighaus, deutscher Segelflugzeugkonstrukteur und -pilot, 1940-1994

[Dierk]

Interessant.

 

A Review on Wingtip Devices for Reducing Induced Drag on Fixed-Wing Drones

 

Zitat

Raked tip:  Boeing 787-8, Boeing 777-200

Reduces drag by 5.5%, improves fuel efficiency, high aspect ratio to diminish tip vortices

 

Zitat

Wingtip fence: Airbus A320, A380, Antonov An-148

Improves fuel efficiency, reduces tip vortices 

 

 

 

Am 27.2.2024 um 23:39 schrieb Alshouli:

Hallo zusammen 

 

ich schreibe gerade meine Bachelor Arbeit und muss dabei den Einfluss verschiedene Winglet auf den induzierten Widerstand berechnen 

 

Winglet beeinflussen den induzierten Widerstandsbeiwert (Cwi) , bzw die Streckung , die Streckung ist ja die Spannweite durch mittlere Tragflügel-Tiefe , Durch Winglet wird die Spannweite erhöht und somit sollte die neue Spannweite ausgerechnet werden .

 

meine Frage wäre wie soll dies in der Berechnung betrachtet werden ? Bzw wie soll dabei die verschiedene Winglets gezogen ?

 

ich betrachte dabei wingtip fence , Raked Wingtip und blended Winglet

 

die neue Spannweite? Damit ist wohl die Spannweite eines Flügels ohne Winglet gemeint, die dem induzierten Widerstand des Flügels mit dem Winglet/Wingtip entsprechen würde, wenn :

 

1. Flügel + wingtip fence 

2. Flügel + raked wingip

3. Flügel + blended Winglet

 

d.h. es müssten für diese drei Fälle jeweils mehrere Designvarianten entworfen werden, die dann alle einer CFD Analyse unterzogen werden, wo man dann den neuen Widerstandskoeffizienten als Ergebnis bekommt. Wobei, wenn es um Kraftstoffeinsparungen geht, man besser den gesamthaft resultierenden Widerstand nimmt (induziert + parasitär), denn was bringt ein viel kleinerer induzierter Drag wenn das Winglet parasitär wird:

 

 

Rechnerisch kann der Ausgangs-Flügel ohne Winglets bzw. Wingtip in der Spannweite soweit verlängert werden, bis dessen berechneter Widerstand dem Ergebnis aus der CFD Analyse dieses Flügels mit Winglet bzw. raked Wingtip entspricht. Damit bekommt man den die prozentuale Erhöhung der (virtuellen) Spannweite welche das Winglet bzw. der Wintip bringt, ohne dass der Flügel tatsächlich so breit wäre. Das war der Kern der Frage, oder?

 

siehe z.B. Tabelle 1 mit den Ergebnissen für den induzierten Widerstand, resultierend aus der CFD Analyse: Analysis on Reducing the Induced Drag Using the Winglet at the Wingtip

 

Bearbeitet 21. März von Dierk

[Dierk]

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