aerodesign Profilkatalog

HS-Profile

Profilname	f [%]	d [%]	cm0 [-]	a0 [°]	FAI	Einsatzbereich
HS-0001	2.68	9.77	-0.0739	-2.87		Pfeil-NF, Thermikflug, Wurzelprofil
HS-0002	-2.14	9.35	0.1072	3.33		Pfeil-NF, Thermikflug, Außenprofil
HS-0003	3.00	9.00	-0.0003	-1.20		Pfeil-NF, Thermikflug, Hangflug, HS 3.0/9.0
HS-0004	3.40	12.12	0.0010	-1.42		Pfeil-NF, Thermikflug, Großsegler, HS 3.4/12.0
HS-0005	2.46	8.89	0.0321	-0.01		Brett-NF, Hangflug, Elektroflug
HS-0006	1.04	6.50	0.0014	-0.52		Brett-NF, Speedflug, Hangflug
HS-0007	1.14	8.00	0.0004	-0.46		Brett-NF, Hangflug, Speedflug
HS-0008	1.99	7.99	0.0125	-0.41		Brett-NF, Allround, HS-2.0/8.0
HS-0009	2.93	8.00	-0.0038	-1.29	F3K	Pfeil-NF, HS-3.0/8.0
HS-0015	3.86	9.15	-0.0784	-3.73		Normal, Thermikflug
HS-0016	3.87	9.18	-0.0784	-3.66		Normal, Thermikflug
HS-0037	2.60	11.05	-0.0009	-1.06		Pfeil-NF, Thermikflug, Nurflügel, EPP
HS-0071	1.66	9.92	-0.0047	-0.82		Pfeil-NF, EPP-Combat, Sipkill 1.7/10B
HS-0117	2.58	8.65	0.0254	-0.31		Brett-NF, Thermikflug, Elektroflug
HS-0120	2.92	9.85	0.0229	-0.36		Brett-NF, Thermikflug, Elektroflug
HS-0130	1.62	9.65	0.0162	-0.17	F3F	Brett-NF, Hangflug, Speedflug
HS-0132	2.12	8.98	0.0126	-0.45		Brett-NF, Allround, Hangflug
HS-0144	2.15	8.03	0.0259	-0.08	F3F	Brett-NF, Allround, Hangflug
HS-0145	1.88	8.36	0.0175	-0.24	F3F	Brett-NF, Allround, Hangflug, Elektroflug
HS-0147	1.42	7.98	0.0102	-0.30	F3F	Brett-NF, Hangflug, Speedflug, Elektroflug
HS-0160	2.47	12.46	0.0546	0.62		Brett-NF, Thermikflug, Hangflug
HS-0164	2.23	12.55	0.0287	-0.08		Brett-NF, Allround, Hangflug
HS-0190	2.73	8.07	0.0277	-0.27	F3B	Brett-NF, Thermikflug, Elektroflug
HS-0520	2.10	8.82	0.0049	-0.73	F5D	Pfeil-NF, Brett-NF, Hangflug, Speedflug
HS-0522	2.00	8.67	-0.0042	-0.91	F5D	Pfeil-NF, Pylon, Hangflug, Speedflug
HS-0525	1.69	7.51	-0.0034	-0.77	F5D	Pfeil-NF, Pylon, Hangflug, Speedflug
HS-0526	1.62	7.75	-0.0128	-1.02	F5D	Pfeil-NF, Pylon, Hangflug, Speedflug
HS-0533	1.94	9.06	-0.0122	-0.94	F5D	Pfeil-NF, Normal, Pylon, Speedflug
HS-0537	1.68	7.82	-0.0270	-1.33	F5D	Normal, Pfeil-NF, Pylon, Speedflug
HS-0606	2.49	8.82	-0.0876	-3.24	F3J	Normal, Thermikflug
HS-0824	2.20	8.79	-0.0621	-2.71	F3B	Normal, Pfeil-NF, Allround, Wurzelprofil
HS-0825	1.89	7.33	-0.0487	-2.09	F3B	Normal, Pfeil-NF, Allround, Wölbklappenprofil
HS-0826	2.11	8.00	-0.0464	-2.15	F3B	Normal, Pfeil-NF, Allround, Wölbklappenprofil
HS-0827	2.40	8.99	-0.0498	-2.38	F3B	Pfeil-NF, Allround, Außenprofil
HS-0904	2.04	10.18	0.0047	-0.68		Nurflügel, Allround, Wurzelprofil

Legende
cm₀    : Nullmomentenbeiwert nach reibungsfreier Potentialtheorie, Skelettlinienverfahren
a₀       : Nullauftriebswinkel nach reibungsfreier Potentialtheorie, Skelettlinienverfahren
FAI    : Modellsportklasse FAI-CIAM
  : Neue Veröffentlichung

 

Editorial

Dieser Teil vom aerodesign Profilkatalog beschreibt meine eigenen Profilentwicklungen. Meine Profile habe ich inzwischen in ein eindeutiges Nummernsystem überführt, das mit dem HS-1 im Jahr 1988 beginnt. Die ersten von mir publizierten Profile sind in der FMT 7/92 zu finden, das sind die Profile HS 3,0/9,0 (neu: HS-3) und HS 3,4/12,0 (neu: HS-4), die ich nun in meiner Entwicklungsreihe am Anfang eingereiht habe. Die führenden Nullen vor der ID in der Tabelle und bei den Dateinamen habe ich nur zur ordentlichen Sortierung im Computer und Datenbanksystem eingeführt, sie haben keine inhaltliche Bedeutung.

Die ältesten Profile habe ich noch mit Bleistift und Kurvenlineal auf DIN A4 Millimeterpapier oder DIN A1 Papierbögen gezeichnet. Mit Hilfe der Skelettlinientheorie, einer Tabelle mit Birnbaum Koeffizienten und Casio Taschenrechner habe ich diese Profile per Hand berechnet. Werke aus dieser Frühphase liegen nun nachträglich geglättet vor, ebenso einige der mit Computer generierten Profile mit wenigen Koordinaten. Zur Unterscheidung gibt es in solchen Fällen zwei Koordinatenlisten. Die nicht bearbeiteten Koordinatenlisten können über den Button »Original« heruntergeladen werden, damit diese numerischen Änderungen nachvollziehbar sind. Die aktuelleren Profile sind mit X-Foil, MSES, Eppler-Code und ANSYS Fluent entworfen oder nachgerechnet.

Meine Profile dürfen privat, im Vereinsrahmen, kleingewerblich und selbstverständlich wissenschaftlich unter Angabe meines Namens und der Quelle »www.aerodesign.de« genehmigungsfrei genutzt werden. Großserien oder industrielle Anwendungen erfordern eine schriftliche Nutzungsvereinbarung. Das Recht auf Weiterverbreitung durch Dritte ist aufgrund von Verlagsrechten zum Teil eingeschränkt, also solltet ihr aus Eigeninteresse Inhalte dieser Seite nicht kopieren, sondern nur auszugsweise zitieren.

Im Vordergrund dieser ersten Ausgabe stehen die von mir bei meinen Konstruktionen verwendeten Profile. Hierzu habe ich in meinem Archiv aus Aktenordnern und Konstruktionszeichnungen von 1988 bis heute recherchiert, um die Profile für diesen Artikel in hoher Qualität digital aufzubereiten. Die Profile hier beschreiben meine Wege, die ich in den letzten 27 Jahren im Profilentwurf und Flugversuch begangen habe, darunter ist auch mancher nie realisierte Prototyp. Es ist kein abgeschlossenes Gesamtwerk, welches man mit dem Titel "My Way" nach Frank Sinatra beschreiben könnte, es treffen vielmehr die Textzeilen von Heinz Rudolf Kunze zu: "Ich geh meine eigenen Wege, ein Ende ist nicht abzusehen. Eigene Wege sind schwer zu beschreiben, sie entstehen ja erst beim Gehen."

Hartmut Siegmann
Zorneding, 01. September 2015

 

Profilbeschreibungen

Das hier ist mein erstes selbst entworfenes Profil aus dem Jahr 1988, das ich an meinem »Weißen Pfeil« als Wurzelprofil eingesetzt habe, einem gepfeilten Schwanzlosen mit Winglets. Dieses Profil habe ich mit Geodreieck und Kurvenlineal auf einem DIN A4 Blatt gezeichnet. Skelettlinien und Profiltropfen kannte ich damals nicht, auch die Skelettlinientheorie war mir noch unbekannt.

Damals habe ich direkt die Profilzeichnung als Schablone für den Rippenblock verwendet, daher gab es bisher auch keine Koordinaten von diesem Profil und demzufolge auch keine »Original Koordinaten» zum Download. Die Zeichnungen habe ich aufgehoben und nachträglich digitalisiert, daher auch die geometrisch äquidistante Abszisse und die numerische Glattheit der Ordinaten. Diese hohe Qualität der Koordinaten wäre von Hand nicht so einfach möglich gewesen, aber dank digitaler Computertechnik ist das heutzutage kein Problem.

Interessant ist, dass rein aus dem Bauchgefühl heraus gar kein schlechtes Profil für den Innenflügel entstanden ist. Jedenfalls eines, das trotz einer Dicke von 9,7% keine Probleme mit der kritischen Re-Zahl aufweist! Das Profil ist als Wölbklappenprofil eingesetzt gewesen und ich bin rückblickend überrascht, wie gut das Design diese Anforderung erfüllt, obwohl es rein aus dem Bauch heraus mit Kurvenlineal und Bleistift entstanden ist. Im Endeffekt zeigt so ein Entwurf, dass man keineswegs nur mit Computer und High-End Methoden Profile entwerfen kann, es darf auch Mal ein Schmierzettel auf dem Küchentisch sein.

Geflogen ist der Pfeil damals recht unproblematisch und hatte vor allem recht gute Thermikflugleistungen. Aufgrund mangelnder Erfahrung konnte ich einige Kleinigkeiten bei den Flugeigenschaften nicht aussortieren, daher habe ich gleich das nächste Modell gebaut. Aus heutiger Sicht wären nur geringe Anpassungen der Winglets und am Rumpf erforderlich gewesen, aber dazu muss man wissen, was zu ändern ist und damals fehlte mir einfach die Erfahrung. Der »Weiße Pfeil« mit dem HS-1 als Innenprofil existiert heute noch und liegt wie so vieles andere auf dem Dachboden.

Fazit: Mein Erstlingswerk aus dem Jahr 1988.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-1 (NPH1i), Privat-Archiv, Isernhagen, 1988
• Siegmann, Hartmut: "AE-2 Weißer Pfeil", Konstruktionszeichnung, Privat-Archiv, Isernhagen, 1988

 

Das hier ist mein zweites selbst entworfenes Profil aus dem Jahr 1988, das ich an meinem »Weißen Pfeil« als Außenprofil eingesetzt habe. Dieses Profil habe ich ebenfalls mit Geodreieck und Kurvenlineal auf einem DIN A4 Blatt gezeichnet - und es sieht aus heutiger Sicht ungewohnt aus. Dieser Profilentwurf war motiviert von erfolgreichen Testflügen mit Balsagleitern, bei denen die altbekannte Variante Profil kopfüber wirklich exzellent funktioniert hat. In einem alten Modellflug Buch aus den 60ern hatte ich Zeichnungen von Profilen an Freiflug Pfeilnurflügeln gefunden, die ebenfalls deutlich nach oben geschwungen waren, woran sich das HS-2 orientiert. Diese Kombination funktioniert im Freiflug sehr gut, beim ferngesteuerten Modellflug jedoch gibt es oftmals Probleme bei der Steuerbarkeit und im Überziehverhalten.

Erstaunlicherweise ist der »Weiße Pfeil« trotz des Außenprofils HS-2 gut geflogen. Sogar den Hochstart am Gummiseil habe ich getestet, ohne dass ich dabei einen »Propeller« hatte. Die Winglets waren etwas zu groß, eigentlich hätte der »Weiße Pfeil« keinen einzigen Hochstart überleben dürfen. Aber ganz im Gegenteil, es hat funktioniert. Möglicherweise hat der Strake vorne an den 4mm Brettchen Winglets Schlimmeres verhindert. Dieses Fallbeispiel zeigt, dass bei der Theorie am gepfeilten Nurflügel das letzte Wort keineswegs gesprochen und geschrieben ist. Denn es gibt eine alte wichtige Regel: Der Flugversuch hat (fast) immer Recht: Die Dronte lebt - und fliegt!

Bei den Widerstandspolaren ist die geänderte ca-Skalierung zu beachten, die von den anderen Polaren abweicht. Durch das stark positive Moment im Außenflügel wird das negative Nickmoment vom Innenflügel kompensiert. Offensichtlich reicht der maximale Auftriebsbeiwert des HS-2 von ca=+0,7 bei diesem Profilstrak aus, weil das Innenprofil HS-1 und das Außenprofil HS-2 im mittleren Auftriebsbereich Re-Zahl unempfindlich sind. Die Widerstandspolaren bitte genau bis ca=0,5 ansehen: Hier hatte ich offensichtlich mehr Glück, als Verstand, dass beide Profile bei Re=100.000 oberhalb vom Nullauftrieb keine Anzeichen von laminaren Ablösungen aufweisen. Das erklärt auch, warum dieser Pfeil gut flog und viele ähnlich konstruierte Pfeile mit leistungsfähigeren Profilen nicht. Ein Glückstreffer! Die Empfehlung kann daher nur wie folgt lauten: In Verbindung mit dem HS-1 funktioniert das HS-2 als Außenprofil.

Im Endeffekt kann man einen Pfeil so profilieren, aber ein solches Design sollte etwas dezenter aussehen, als dieser Profilstrak Marke »Eiche deutsch, dunkel furniert mit Beschlagsatz Linsenkopfschraube, brüniert«. Retro ist zwar »In«, aber das waren finsterste 80er Jahre! Heutzutage darf es auch »deutsche Eiche Massivholz Natur« sein. Wie das geht? Durch Interpolation von HS-1 und HS-2 könnte man sich einen solchen zeitgemäßen Strak berechnen, bei dem Zwischenprofile als Außen- und Innenprofil verwenden werden. Man muss nur die 100.000er Polare und die Umschlagslagen im Auge behalten, die dürfen nicht unterkritisch werden und dann weist ein solcher Pfeilnurflügel auch gute Flugeigenschaften auf.

Fazit: Des Erstlingswerks zweiter Teil ist mit Fragezeichen verbunden.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-2 (NPH1a), Privat-Archiv, Isernhagen, 1988
• Siegmann, Hartmut: "AE-2 Weißer Pfeil", Konstruktionszeichnung, Privat-Archiv, Isernhagen, 1988

 

Das Profil ist 1989 entstanden, indem ich eine von mir entwickelte Skelettline mit 3.0% Wölbung zeichnerisch mit dem NACA 0009 Profiltropfen kombiniert habe. Diese Skelettlinie habe ich mit Bleistift, Filzstift und Kurvenlineal und Birnbaum Koeffizienten iterativ entwickelt, dass der Nullmomentenbeiwert den Wert Null beträgt, also momentenneutral bzw. druckpunktfest ist. Der Original Entwurf ist eine Zeichnung auf A4 Papier mit einer Sehnenlänge von nur 20 cm. Aus diesem Grund sind die Profilkoordinaten, die ich 1992 publiziert habe, ziemlich wellig.

Für diese Neuveröffentlichung unter der neuen Benennung HS-3 habe ich die Originalzeichnung elektronisch eingescannt und in ordentlicher Qualität vektorisiert. Den Nasenbereich habe ich geringfügig modifiziert, um eine Unstetigkeit zu bereinigen, die numerische Relevanz hat. Aber ich habe selbstverständlich auch die ursprünglich publizierten Koordinaten sowie die Originalzeichnung zum Download bereitgestellt. So viel in aller Kürze zur Entwicklung vom HSNa 3/0009 über HS-3.0/9.0 zum HS-3, der hoffentlich endgültig letzten Version dieses Profils.

Die Widerstandspolaren zeigen, dass dieses Profil nicht unter Re=150.000 betrieben werden sollte, also sind mindestens 15 cm Profiltiefe erforderlich. Von dem Profil HS-3 habe ich auch ein Profil für Bretter abgeleitet, aber dieses HS-5 hat sich als ausgesprochen kritisch auf die Reynolds-Zahl erwiesen. Die Anlagen hierfür kann man bereits beim HS-3 erkennen, was am Übergang vom konstanten CP zu einem konkaven Druckanstiegsprofil liegt und zu einer leichten Reynolds-Zahl Empfindlichkeit führt.

Nun zum Einsatzbereich: Das Profil hat sich bei leichten gepfeilten Nurflügeln bis 20° Pfeilwinkel bewährt. Der Einsatz von Wölbklappen ist durchaus zu empfehlen. Bei positivem Klappenausschlag ist eine Verbesserung der Sinkleistung ebenso spürbar, wie bei negativem Ausschlag eine verbesserte Speedtrimmung des Tragflügels zu beobachten ist, bei der das untere Laminardelleneck nach unten verschoben wird. Lediglich die Streckenflugleistung ist im Vergleich zu modernen Profilen wie zum Beispiel dem HS-522 nicht so gut. Die Sinkleistung dagegen ist nach wie vor voll konkurrenzfähig und die Langsamflugeigenschaften sind unkritisch. Für einen Allround Pfeilnurflügel zum Spaßfliegen ist das HS-3 bei Normalbedingungen auch heute noch gut einsetzbar, vor allem aufgrund der Bauhöhe in den letzten 25% der Profiltiefe. Das ergibt ohne weitere Maßnahmen steife Ruderklappen. Die »Spariane« waren jahrelang durch Nachbauer weltweit auf allen fünf Kontinenten in der Luft, nur in der Antarktis ist noch keine gesichtet worden. Ein für mich damals wie heute überraschender Erfolg!

Diese Konzeption wurde im Endeffekt von den Zagi bzw. EPP Combat Modellen abgelöst, die robuster und noch einfacher zu bauen sind. Ein »Zagikiller« kann sich aber mit einer »Spariane« im Thermikflug und bei schwachen Bedingungen auch heute nicht messen, insofern liegt diese Domäne bis heute bei diesem Profil.

Fazit: Für Pfeilnurflügel von 1.5 bis 2m Spannweite im Thermik- und Hangflug gut geeignet.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil Entwurf HSNa 3/0009, Privat-Archiv, Original Profilzeichnung, Isernhagen, 1989
• Siegmann, Hartmut: Profil HS 3,0/9,0 Original Koordinaten, Konvertierung *.dat Format, Isernhagen, 1989
• Siegmann, Hartmut: Koordinaten HS 3,0/9,0 und HS 3,4/12,0, Einzelblatt, Ausdruck Excel 2.1 Datei, Privat-Archiv, Isernhagen, 1990
• Siegmann, Hartmut: "Billig"-Nurflügel???, Zeitschrift, Flug- und Modelltechnik 438-7/92, Seite 53-54, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden, 1992
• Siegmann, Hartmut: Profil HS 3,0/9,0 B, geglättete Koordinaten, Stuttgart, 2001
• Siegmann, Hartmut: Profil HS-0003, Neue Koordinaten von Originalzeichnung, Zorneding, 31.08.2015

 

Das Profil HS 3.4/12.0 war mein vierter Profilentwurf, daher ist es nun als HS-4 mit geglätteten Koordinaten eingereiht. Es handelt sich um einen klassischen geometrischen Profilentwurf nach der NACA Philosophie, bei dem auf eine druckpunktfeste Skelettlinie (Nickmomentenbeiwert cm=0) mit 3.4% Wölbung ein Profiltropfen NACA-0012 abgebildet wird. Aufgrund der Probleme bei der graphischen Aufbereitung der HS-3.0/9.0 Koordinaten habe ich dieses Profil mit Hilfe von dünnen Holzleisten auf Rollpapier mit einer Länge von 1.0 Meter entworfen. Dadurch sind die Koordinaten zwar merklich glatter, aber dennoch war für die Berechnungen mit X-Foil eine nachträgliche Glättung erforderlich.

Ausgangspunkt für die Idee dieses Profilentwurfs waren die sehr guten Erfahrungen im Thermikflug mit der »Cobra T« (Tragflächenbau Müller). Bei diesem Modell wurde das HQ-3.4/12 (=HQ-3.5/12) verwendet, wodurch man keine Wölbklappen benötigt. Entsprechend habe ich mir gedacht, dass ich genau ein derartiges Profil für große Pfeilnurflügel wie den »Albatros« haben möchte. Leitwerkler- und Nurflügelprofile unterscheiden sich in einem wesentlichen Punkt, dem Nullmomentenbeiwert. Während das HQ-3.5/12 einen negativen Nullmomentenbeiwert von cm0=-0.11 aufweist, ist das HS-3.4/12.0 mit einem minimal positiven Wert von cm0=+0.001 nach Skelettlinientheorie (Birnbaum) ausgestattet. Das hat in der Widerstandspolare natürlich Nachteile zur Folge, daher habe ich bei den Widerstandspolaren im letzten Plot den nicht ganz ernst gemeinten Vergleich zwischen Apfelsine und Pflaume berechnet. Aber nicht vergessen, dass ein Rumpf mit Höhenleitwerk weitaus mehr Widerstand aufweist, als diese vermeintlich große Differenz zugunsten des klassischen Profils in der Widerstandspolare, denn das Profil ist nur ein Bestandteil der Widerstandsbilanz.

Beim Großsegler »Albatros« mit 4.78m Spannweite waren die Sinkleistungen mit diesem Profil sehr gut. Mit der Casio Höhenmessuhr konnten wir wiederholt 0,4m/s geringstes Sinken messen, insofern ist das Profil in dieser Disziplin gar nicht schlecht. Vermutlich erfolgt bei geringen Reynolds-Zahlen eine leichte Schwingungsanregung des Flügels durch das Profil (vgl. EH-Problem), deshalb ist es aus meiner Sicht eingeschränkt empfehlenswert. Aufgrund der hohen Wölbung gibt es nur wenige erprobte vergleichbare Profile und insofern ist dieses Profil nicht so einfach ersetzbar.

Für kleinere Pfeilnurflügel mit 1.5 bis 2 m Spannweite ist das HS-3.4/12.0 weniger geeignet, aber auch hier gibt es Ausnahmen. Hierzu einige Praxisbeispiele aus der Flugerprobung mit der »Spariane Legende«: An der Wasserkuppe am Südhang ist bei schwachen Bedingungen dieses Profil wegen der niedrigen besten Gleitzahl am Kleinsegler einfach ungeeignet, weil das Hangprofil für ein derartiges Modell zu flach verläuft. Die Streckenflugleistung reicht nicht aus, um in die Aufwindzone vorzufliegen, ich landete immer auf dem Vorbau vom Hang. Modelle mit besserer Gleitleistung flogen derweil munter in der schwachen Aufwindzone weit vor dem Hang. Auf der Nordseeinsel Baltrum hingegen ist es bei Leichtwind in den eng begrenzten, dafür stärkeren Aufwindzonen gut einsetzbar, da hier nicht die Strecken-, sondern die Sinkflugleistung und Wendigkeit im Vordergrund steht. Bei starken Aufwinden in den Alpen am Dachstein hat sich die große Profildicke absolut bewährt, es gibt kein Flattern und auch sonst keine Probleme. Bei hoher Fluggeschwindigkeit passt alles, man ballert einfach durch die Gegend. Der Nullmomentenbeiwert liegt sehr nahe bei null, das Profil ist in der Praxis druckpunktfest: Egal wie schnell die »Spariane Legende« gerade fliegt, es gibt nur wenig zu trimmen und kein Unterschneiden.

Vom aerodynamischen Entwurf her ist das Profil hinsichtlich der besten Gleitzahl im Streckenflug im Übergang zum Schnellflug als veraltet anzusehen, die Widerstandsbilanz beeindruckt nicht wirklich. Wer ein Profil mit Nullmomentenbeiwert nahe Null für den Thermikflug sucht, sollte anstatt des HS-4 das modernere HS-37 verwenden. Für große gepfeilte Schwanzlose wie meinen Æ-09 »Albatros« wäre ein moderner Profilentwurf mit leicht negativem Nickmomentenbeiwert sicherlich leistungsfähiger, aber bei Nurflügeln ohne Seitenflächen ist man im Regelfall auf momentenneutrale Profile angewiesen.

Fazit:  Gutmütiges Profil für große Thermikflug Nurflügel mit guter Sinkleistung.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: "Billig"-Nurflügel???, Zeitschrift, Flug- und Modelltechnik 438-7/92, Seite 53-54, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden, 1992
• Siegmann, Hartmut: Æ 09 "Albatros", Konstruktion, Privat-Archiv, Isernhagen, 1991
• Siegmann, Hartmut: Æ 11 "Spariane Legende", Konstruktion, Privat-Archiv, Isernhagen, 1991
• Siegmann, Hartmut: Geglättete Koordinaten HS 3,4/12,0B, Stuttgart, 2001
• Siegmann, Hartmut: Original Koordinaten HS 3,4/12,0 (*.dat Format), Zorneding, 2015
• Siegmann, Hartmut: Original Koordinaten HS 3,4/12,0 (Plain Text), Isernhagen, 1990
• Siegmann, Hartmut: Koordinaten HS 3,0/9,0 und HS 3,4/12,0, Einzelblatt, Ausdruck Excel 2.1 Datei, Privat-Archiv, Isernhagen, 1990
• Quabeck, Helmut; Warncke, Ulrich: "HQ-Profile: für F3B, Thermik, Hang, Elektro- und Groß-Segler", Buchreihe, Modell-Technik-Berater MTB Nr. 7, 2. Auflage 1986, 71 Seiten, ISBN 3-88180-108-1, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden, 1983
• Siegmann, Hartmut: Koordinaten HQ-3,5/12 geglättet, Zorneding, 2015

 

Im Frühjahr 1990 hatte ich die Idee, ein leichtes Elektroflug Brett zu entwerfen. Es fehlte mal wieder ein geeignetes Profil, also hieß es selber schnitzen! Aufgrund der guten Erfahrungen mit dem HS-3.0/9.0 (HS-3) bei Pfeilnurflügeln habe ich daraus zeichnerisch mit Hilfe einer Modifikation der Profiloberseite und Endfahne das HS-5 abgeleitet. Die neue Skelettlinie habe ich mit Hilfe der Birnbaum-Koeffizienten in einem tabellarischen Verfahren nachgerechnet, dass diese einen positiven Momentenbeiwert aufweist. Der Eppler-Code stand mir damals noch nicht zur Verfügung.

Vom Profilentwurf existieren nur Bleistiftzeichnungen, die Tabelle der Skelettlinie mit den Birnbaum-Koeffizienten, die Rippenblockschablonen und der gebaute Tragflügel. Damals hatte ich aus Zeitgründen keinen kompletten Profilkoordinatensatz erstellt, sondern nur die geänderte Skelettlinie zur Überprüfung des Nullmomentenbeiwerts nachgerechnet. Die Werte stimmen bis auf 5% mit den potentialtheoretischen X-Foil Simulationsrechnungen überein, was zeigt, dass die Skelettlinientheorie eine feine Sache ist und im Vorentwurf bis heute ihre Berechtigung hat. Das Außenprofil war dasselbe, es entstand mit Hilfe der Verkleinerungsfunktion eines Kopierers - 30%. So einfach ging das damals!

Die hier angegebenen Koordinaten habe ich beim Umbau des Nachfolgeprojekts Æ-022 V1B zu V2 aus dem aufgetrennten Tragflügel rekonstruiert (2015). Das hat den Vorteil, dass es mit hoher Genauigkeit das tatsächlich erprobte Profil ist, ohne unbekannte Übertragungsfehler im Jahr 1990. An der neuen Tragflügelsteckung habe ich das Profil abgenommen, dann die neue Schablone exakt passend zum Tragflügel geschliffen. Diese Sperrholzschablone habe ich eingescannt, vektorisiert und mit X-Foil simuliert. Der Profilausdruck des neu erstellten Koordinatendatensatzes, der hier zum Download zur Verfügung steht, passt exakt auf den vorhandenen Tragflügel.

In der Flugerprobung des »Ghost Castle« mit Folienbespannung im Jahr 1991 fiel mir auf, dass das Profil ausgeprägte laminare Eigenschaften aufweist. Das konnte ich mir damals nicht so recht erklären, weil ich den Profiltropfen NACA-0009 verwendet hatte. Deswegen erhielt der Tragflügel beim Umbau zum Floater »Summerdream« 1993 eine Papierbespannung, um das Problem genauer einzugrenzen. Die weiteren Flugversuche 1998-2001 erfolgten teilweise mit Turbulatoren, im Jahr 2015 dann mit voller Belegung über die gesamte Spannweite. Auf der Profiloberseite liegt der 4mm breite Streifenband Turbulator bei 25-35% der lokalen Profiltiefe, auf der Profilunterseite bei 65-80%.

Wenn ich mir heute die Geschwindigkeitsverteilung des HS-5 ansehe, fällt mir selbstverständlich sofort der Laminarprofilentwurf auf, der gar nicht beabsichtigt war. Dieses ist ein Profil, das bis 30% Profiltiefe laminar umströmt wird und dann erfolgt der Hauptdruckanstieg. Dieses kann man im CP Plot und in der Widerstandspolare ohne Turbulatoren gut erkennen, im mittleren Anstellwinkelbereich gibt es eine laminare Ablösung bei Re-Zahlen von 100.000 mit entsprechendem Widerstandseinbruch. Das deckt sich sehr gut mit dem Befund aus dem Flugversuch: Wenn man aus dem Langsamflug beschleunigt, fällt das Brett zunächst gefühlt in ein Turboloch, um dann sprunghaft mit einer hervorragenden Gleitzahl davon zu sprinten! Dieses Verhalten ist den Leitwerklern zum Beispiel vom Eppler E-193 gut bekannt, das sich in dieser Hinsicht ähnlich verhält.

Das HS-5 ist ein gutes Beispiel dafür, wie sehr man heute von den modernen Entwurfsverfahren wie X-Foil und Eppler profitiert: Den Hauptdruckanstieg auf der Profiloberseite am Übergang zwischen Profilnase und Profilmitte konnte ich damals nicht berechnen, aber dieser verursacht im Langsamflug Probleme, wie die Flugerprobung des sehr leichten Bretts »Summerdream« gezeigt hat. Allerdings ist dieser Hauptdruckanstieg auch für die exzellente Gleitflugleistung verantwortlich, zusammen mit der für Bretter etwas höheren Tragflügelstreckung (11,5). Bei einem Thermikbrett mit weniger als 3 Meter Spannweite würde ich dieses Profil deswegen eher nicht empfehlen, obwohl ich es in diesem Bereich erprobt habe. Insgesamt ist es ein Profil, das eine hohe Dynamik bietet, aber aus den genannten Gründen im Langsamflug den Einsatz von Turbulatoren zumindest im Bereich der Ruderklappen erfordert.

Fazit: Profil für ein Hangflugbrett oder Elektrobrett mit Durchzug.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Technische Notiz Æ 022 V2 "Summerdream", Website, aerodesign.de, Zorneding, 2015
• Siegmann, Hartmut: Æ 22 V1 "Summerdream", Brettnurflügel, Privat-Archiv, Isernhagen, 1993
• Siegmann, Hartmut: Æ 06 "Ghost Castle" Elektroflug Brettnurflügel, Privat-Archiv, Isernhagen, 1990

 

Damals plante ich im Winter 1989/1990 ein Speedbrett für Elektro-Antrieb mit 1 Meter Spannweite und es fehlte wie immer ein Profil. Also habe ich damals mit dem von meinem Bruder Eckhard entwickelten Profilprogramm (TurboPascal) das »Horten II 50% xd=30%« als Ausgangsbasis für diese Profilentwicklung verwendet, dessen Koordinaten in der FMT-Profilesammlung Nr. 27 zu finden waren. Die Skelettlinie versprach eine momentenneutrale Auslegung, wie ich das für ein Speedbrett als sinnvoll erachtete. Ein Speedprofil sollte dünn sein, daher habe ich den Entwurf auf 6,5% Profildicke reduziert, sowie Profilnase und Endleiste modifiziert. Im Endeffekt behielt das Profil also nur die Abszisse und die Grundcharakteristik der Horten Skelettlinie, aber weniger Wölbung und Dicke versteht sich.

Das Profil war nun fertig, also haben wir drei Kernsätze aus Styropor geschnitten. Unser Freund Uli hatte sein Speedbrett als erstes fertig gebaut, also ging es los mit der Flugerprobung. Nachdem der erste Startversuch im Handstart nicht den gewünschten Erfolg brachte, nahmen wir die Gummiflitsche als Starthilfe. Ergebnis war, dass das Profil wirklich sehr schnell war, schneller jedenfalls als der damals verwendete Antrieb. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass die »Wendigkeit« des Speedbretts sehr gute Augen erforderte und eher dem Wendekreis eines Containerschiffs entsprach, als einem Pylonrenner. Dieses Speedbrett mit Elektroantrieb blieb deswegen ein Einzelstück, obwohl es meine Erwartungen in Sachen Speed vollkommen erfüllt hat. Das Brett war »endschnell«, wie wir das damals nannten, es gab definitiv kein schnelleres Modell am Platz und das war beruhigend zu wissen.

Das Profil HS-6 war also mein erstes mit Computerhilfe erstelltes Profil, damals noch mit einem 9-Nadeldrucker ausgedruckt. Aus morbidem Interesse habe ich es aus meinem Archiv gekramt. Mich hat einfach interessiert, wie gut unsere Glättung damals war. Ein paar mehr Nasenkoordinaten hätten nicht geschadet, aber irgendwas ist ja immer. Die Koordinaten sind das Original, man braucht auch heute nichts weiter zu tun. Aufgrund der zu extremen Auslegung habe ich das HS-6 nie wieder verwendet. Wer im letzten Geradeausflug partout der Schnellste sein möchte, kommt um das Profil kaum herum. Bitte Fernglas oder Sichthilfen einplanen, sonst sieht man die Wende nicht mehr, aber für solche profanen Probleme gibt es heutzutage ja Videobrillen.

Fazit: Hardcore Speedprofil für Bretter.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-6, Privat-Archiv, Isernhagen, 1990
• Bender, Hans-Walter et al.: "FMT-Profilesammlung Nr. 27 - Horten II 50% xd=30%", Zeitschrift, Flug- und Modelltechnik 02/89, ISSN 0015-458X, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden, 1989
• Horten, Reimar; Selinger, Peter F.: Nurflügel: Die Geschichte der Horten-Flugzeuge 1933 - 1960, Buch, 2. unveränd. Auflage 1983, 3. unv. Auflage 1985, 4. unv. Auflage 1987, 5. unv. Auflage 1993, 6. unv. Auflage 2000, 7. unv. Auflage 2012, 240 Seiten, Herbert Weishaupt Verlag, Graz, 1983, ISBN-10: 3-900310-09-2

 

Aufgrund der Erfahrungen mit dem HS-6 habe ich das HS-7 entwickelt, aber das ist eine längere Geschichte. Es war klar, dass der Maximalauftrieb beim HS-6 zu knapp bemessen war. Im Sommer 1991 plante ich ein Speedbrett für die Herbststürme an der Nordsee, einen robusten Küstenflieger. Kurz vor den Herbstferien fiel mir im Wetterbericht der »Tagesschau« auf, dass sich über dem Atlantik zwei riesige Tiefdruckgebiete zusammenbrauten. Die Frontensysteme sprachen für länger anhaltenden Starkwind. Das Konzept für das Speedbrett hatte ich im Sommer skizziert, dann aber in der Schublade liegen lassen. Blöder Plan! Es galt nun die Frage zu klären, wie ich innerhalb von 72 Stunden von der Idee zum flugfertigen Speedbrett komme.

Da lagen immer noch diese fertig geschnittenen Styroporkerne vom Elektro-Brett herum, leider mit dem HS-6 und den bekannten Problemen. Dann hatte ich eine Idee: Wenn ich den Styroporkern mit Balsa beplanke, dann ergibt sich die notwendige Aufdickung durch das Material. Zugleich habe ich Schleifmaterial zur Verfügung, um Kontur und Wölbung anzupassen und kann mir das zeitaufwändige Erstellen von Schneidschablonen und neuen Kernen ersparen. Also Balsabestände im Keller geprüft, 1.5mm Balsa war noch genug da. Dann PC gebootet, Profilprogramm gestartet und schnell hatte ich um das HS-6 eine Beplankung mit 1.5mm Dicke gezogen. Die neue Außenkontur schnell noch geglättet und das HS-7 war entstanden! Den Ausdruck auf Pappe geklebt und ausgeschnitten, fertig waren die Konturschablonen. Dann abends schnell Epoxidharz angerührt, Flügel mit Balsa und Glasgewebe in unsere mechanische Presse und aushärten lassen. Am nächsten Morgen habe ich den Rohling vom Tragflügel des »Sturmtänzer« entformt. Innerhalb von zweieinhalb Tagen und Nächten war das Modell flugfertig mit Fernsteuerung und Ballastkammern aufgebaut. Alles Weitere hierzu ist im Bericht über den Sturmtänzer nachzulesen.

Im Nachgang hatte ich dann vergessen, das Profil vernünftig zu dokumentieren, so dass in meinem Archiv nur die skalierten Tabellen der Schablonensätze als Ausdruck geblieben sind. Aus diesen Daten ließ sich das Profil rekonstruieren. Nun hat endlich auch der »Sturmtänzer I« sein Profil zurück. Das HS-7 muss den Vergleich mit modernen Speedprofilen nicht scheuen und hat sich bewährt: Die Wendigkeit ist exzellent und hat einen Durchzug wie Rammstein. Lediglich die Elevons stehen leicht nach oben, aber der »Sturmtänzer I« ist recht klein. Wenn es am Hang richtig gut trägt, dass Ziegelsteine fliegen, sollten die Klappen bei einem etwas größeren Brett mit diesem Profil im Strak stehen. Und ausschließlich in diesem Betriebspunkt sollten bei einem Speedbrett Elevons im Strak stehen, weil uns nur der geringste Profil- und Trimmwiderstand interessiert. Wenn es nicht trägt, verlassen wir den Hang und überlassen das Feld den Floatern. Kein Tag für Sturmtänzer. Aber wenn die anderen einpacken, weil angeblich viel zu viel Wind weht, ist unsere Zeit gekommen!

Fazit: Bewährtes Speedprofil für Bretter unter Extrembedingungen im Hangflug.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-7, Privat-Archiv, Isernhagen, 1991
• Siegmann, Hartmut: Sturmtänzer I, Website, Modelldokumentation, Stuttgart, 2000

 

Es war einer dieser verregneten Tage im Herbst 1992, als mir die Idee kam, ein neues Profil für Bretter wie den »Sturmtänzer I« zu entwickeln, um eine Option zwischen der extremen Speed Auslegung von HS-6 und HS-7 und den langsameren Profilen wie Phönix bzw. EMX-07 zu haben. Das Ziel war der Einsatzbereich von Hangflug bis Elektroflug. Der niedrige Momentenbeiwert des HS-8 alias HS 2.0/8.0 erfordert beim Brett etwas Massenträgheit, damit das Flugverhalten gut ist. Aufgrund der Speed Forderung wäre ein höherer Momentenbeiwert schädlich, denn dann müsste man Tiefenruder trimmen. Ein zu niedrigerer Momentenbeiwert war auch nicht das Ziel, denn wer einmal bei Sturm der Windstärke 10 Bft. und Orkanböen geflogen ist, weiß die Schwerpunktvorlage als stabilisierendes Mittel zu schätzen.

Das Profil ist zwar ein computergestützter Entwurf, aber klassisch geometrisch aus Kombination einer von mir entworfenen Skelettlinie und Profiltropfen errechnet und am Ende geglättet. Dadurch ist das Geschwindigkeitsprofil harmonisch, was bei einem rein geometrischen Design in der Regel nicht der Fall ist. Die geometrische Entwicklung erklärt auch die exakten Werte von Dicken- und Wölbungsrücklage mit 30,0% und 25,0%, was heutzutage mehr oder minder ein Zufallsergebnis wäre.

Der Profilentwurf orientiert es sich an der Konzeption des »Phönix«; was sicher nicht die schlechteste Referenz ist. Aufgrund der langen laminaren Laufstrecke an der Profilunterseite empfiehlt es sich, das Profil in GFK-Positivbauweise oder Negativformen zu bauen. Aus heutiger Sicht könnte man sicher an dem Profil einiges noch optimieren. Beim RC-Hallenflug (Indoor) hat sich das Profil als sehr unempfindlich hinsichtlich der Re-Zahl gezeigt, was an der relativ spitz ausgeführten Profilnase liegt.

Fazit: Profil für Allround Hangflugbretter und kleine Pfeile.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS 2.0/8.0, Privat-Archiv, Isernhagen, 1992

 

Für mein Projekt "Hallengeist 1", einen Indoor RC-Nurflügel mit Gummimotorantrieb, brauchte ich 1991 ein Profil. Slowies mit Fernsteuerung gibt es viel länger, als die meisten glauben! Mehrfach flog ich mit dem "Hallengeist 1" in der Halle gegen eine Wand oder ins Tor, weil der kleine Pfeil einfach viel zu schnell zu schnell wurde! Im Endeffekt kam für den "Hallengeist 3" das HS-3.4/12.0 (HS-4) zum Einsatz und das war in der Halle fliegbar. Stellt sich die Frage, was mit »Hallengeist II« war? Der hatte das Profil HS-13 »Moby Dick«, dazu gibt es sogar Original Koordinaten. Aber ich habe mich (noch?) nicht dazu durchringen können, das Profil zu veröffentlichen. Gruselig! Fliegt nicht, daher zurück zum HS-9.

Zwei Jahre später (1993) habe ich mich bei der Konstruktion des HLG Pfeilnurflügel Æ 29 »Silence« wieder an das Profil erinnert und es an diesem Pfeil eingesetzt. Hier erwies es sich als ausgesprochen widerstandsarm, trotz Rippenbauweise. Der Maximalauftrieb reicht für das Thermikfliegen, sofern man die Flächenbelastung gering hält. Es fliegt sich schnell und sehr agil, fast zu schnell. Das lag aber auch an der mit 1,28m zu geringen Spannweite, die 1,5m hätte ich besser nutzen sollen. Der »Tercel« von Stefan Höllein war damals auf dem Zenit des Erfolgs und insofern schienen die kleineren Modelle aufgrund der besseren Ausgangshöhe leistungsfähiger zu sein. SAL/DLG usw. waren damals noch nicht erfunden, es war noch der klassische Wurfstart.

Das Profil ist auf Basis des HS-3.0/9.0 entstanden, allerdings habe ich es für die niedrigen Re-Zahlen nochmal angepasst. Die Koordinatenliste HS-3.0/9.0 war der Ausgangspunkt, aber anschließend habe ich die die Profilnase und die Kontur noch modifiziert, um für die niedrigen Re-Zahlen besser angepasst zu sein. Diese Anpassung habe ich zeichnerisch vorgenommen, daher gibt es keine "Original Koordinaten" aus dieser Zeit, aber es gibt noch den Original Tragflügel und die Schablonen von den Rippenblöcken. Der Ausdruck vom neuen Koordinatensatz passt sehr genau zum verwendeten Originalprofil.

Insofern ist dieses ein weiterer Ableger der Entwicklungsreihe HS-3. Man sollte sich von der nominellen Wölbung von 3% nicht täuschen lassen, das Profil fliegt sicher eher wie eines mit zwei Prozent Wölbung. Die Probleme mit der kritischen Re-Zahl beim HS-3 habe ich durch die Modifikationen beim HS-9 etwas reduziert. Immerhin habe ich mit diesem Profil 1993 und 1994 an einigen HLG Wettbewerben teilgenommen. Insofern ist dieses ein wettbewerbserprobtes Profil aus der Frühzeit des HLG Sports.

Fazit: Schnelles Allroundprofil für kleine Pfeilnurflügel.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-3.0/8.0, Privat-Archiv, Zeichnungen und Rippenschablonen, Isernhagen, 1991-1993
• Siegmann, Hartmut: Æ-29 "Silence", Konstruktion, HLG-Pfeil, Isernhagen, 1993
• Siegmann, Hartmut: Koordinaten HS 3.0/8.0 B (geglättet), Stuttgart, 2002
• Siegmann, Hartmut: Profil HS-0009, Koordinaten neu berechnet, Zorneding, 31.08.2015

 

Die Vorlage dieses Profils stammt von dem Elektroflugsegler Bausatz »Electra« der Firma Carl Goldberg™ von der Rippe No.5, nicht Chanel No.5. Das ursprüngliche Profil dürfte ein Aquila 9,3% gewesen sein, allerdings leicht modifiziert. Zu der damaligen Zeit entstanden solche Modifikationen üblicherweise aus rein baulichen Gründen, zum Beispiel durch verfügbare gefräste Formleisten von Nasen- und Endleiste, an die die Profile angepasst wurden. Diese Rippe No.5 hat bisher nur als Zeichnung bzw. Rippenblockschablone für Reparaturzwecke existiert und ich habe es im Jahr 2015 für aerodesign nachträglich digitalisiert, so dass jetzt auch Profilkoordinaten zur Verfügung stehen. Das Profil HS-15 verwende ich zum Umbau und zur Reparatur des Erprobungsträgers Æ-51 »Electra Vulture«.

Es handelt sich hier nicht exakt um das Originalprofil der »Electra«, sondern um ein dezent modifiziertes Profil mit einer Optimierung des Hauptdruckanstiegs. Zum Vergleich habe ich mit XFoil die Widerstandspolare des S3021 simuliert. Den Trend der Auslegung des HS-15 zu hohem Maximalauftrieb und Verlagerung des Punkts des besten Gleitens zu geringster Fluggeschwindigkeit kann man im Vergleich gut erkennen. Genau darin liegt das Geheimnis der außergewöhnlichen Leistung beim Sunsetfliegen. Wer diese ausgeprägte Super-Slow-Speed Performance nicht benötigt, verwendet wie gehabt S3021, Clark Y 10% und ähnliche Profile. Im Schnellflug sind die genannten Profile natürlich leistungsfähiger als das HS-15, allerdings ist das geringste Sinken dieser Profile auch merklich höher.

Aufgrund der geraden Profilunterseite und der Endleistendicke ist das HS-15 ideal für Tragflügel in Rippenbauweise im Eigenbau geeignet. Bei Tragflügeln mit Folienbespannung und Amigo-V-Knick empfiehlt es sich, einen Turbulator bei 35% der Profiloberseite im Bereich des Knicks zu platzieren. Dort legt sich gerne eine laminare Ablöseblase ins Eck und das führt zu schlechten Kurvenflug Eigenschaften. Das Problem ist allgemeiner Natur und betrifft viele Modelle mit dieser Bauform. Nur die meisten Piloten haben es nie bemerkt und getestet. Wer also ein Taumeln beim Einleiten der Kurve feststellt, verwendet einen 0,4mm dicken Zackenband Turbulator im V-Knick. Kleiner Trick mit großer Wirkung! Das Profil hat aufgrund der Profildicke eine leichte Tendenz zu unterkritischen Eigenschaften, weswegen man unterhalb von 160mm Profiltiefe einen Turbulator auf der Profiloberseite bei 30-40% der Profiltiefe verwenden sollte. Auf der Profilunterseite kommt kein Turbulator zum Einsatz, weil die Strömung zur Erreichung der maximalen Flugleistung vollständig laminar sein sollte.

Die Breite des Einsatzbereichs des HS-15 hat mich selbst überrascht, das hatte ich aufgrund der hohen Wölbung nicht erwartet. Nachträglich habe ich deswegen Ballastrohre in den Tragflügel eingebaut, um auch bei viel Wind fliegen zu können. Das Profil lässt sich an Hängen der Nord- und Ostsee bis Windstärke 6 problemlos fliegen, ebenso in den Alpen bis 20 m/s Wind - mit Rippenflügel wohlgemerkt. Daher sollte man den Tragflügel mit Torsionsnase (D-Box) bauen, damit man den breiten Einsatzbereich des Profils auch wirklich nutzen kann. Am schönsten ist aber immer noch, Voll-CFK Teilen beim Sunsetfliegen zu zeigen, dass der Werkstoff CFK der Schwerkraft unterliegt, wohingegen Rippenflügel mit Holzwurm leichter als Luft zu sein scheinen. Das kann nur an den Löchern im Holz liegen!

Fazit: Bewährtes Profil für handgemachte unsinkbare Thermiksegler in Rippenbauweise.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-15, Privat-Archiv, Rippenschablone No.5, Isernhagen, 1987
• Siegmann, Hartmut: Profil HS-15, Privat-Archiv, Zeichnung DXF, Zorneding, 2013
• Siegmann, Hartmut: Æ-51 V5 "Electra Vulture", 1987-2015

 

Das Ziel dieses Profilentwurfs ist schnell erklärt: Es geht um die Optimierung des bewährten Profils HS-15 für den Thermikflug. Das Ziel ist die kritische Re-Zahl gegenüber dem HS-15 zu reduzieren. Im Endeffekt vermeidet das HS-16 bis zu einem Auftriebsbeiwert von 1.0 die Ausbildung einer Saugspitze an der Profilnase und weist einen linearen Hauptdruckanstieg auf. Der Designpunkt der Profiloberseite ist der Anstellwinkel von 4.4°. Beim HS-15 liegt hier eine Saugspitze vor, gefolgt von zwei konkaven Druckanstiegen mit zwei Wendepunkten, was eine laminare Strömungsablösung erzeugen kann, wie man das zum Beispiel von den Profilen E193 oder E205 her kennt.

Die geometrischen Unterschiede zwischen beiden Profiloberseiten sind recht klein, aber entscheidend. Die Profilunterseite weicht nur numerisch leicht ab und ist ab 4% Profiltiefe eine gerade Unterseite, die den Bau vereinfachen soll. Interessant ist nun auszuwerten, welche Folgen diese leichte Modifikation der Profiloberseite hat. Deswegen habe ich beide Geschwindigkeitsverteilungen im Vergleich abgebildet, damit der kleine Unterschied zweier vermeintlich identischer Profile zu erkennen ist. Das HS-16 weist eine gleichmäßigere Wanderung des Umschlagspunktes als das HS-15 auf. Durch den linearen Hauptdruckanstieg erzielt man eine dünnere, aber auch etwas längere laminare Ablöseblase. Das Ausdünnen der Blase spart Widerstand und verbessert die Flugeigenschaften.

Zu welchen Unterschieden diese kleine Änderung der Profilkontur führt, sieht man in der Widerstandspolare im Vergleich zum HS-15. Die beginnende laminare Ablösung bei Re=100.000 vom HS-15 ist in der Widerstandspolare des HS-16 komplett verschwunden. This is what makes the difference! Das Profil HS-16 hat eine niedrigere kritische Re-Zahl als das HS-15. Der Unterschied in der Geometrie liegt leicht oberhalb üblicher Baufehler. An diesem Beispiel wird leicht verständlich, warum zwei Modelle von zwei unterschiedlichen Modellbauern mit vermeintlich demselben Profil komplett andere Flugeigenschaften aufweisen können. In der Modellbaupraxis sind es genau diese kleinen Baufehler, die das eine Modell besser als das andere fliegen lassen.

Die Grundsatzdebatte rund um Rippenflügel sparen wir uns an dieser Stelle, die Grenzschicht ist dort sehr komplex. In die Rippenfelder legen sich zonal instationäre Blasen, die bei beiden Profilen unterschiedlich stabil ausfallen werden. Bei sehr leichten Modellen dürfte das HS-15 im Langsamflug etwas leistungsfähiger sein, bei etwas schwereren wird es das HS-16 sein. Die Flugeigenschaften sollten noch gutmütiger sein und das geringste Sinken weiter verbessert.

Fazit: Optimiertes Thermikprofil mit niedriger kritischer Reynolds-Zahl.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-16, Website, aerodesign.de Zorneding, 07.11.2015
• Siegmann, Hartmut: Der ultimative Profilvergleich - E205 vs. SD7037, Website, aerodesign.de, Stuttgart, 03.09.2001
• Siegmann, Hartmut: Æ-51 V5 "Electra Vulture", 1987-2015

 

Dieses Profil hatte ich 2004 als experimentelles Profil für EPP-Combat entwickelt, um bei Schwachwind mit dem leichten weißen EPP-Material länger oben bleiben zu können, als das mit den Profilen HS-71 »Sipkill« oder Zagi/TsAGI 12% möglich war. Das HS-37 zeigt an windschwachen thermischen Tagen einen deutlichen Leistungsvorteil im Gleitflug, allerdings benötigt das Profil auch eine höhere Flügelstreckung, um den hohen Maximalauftrieb nutzen zu können. Dieses geht etwas zu Lasten der Manövereigenschaften und speziell der Wendigkeit. Im Vergleich mit dem HS-71 »Sipkill« sollte man negative Flugfiguren eher meiden, aber der Grundspeed vom HS-37 ist verblüffend hoch, es marschiert richtig gut.

Aufgrund der Auslegung mit dem kleinen Nasenkreisradius bietet das Profil bezogen auf die Profildicke eine sehr niedrige kritische Reynolds-Zahl. Darüber hinaus liefert es ein direktes Feedback und zeigt dem Piloten durch ein Nicken an, dass er besser nicht weiter am Höhenruder ziehen sollte, ohne dabei scharf abzureißen. Das Profil wird auch an reinrassigen Nurflügeln (Horten) im Thermikflug eingesetzt und hat sich dort als Wurzelprofil mit Strak auf das NACA-0010 bewährt.

Aus meiner Sicht ist das HS-37 (inverser Entwurf) ein veritabler Ersatz für das veraltete HS-4 (geometrischer Entwurf), welches ebenfalls im Thermikflug seine Stärken hat, aber im Gleit- und insbesondere im Schnellflug nicht annähernd mit dem HS-37 mithalten kann. Das HS-37 (Innenprofil) lässt sich auf das HS-71 (Außenprofil) straken, um die Eigenschaften beider Profile in einem Flügel miteinander zu kombinieren. Das wollte ich eigentlich immer mal testen, bin aber bisher nicht dazu gekommen. Wer seinen Nurflügel insgesamt stärker in Richtung Allroundeinsatz und Schnellflug auslegen möchte, sollte das Profil HS-904 verwenden.

Die Koordinaten des Profils HS 037 X (X = Experimental), veröffentlicht am 07.08.2005 (Original), habe ich am 20.04.2017 überarbeitet und finalisiert, damit insbesondere im Bereich der Profilnase mehr Stützstellen zur Verfügung stehen. Ich empfehle daher die neu berechneten Koordinaten des HS-37 zu verwenden; mit diesen wurden auch die Widerstandspolaren berechnet.

Fazit: Profil für Thermikflug Nurflügel (Horten) und EPP-Combat Light.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS 037 X, Privat-Archiv, Stuttgart, 2004; online seit dem 07.08.2005.
• Siegmann, Hartmut: Profil HS-37, Website, aerodesign.de, Profilkatalog HS-Profile, Zorneding, 20.04.2017.

 

Wozu ist dieses Profil gut? Schon mal über den Rückenflug des ZAGI geärgert? Schon mal von lahmen Speedwenden genervt worden? Dann sollte die Sache klar sein, dieses Profil ist ein Kompromiss, der perfekte Foamie-Eignung garantiert! Das Profil ist einzig und allein dafür entworfen, dem »ZAGI« die Stirn bieten zu können. Deswegen auch die verhältnismäßig dicke Endleiste, damit sich der ZAGI-Killer nicht beim ersten Angriff zerlegt. Die Vergleichspolare (Button rechts) zeigt den Leistungsgewinn des »Sipkill« gegenüber dem »TsAGI 12%«.

Da wären wir auch schon bei der Namensgebung angekommen: SI steht für mich, PK für PeterK, einem nicht ganz unbekannten EPP Protagonisten, der die Luft an der Teck regelmäßig mit EPP verseucht und zur Weiterverbreitung dieses Virus beigetragen hat. KILL steht für sich selbst, frei übersetzt für: »ich liebe ZAGIs«. Zugegeben, das war jetzt gelogen, aber der Rest sollte klar sein. Peter hat mich während eines Telefonats auf die Idee gebracht, dieses Profil zu entwerfen, deswegen ist er als kleine Reminiszenz im Namen enthalten.

Bei verschiedenen Vergleichen erwies sich das Profil besonders im Gleit- und Rückenflug den 12%igen Zagis überlegen. Beim geringsten Sinken allerdings bemerkt man bei derselben Flächenbelastung einen leichten Nachteil. Mit dem Sipkill hängt man bei schwachen Bedingungen etwa 1-2m unter einem ZAGI. Diesen Nachteil im geringsten Sinken kompensiert man durch Leichtbau. Insbesondere leichte Modelle mit dem Sipkill haben sich sehr gut bewährt.

Bei schweren Modellen (650-900g) und schwachem Wind ist allerdings anzumerken, dass das »Sipkill« nicht ganz so einfach zu fliegen ist, wie das »TsAGI 12%«. Das HS-71 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn man den Flieger laufen lässt und nicht zu sehr aushungert, also zu langsam fliegt. Das beste Gleiten erreicht das Profil in einem relativ eng begrenzten Schwerpunkt- und Trimmbereich, so dass man diesen sorgfältig erproben muss. Bei meinem »BoEy« befindet sich diese Schwerpunktlage exakt an der Unterschneidgrenze, dort ist ein merklicher Leistungssprung vorhanden.

Fazit: Reinrassiges Hangflug Profil für Pfeilnurflügel.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-1.7/10 Sipkill, Privat-Archiv, Stuttgart, 2001
• Siegmann, Hartmut: »BoEy« von Bodo Landeck, Profil Sipkill, Stuttgart, Kirchheim u. Teck, 2002
• Siegmann, Hartmut: Æ 61 V2 Zagikiller, Konstruktion, HLG-Pfeil, Stuttgart, 2001
• Siegmann, Hartmut: Koordinaten HS-1.7/10.0 B Sipkill, Stuttgart, 2001
• Siegmann, Hartmut: Koordinaten ZAGI/TSAGI 12% (geglättet), Stuttgart, 28.06.2002
• Peter K: www.epp-fun.de

 

Diese Entwicklung baut auf dem »MDHWK« von Martin Lichte auf, ohne die Forderung aus dem Solarflug nach einem linearen Profiloberseitenverlauf zu übernehmen. Dieser Freiheitsgrad erlaubt mehr Leistung aus dem Profil herauszuholen, bei deutlicher Verbesserung der Schnellflugleistung. Die Grundcharakteristik sollte dabei erhalten bleiben, das HS-117 ist ein Thermikprofil für einen leichtgewichtigen Floater.

Das »MDHWK« ist und bleibt ein bewährtes Thermikprofil für Bretter mit und ohne Solarzellen. Das HS-117 erweitert den Geschwindigkeitsbereich etwas in Richtung schnelles Gleiten. Das Profil trägt ganz gut, daher kann man das mögliche Mehrgewicht zum Beispiel in einen Elektro-Antrieb investieren. Dennoch ist das Profil nichts für Racer, sondern langsame Thermik Floater.

Fazit: Profil für Thermikbrett mit Elektroantrieb.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-117, Stuttgart, 01. März 2002.
• Lichte, Martin: Profil MDHWK, 1993.

 

Das Profil HS-120 habe ich seit dem 23. Juni 2002 auf aerodesign als Profilentwurf zum Download bereitgestellt, weil es bei Brettern immer einen Mangel an Profilen gab und gibt. Aufgrund einer aktuellen Anfrage habe ich mich dazu entschieden, das Profil geglättet neu zu veröffentlichten. Die Unterschiede sind überschaubar und dienen im Wesentlichen der Vergleichbarkeit für Leistungsrechnungen mit X-Foil. Wen das Original interessiert, klickt bitte einfach auf das zweite Koordinaten Listing im Datenblatt, das sind die ursprünglichen Koordinaten. Alle Polaren und Diagramme wurden mit der geglätteten Version simuliert. Nun aber zum Profil selbst und dem Einsatzbereich. (...) Vollständiger Artikel

Fazit: Bewährtes Profil für große Thermikbretter (mit Elektroantrieb).

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: aerodesign: Profil HS-120 (smoothed), Website, München, 16. September 2014
• Siegmann, Hartmut: aerodesign: Profilkoordinaten HS-120, Website, Stuttgart, 23. Juni 2002
• RC-Network Modellsport e.V.: RC-Network.de - Clark YS-2592 und HS-120, Internetforum, veröffentlicht am 23. Juni 2002 13:34 Uhr

 

Die Anforderung nach einem neuen widerstandsarmen Brettprofil kam damals aus dem noch neuen Trendsport Dynamic Soaring. Insbesondere die EPP-Bretter benötigten ein neues Profil, das eine etwas größere Profildicke aufweist. Das Profil hat sich über die Jahre als schnell und widerstandsarm bewährt. Insbesondere im Bereich des schnellen Gleitens liegen die Vorzüge. Die Thermikfliegerei ist definitiv nicht die Domäne des HS-130, dafür verwendet man eher das Phönix oder das EMX-07. Das HS-130 wird meist an kleineren Brettern mit 1,5-2,5m Spannweite im Hangflug und beim Dizzen eingesetzt. Das Profil habe ich im Rahmen meiner Kolumne »Ohne Filter - Profile Light« in Aufwind 1/2004 publiziert. Die etwas größere Profildicke war Entgegenkommen von Wünschen aus der Ecke der EPP-Fraktion, weil das torsionsweiche Baumaterial EPP hinreichende Profilquerschnitte erfordert.

Grundsätzlich ist das Profil für Bretter mit 1,5-3m Spannweite im Hangflug zum Speed und DS-Fliegen gut geeignet. Damals hatte ich noch keine eigene Flugerfahrung mit dem Profil Phönix gesammelt, so dass die Auslegung des HS-130 etwas auftriebsschwächer ist, als die Aufgabe eigentlich erfordert hätte. Es gab damals vor allem die langsamen Brettprofile wie CJ und so weiter, daher dieser Gegenentwurf des HS-130 zum gewohnten Brettprofil Angebot der Kategorie unsinkbar. Für leichten Hangaufwind ist dieses Profil nicht geeignet, das neuere HS-144 deckt diesen Bereich sicherlich deutlich besser ab.

Fazit: Bewährtes Brettprofil für Hangflug bei Starkwind, DS und Speed.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: "Ohne Filter - Profile Light", Zeitschrift, Aufwind 01/2004, ISSN 0939-5296, die mediaidee, Bodelsberg/Allgäu, 2003
• Siegmann, Hartmut: aerodesign: Ohne Filter - Profile Light (9), Website, Stuttgart, 07.11.2003

 

Dieses Profil soll den Einsatzbereich gegenüber dem etwas speedlastigen HS-130 mehr allroundfähiger gestalten, ohne zu sehr an Speed zu verlieren. Entworfen habe ich das Profil bereits 2003, aber in der digitalen Schubladen vergessen und erst jetzt im November 2014 hier auf aerodesign veröffentlicht. Vom Entwurf her lassen sich beide miteinander gut straken, so dass man das HS-130 als Innenprofil verwenden kann und das HS-132 am Außenflügel, im Bereich der Elevons. Bei diesem Profilstrak steht mehr Maximalauftrieb gegen den unvermeidlichen Verlust beim Ziehen am Höhenruderknüppel zur Verfügung, als bei einem durchgängig verwendeten HS-130.

Das HS-132 kann selbstverständlich auch einfach durchgängig verwendet werden, aber dann bitte mit Turbulatoren bei 75% auf der Profilunterseite. Die Oberseite habe ich absichtlich im HDA supersmooth gestaltet, so dass ich keine ernsthaften Re-Zahl Probleme erwarte. Mit 15-18cm Profiltiefe kann es losgehen, aber nicht vergessen bitte, wir reden hier über ein Allroundbrett. Das Profil sollte gutmütig zu fliegen sein, bei zugleich guter Leistung, siehe Widerstandspolare. Wer mehr in die Leistungsspitze gehen möchte, sollte sich meine HS140er Profilreihe ansehen. Das HS-132 habe ich auf Zuverlässigkeit, gutes Handling und Leistung bei mittleren Windbedingungen am Hang entworfen.

Fazit: Allroundprofil zum Testen.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: aerodesign, Website, veröffentlicht am 15. November 2014

 

Im Flugbetrieb haben sich einige Brettprofile als leistungsfähig, aber auch trimmintensiv herausgestellt. Schwerpunkt, Höhenrudertrimmung und Ballast sind ständig anzupassen, um ein optimales Setup zu erzielen. Ein Turbulator auf der Profilunterseite (75%) kann die Trimmsituation im Regelfall merklich verbessern. Also warum nicht gleich auf diese Weise ein Profil entwerfen?

Aufgrund dieser Erfahrungen habe ich das HS-144 mit Turbulator bei 75% auf der Profilunterseite entworfen. Dadurch weist das Profil über den gesamten Geschwindigkeitsbereich einen sehr konstanten Momentenbeiwert auf. Die Profiloberseite ist konservativ ohne Turbulator ausgelegt. Den Nullmomentenbeiwert habe ich bei diesem Profil zugunsten der Handling Qualities (Längsstabilität, Trimmung, Stall) absichtlich nicht voll ausgereizt, es soll sich einfach fliegen und trimmen lassen. Das Potential für eine Leistungssteigerung ist im Entwurf enthalten, der Hauptdruckanstieg auf der Profiloberseite ist für niedrige Re-Zahlen ausgelegt. Man kann aber auch hier einen Turbulator bei 50-80% platzieren, siehe Widerstandspolare. Das Profil eignet sich aufgrund der für Bretter geringen Re-Zahl Anforderungen auch als Außenprofil bei einem Strak.

Praxistipp Turbulator: Meistens genügt ein dünner Streifenturbulator aus Klebeband mit 0,1..0,4mm Dicke und 2-6mm Breite bei 70-85% der Profiltiefe auf der Profilunterseite. Der geeignete Turbulator hängt stark von der Modellgröße (Re-Zahl) und Oberflächengüte ab. Die Ruderklappen (Klappentiefe 25% ≥ l_k ≥ 10%) sollten auf der Profilunterseite befestigt werden, damit der Strömungsumschlag stabil erfolgt. Der Übergang zu Tesafilm® und Ruderklappe kann im Einzelfall bereits als Turbulator genügen. Der Turbulator sollte von der Tragflügelwurzel über 75-90% der Spannweite gehen. Falsch ausgelegte Turbulatoren bemerkt man am Zappeln um die Hochachse bei böigem Wetter. In diesem Fall von außen kürzen oder einen dünneren Streifenturbulator verwenden. Zackenband ist meistens nicht erforderlich.

Die Widerstandspolare zeigt, dass man ein sportliches Brettprofil für mittlere Bedingungen bis hin zu Alpenföhnsturm und Orkan im Hangflug erwarten darf, was aufgrund des Maximalauftriebsbeiwerts aber auch problemlos Durststrecken am Hang überstehen sollte. Ob dieser Entwurf ein sinnvoller neuer Weg ist oder mal wieder ein Abweg, darf jeder selbst erproben. Das Profil wurde noch nicht getestet. Viel Spaß damit!

Fazit: Ein neues Brettprofil für Hangflieger

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-144", Website, aerodesign.de, veröffentlicht am 15. November 2014

 

Der Ausgangspunkt für diese Entwicklung war eine Anfrage nach einem universellen Brettprofil, das etwas mehr Speed bei nicht zu geringem, aber auch nicht zu hohem Momentenbeiwert liefern soll. Es sollte keine Profilauslegung sein, bei der die Klappen ständig nach oben rausstehen, sondern im schnellen Gleitflug beim Elektrobrett sauber im Strak stehen. Insgesamt sollte es eine ähnliche Charakteristik wie das HS-144 aufweisen, nur eben etwas schneller, aber nicht so dick wie das HS-130.

Das Profil HS-145 baut auf dem Profilentwurf HS-144 auf, aber mit etwas weniger Nullwiderstand und geringerem Auslegungs-ca von 0,2. Das Profil habe ich auf diesen Anwendungsfall hin ausgelegt, erst unterhalb von diesem Auftriebsbeiwert beginnt die Saugspitze ihre Arbeit an der Profilnase. Daher liegt auf der Profilunterseite bis Nullauftrieb über 100% der Profiltiefe laminare Strömung an, die Grundlage für einen hohen Speed. Daher habe ich den Nullmomentenbeiwert mit +0,018 auch knapp unterhalb des üblichen Werts von +0,020 bemessen.

Die Profiloberseite weist einen linearen Druckanstieg auf (Bubble Ramp), wodurch das Profil eine relativ niedrige kritische Reynolds-Zahl aufweist. Die Wirkung dieser Konzeption aus dem inversen Entwurf der Geschwindigkeitsverteilung kann man im Umschlagsdiagramm (Polardiagramm) sehr gut erkennen. Der Strömungsumschlag wandert linear reziprok proportional zum Anstellwinkel über die gesamte Oberseite. Zugunsten der Flug- und Steuereigenschaften wird die maximale Gleitzahl also nicht ausgereizt, damit das Profil ein gutes Handling aufweist. Der Widerstandsverlust durch das Auftreten von Nickschwingungen am Brettnurflügel, zum Beispiel infolge eines zu stark ausgereizten Profilentwurfs oder zu hoher Flügelstreckung, übersteigt den potentiellen Gewinn der stationären Gleitzahl im Regelfall sehr deutlich. Das Brett läuft dann nicht und wird im Geradeausflug nickinstabil.

Bei den Turbulatoren gilt das beim HS-144 Gesagte: Es geht auch ohne, aber ein paar kurze Streifen vor den Elevons bzw. Höhenruderklappen sind zu empfehlen. Mit diesen Streifen trimmt man zugleich das Nickmoment. Das heißt die Turbulatoren bilden mit der Schwerpunktlage und Höhenrudertrimmung eine Einheit. Ist der Nickmomentenbeiwert zu positiv, montiert man Turbulatoren auf der Profilunterseite. Bei zu kopflastigem Nickmoment platziert man bei 40-60% der Profiltiefe Turbulatoren auf der Profiloberseite, bis die Trimmung neutral ist. Im schnellen Gleiten sollten die Klappen im Strak stehen, denn in diesem Punkt sind Trimmwiderstände bei einer solchen Auslegung zu vermeiden.

Bei Alpenföhnsturm sollten beim HS-145 die Klappen sauber neutral stehen, während die Mittenhöhenruder beim HS-144 dezent nach unten gestellt sind (positiv gewölbt), weil der Auslegungspunkt ein anderer ist. Man kann beide Profile problemlos miteinander straken, wobei das HS-144 als Wurzelprofil zu verwenden wäre. Das Profil HS-145 habe ich am 15. Februar 2018 fertig gestellt und es steht euch ab sofort zum Testen zur Verfügung. Viel Spaß damit!

Fazit: Nagelneues Profil für schnelle Allroundbretter

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-145", Website, aerodesign.de, veröffentlicht am 15. Februar 2018

 

Zum HS-144 und HS-145 ist das HS-147 ein passendes Außenprofil bei einem Profilstrak. Wer etwas mehr Speed benötigt, kann das HS-147 natürlich auch durchgängig verwenden. Zugunsten der Elevons sowie einer effizienten Querruderfunktion liegt das untere Laminardelleneck bei c_a= -0.1. Das obere Laminardelleneck existiert nicht, welches wie bereits erläutert ein beabsichtigtes Feature zugunsten der Flight Handling Qualities ist.

Die Saugspitze beginnt sich beim HS-147 erst unterhalb von ca=0.12 auszubilden, weswegen der Momentenbeiwert mit rund c_m= +0.01 auch etwas niedriger ausfallen darf. Das Innenprofil beim Strak sorgt für Nickstabilität, das Außenprofil übernimmt die wesentlichen Steueraufgaben.

Das Profil ist bereits ein dezentes Speedprofil, mit gerade noch virtuell existierenden Allroundeigenschaften. Wem der Widerstand zu hoch sein sollte, der sollte zunächst prüfen, ob die eigenen Fähigkeiten in der Bauausführung diesem Anspruch standhalten: versteckte Anlenkungen, Abdichtungen, Einlauflippen, Spalte abgetapt, denn ansonsten wird das Modell nur so schnell wie eines mit dem 144er fliegen, aber einen signifikant reduzierten Gebrauchswert aufweisen. Das ist das alte Thema dem miesen Karma, wenn das Chakra unten im Tal liegt und der Rest der Bande am Himmel rumbolzt.

Mit dem HS-147 kann man auch Zwischenprofile interpolieren, die zwischen den Auslegungspunkten der anderen Profile liegen. Die Profile der 140er Reihe habe ich aufeinander aufbauend entwickelt, weswegen sie gut zusammen passen, wenn auch nicht ganz nahtlos. Abwickelbar sind sie untereinander nicht, aber in Aluminiumblech baut ja hoffentlich niemand mehr. Oder etwa doch?

Fazit: Nagelneues Profil für einen Profilstrak - oder ein Hangflugspeedbrett

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-147", Website, aerodesign.de, veröffentlicht am 20. Februar 2018

 

Bei Allroundbrettern von Thermik- bis Hangflug gibt es eine Reihe von modernen Profilentwürfen, die überwiegend eine relativ geringe Profildicke aufweisen. Manchmal benötigt man aber einfach mehr Profildicke, so dass man automatisch bei relativ alten Profilen wie den Göttinger, Fauvel usw. landet, die aus dem manntragenden Bereich sind. Diese Entwürfe sind aus heutiger Sicht hinsichtlich laminarer Laufstrecken zu konservativ für bemannte Segelflugzeuge ausgelegt, es wird also Leistung durch zu frühe Hauptdruckanstiege verschenkt. Das klingt zunächst gut geeignet, aber für den ferngesteuerten Modellflug fordern sie dennoch zu hohe Re-Zahlen. Bei Re-Zahlen von 100 bis 400.000 sind die Druckanstiege einfach zu groß. Was also tun? Da bleibt mal wieder nichts übrig, als etwas Neues entwickeln!

Genau für diesen Bereich habe ich das HS-160 entworfen, dass man große Bretter mit dickeren Profilen bauen kann, die dennoch den Bedürfnissen einer niedrigeren kritischen Re-Zahl gerecht werden. Das Profil ist für die Tragflügelwurzel entwickelt, mit einer kritischen Re-Zahl von 150.000 als Untergrenze, was typischerweise ungefähr 250mm Profiltiefe entspricht. Das Profil soll einen vergleichsweise großen positiven Momentenbeiwert liefern, ohne zugleich in der Leistung schlecht zu werden. Zur Erinnerung: Ein positiver Momentenbeiwert kostet Widerstand und somit Gleit- und Steigzahl! Das Profil sollte zugleich nicht anfällig auf laminare Ablösungen werden. Alle diese Forderungen in einem Profil zu vereinen, liegt nahe an der Quadratur des Kreises und ist ein kleiner Teufelskreis: Das 28. Profil der Entwicklungsreihe hatte dann alle Eigenschaften vereint, die ich mir vorgestellt hatte.

Die Konzeption sieht dabei vor, dass der Außenflügel infolge des positiven Moments des Wurzelprofils auch mit sehr leistungsstarken momentenneutralen Profilen ausgestattet werden kann. Wer mehr auf gemütliches Fliegen bei gutem Handling im Thermikflug hinaus will, sollte an Mitten- und Außenflügel konventionell auf EMX-07 oder HS-120 straken. Das kombiniert man mit -1,5° Verwindung, um ein insgesamt ausgewogenes Kurvenflugverhalten zu erhalten und fertig ist das Brett.

Das Profil kann man mit dem HS-164 trotz vermeintlich ähnlicher Geometrie nicht direkt vergleichen, denn dort habe ich den Momentenbeiwert weniger komfortabel gestaltet und die laminaren Laufstrecken deutlich verlängert. Das führt zu einer größeren kritischen Re-Zahl, aber eben auch mehr Flugleistung. Man kann dabei durchaus HS-164 auf HS-160 straken und dann außen auf HS-132 oder HS-120 gehen, um mal ein Beispiel zu nennen. Das HS-160 kann aufgrund der insgesamt ausgewogenen Auslegung gut auf andere Profile gestrakt werden oder auch durchgängig ohne aerodynamische Schränkung (Profilstrak) verwendet werden.

Bitte das Klappenkonzept beachten: Bei Mittenhöhenruder benötigt man außen keine Verwindung, kann aber zugunsten des Kurvenflugverhaltens Verwindung einbauen. Bei Elevons sollten es -1,5° sein, ansonsten kann das Überziehverhalten giftig werden, weil das HS-160 mit einem Maximalauftriebsbeiwert von mehr als ca=1,1 aufwartet. Das kann bei manchem Profilstrak zum Strömungsabriss am Außenflügel führen. Solche unangenehmen Überzieheigenschaften kann man problemlos vermeiden, wenn man die Auftriebe der verwendeten Profile und die Klappenkonfiguration beim Entwurf des Tragflügels gleich berücksichtigt. Geeignete Tools zum Tragflügelentwurf (Möller, Ranis etc.) gibt es inzwischen wie Sand am Meer, um solche Auslegungsfehler frühzeitig zu identifizieren.

Das Profil HS-160 ist ein theoretischer Entwurf und bisher noch nicht getestet worden; die ausgesprochenen Empfehlungen und Erwartungen basieren auf Erfahrungswerten von ähnlichen Auslegungen.

Fazit: Neues Profil für große Bretter zum Erproben!

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-0160", Website, aerodesign.de, Zorneding, 20. Januar 2015

 

Das Profil HS-0164 ist eine Neuentwicklung und als Wurzelprofil für große Bretter im Allroundeinsatz gedacht. Die etwas größere Profildicke ist für Sandwichbauweise in Styropor-Abachi/Balsa gut geeignet. Es ist ein relativ leistungsfähiges Profil mit längeren laminaren Laufstrecken, so dass eine Re-Zahl von 200.000 nicht unterschritten werden sollte. Dieses Profil ist für Wurzeltiefen von 300-500 mm entworfen, um große Segelbretter bauen zu können, auch mit Elektroantrieb versteht sich. Bitte das Profil nicht für kleine leichte Bretter verwenden, dafür ist dieses Profil ungeeignet.

Der positive Momentenbeiwert weist zwar leichte Reserven auf, aber abhängig von der Oberflächenqualität können Turbulatoren notwendig sein. Wenn bei der Flugerprobung die Höhenruder im getrimmten Flugzustand nach oben aus dem Strak stehen, ist ein Turbulator auf Profiloberseite und -unterseite anzubringen. Durch diese Maßnahme wird ein positiver Momentenbeitrag erzielt, der aber auch zu viel des Guten sein kann. Falls die Höhenruderklappen mit Turbulator im getrimmten Flug nach unten aus dem Profilstrak herausstehen, Turbulatoren in Spannweitenrichtung kürzen, bis eine neutrale Trimmung erzielt wird. Mit diesem Setup wird im Normalfall die beste Flugleistung erzielt werden.

Das Profil kann man mit dem HS-160 trotz vermeintlich ähnlicher Geometrie nicht direkt vergleichen, weil dort ein stabiles Handling bei niedrigerer Re-Zahl das Auslegungsziel war. Der Hauptdruckanstieg verläuft dort fast kontinuierlich, was Widerstandspunkte kostet, während das HS-164 erste Anlagen einer dezent laminaren Auslegung aufweist, die aber noch deutlich vom E-184 oder gar Roncz LDFWA entfernt ist. Im Geschwindigkeitsdiagramm kann man das zwar nur erahnen, aber die Polare mit N-Kriterium von 13 lässt unterkritisches Verhalten bei Re=200.000 erwarten, daher lautet die Empfehlung 200.000+. Das HS-164 hat im Einsatzbereich stets 50% laminare Laufstrecke auf der Profiloberseite und das ist bei einem Brettprofil relativ viel. Zugleich habe ich versucht, die Hauptdruckanstiege und insbesondere den Schließungsanteil sanft zu gestalten, um bekannte Probleme wie beim AR 193-S75 zu vermeiden. Im Ergebnis erhält man vergleichbare laminare Laufstrecken, aber ohne laminare Strömungsablösung.

Wenn man sich für das Wurzelprofil HS-164 entscheidet, was verwendet man dann am Mitten- und Außenflügel? Das ist relativ unproblematisch, das Profil lässt sich auf HS-120, HS-132, EMX-07 oder Phönix straken. Die genannten Profile sind alle hinreichend auftriebsstark, um ein HS-164 als Wurzelprofil vertragen zu können und darüber hinaus auch wenig Re-Zahl empfindlich. Bitte auf das Klappenkonzept achten: Bei Mittenhöhenruder benötigt man außen keine Verwindung, kann aber zugunsten des Kurvenflugverhaltens Verwindung einbauen. Bei Elevons sollten es -1,5° sein, ansonsten kann das Überziehverhalten giftig werden, weil das HS-164 mit einem Maximalauftriebsbeiwert von mehr als ca=1,1 aufwartet. Bei großen Brettern kann man das HS-164 auch durchgängig ohne Profilstrak verwenden.

Bitte beachten, dass das Profil HS-164 ein theoretischer Entwurf ist und noch nicht getestet wurde; die ausgesprochenen Empfehlungen basieren auf Erfahrungswerten von ähnlichen Auslegungen.

Fazit: Neues Profil für große Bretter zum Erproben!

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-164", Website, aerodesign.de, Zorneding, 20. Januar 2015

 

Die Idee hinter der losen Profilreihe HS-190..199 besteht darin, Anregungen für neue, alte oder vom Normalpfad abweichende Wege beim Profilentwurf zu liefern. Wo ein anderer Weg ist, sind leider auch die gefürchteten Abwege nicht weit entfernt. Die Profile hier muss niemand verwenden, man kann sie testen. Wer eines dieser Profile verwendet, sollte in der Lage sein, Rückschläge zu verkraften. Es ist Prototypenbau billigster Art angesagt, keine Mätzchen.

Das HS-190 ist der Versuch, bekanntes Wissen im niedrigen Re-Zahlbereich auf den Profilentwurf von ferngesteuerten Brettern anzuwenden. Die Grundlagen haben Lilienthal, Schmitz, Jedelsky, Serendensky und viele andere für konventionelle Profile gelegt, aber es gibt nur wenige Versuche, diese Erkenntnisse auf stabile Profile mit positivem Momentenbeiwert anzuwenden. Das Profil HS-190 habe ich invers über die Geschwindigkeitsverteilung entworfen und es weist als Besonderheit auf der Profilunterseite nur einen Druckanstieg als Schließungsanteil mit zwei davor liegenden linearen Druckabfällen von 0-40% und von 40-80% auf, die bei 6 Grad Anstellwinkel gut zu erkennen sind. Dadurch erhalten wir einen positiven Beitrag zum Momentenbeiwert von der Profilunterseite, so dass eine nahezu konventionelle Profiloberseite mit mäßiger Rücklage und sanftem Hauptdruckanstieg zum Einsatz kommen kann. An der Profilnase könnte man noch etwas mehr herauskitzeln, aber zu Lasten des Nasenkreisradius und somit auch wieder der geringsten kritischen Re-Zahl. Dieselbe Konzeption findet man in extremer Ausführung am MEG-64 und an superkritischen Profilen, aber letzteres ist ein anderes Thema.

Das Profil ist mit diesen Auslegungskriterien für niedrigere Re-Zahlen ausgelegt, damit wir endlich von den klobigen 250-350mm Wurzeltiefen herunterkommen und ein Profil haben, dass bei Re=150.000 stabil funktioniert. Schöne schlanke Tragflügel wie bei meinen Brettern »Ghost Castle« oder »Summerdream« mit 200er Wurzeltiefen zu realisieren, die auch etwas höhere Flügelstreckungen und Flächenbelastungen vertragen, ist das Ziel. Dass dieses Ziel nur knapp erreicht wird, sieht man an der Polare mit N-Kriterium von 13 und erzwungenem Umschlag bei 70/90%. Bei spiegelglatter Oberfläche muss also mit Turbulatoren gearbeitet werden. Lediglich die Polare mit höherem Turbulenzgrad und N-Kriterium 9 scheint unauffällig zu sein, aber aufpassen, der Schein trügt. Vor den Ruderklappen sollte auf der Profilunterseite in jedem Fall ein Turbulator eingesetzt werden. Der Einsatz dieses Profils erfordert also den Willen zum Experimentieren, das ist kein Selbstläufer.

Der Gegenentwurf zu dem hier dargestellten Entwurf ist der altbekannte Weg, einen Speedprofilentwurf mit langen laminaren Laufstrecken über ein extrem geringes Fluggewicht als Floater zu realisieren. Dieser Weg wird seit vielen Jahren erfolgreich gegangen, weswegen dieser hier beschriebene mögliche Seitenweg etwas in Vergessenheit geraten ist. Dieses Profil funktioniert in der Simulation ganz gut, insofern sollten sich die Überraschungen in den erläuterten Grenzen halten. Aber bitte immer beachten, eine X-Foil Simulation ist nicht die Realität. Die Simulation sagt, dass eine Dronte fliegt, wenn sie zuvor von einer Hummel gestochen wurde, die zu Fuß gegangen ist, weil Hummeln nicht fliegen können. Das Naturgesetz besagt, dass eine Dronte auch dann nicht fliegt, wenn sie von einer fliegenden Hummel gestochen wurde, weil Dronten seit 1690 ausgestorben sind. Alles klar? Gut. Das HS-190 sollte zu den Hummeln gehören, die bei Sonnenschein fliegen.

Fazit: Experimentelles Thermikprofil für Bretter.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-190", Website, aerodesign.de, Zorneding, 15. November 2014

 

Das Profil habe ich auf Basis des modifizierten S-5020 2,0/8,7% entwickelt und gegenüber diesem etwas verbessert. Jetzt stellt sich aber die generelle Frage: Warum soll man überhaupt ein so hochgewölbtes Profil für einen Pylonflitzer verwenden???

Aus der Erprobung meiner F5B Pfeile weiß ich, dass das MH-45 und MH-60 zickig werden, wenn man über 60g/dm² Flächenbelastung geht. Dadurch wird auch der eine oder andere Mythos zum Thema Nurflügel und Flächenbelastung verständlich. Wenderadien jenseits des Erdradius. Speed unglaublich, wenn man nur nicht starten und zu allem Übel auch noch landen müsste! Und die FAI Wettbewerbsprogramme haben die Speedwenden sicher nur drin, damit wir nicht die schicken MH Profile einsetzen können. Zugegeben, ein etwas sarkastischer Blick auf unser Problem, aber sonst kapiert das wieder niemand.

Wer den "Sexxy" Artikel gelesen hat, weiß Bescheid: Das Problem schlechthin dieser höher gewölbten S-Schlagprofile ist das untere Laminardelleneck. Und genau hier setzt dieses Profil an, bei genau ca=0,0 liegt das. Wer das nicht glaubt, sollte einen Blick in die Polare (88er Eppler Code) werfen. Geil. Endlich was für hochbelastete NF-Pylonracer. Den 75g/dm² dürft ihr mit einem coolen Lächeln begegnen, vorbei die 60g/dm² Zeiten. Damit es in den Wenden richtig schnalzt, darf es ruhig etwas mehr Verwindung sein. Nein, das tut nicht weh, denn erst unter ca=-0,2 wird der cw wieder abgrundtief schlecht. Das Profil sollte also den Ansprüchen vollauf genügen.

Darüber hinaus bin ich der Meinung, dass dieses Profil durchaus auch bei F3F Aktivitäten die Nase vorne haben dürfte. Die MH-45 oder MH-64 Fraktion ist zwar verdammt schnell, muss aber bei hoher Flächenbelastung kapitulieren. Deswegen erwarte ich langfristig mehr Erfolg mit höher gestreckten Entwürfen, die eine hohe Flächenbelastung einsetzen. Die exzellente Gleitflugleistung der "Sexxy" ist ein mehr als deutlicher Fingerzeig in diese Richtung. Jahrelang wurde versucht, mit gering gestreckten Entwürfen, geringer Wölbung und ersatzweise geringen Flächenbelastungen die Leitwerkler in Grund und Boden zu fliegen. Dieser Weg war offensichtlich nicht von Erfolg gekrönt. Ein Grund mehr, mal eine neue Richtung einzuschlagen!

Fazit: Bewährtes Profil für Speed400 Pylonrenner

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Entwurfsdiskussion "Minikiller", Website, aerodesign.de, Stuttgart, 2001
• Siegmann, Hartmut: Æ-40 "Sexxy"

 

Das hier ist ein Profil für schnelle Nurflügel, ganz schnelle Pfeile. Es handelt sich um ein semilaminares Speedprofil. Das Profil ist an sich genauso gut für langsame Segleranwendungen geeignet. Entworfen habe ich es zwar für Speednurflügel ab Speed400, aber so ein wenig Fremdgehen schadet sicherlich nicht. Für F5D kann man auch heißere reinrassige Laminarprofile wie das HS-533 oder HS-537 verwenden, aber wenn man manche F5D Modelle unter dem Aspekt der Oberflächengüte betrachtet, scheint der Profilwiderstand weitaus weniger Auswirkungen zu haben, als ein Akku, der gerade seinen schlechten Tag hat. Deswegen leistet das HS-522 hier sehr gute Dienste, weil es ausgesprochen gutmütig und dennoch sehr schnell ist.

Ein wichtiges Auslegungsziel des HS-522 galt dem Nullmomentenbeiwert (cm0). Es sollte gegenüber dem HS-520 reduziert werden, um das Auslegungs-ca trotz höherer Flügelstreckung (vgl. Minikiller Auslegung) im Bereich von ca=0.05..0.1 zu halten. Das Profil ist leicht instabil ausgelegt, was den Druckpunkt anbelangt und wird daher eher bei höher gestreckten und etwas stärker gepfeilten Konzepten seine Vorteile ausspielen können.

Das Profil ist prädestiniert für Speed Anwendungen, wie unter anderem die X-Foil Widerstandspolaren zeigen. Auch die Widerstandspolare nach Eppler weist ein sehr unkritisches Verhalten aus. Das hat sich genau so im Einsatz bestätigt, das Profil ist vollkommen unkritisch und leistungsfähig. Man kann auf Profiltiefen von 80 mm heruntergehen, obwohl ich 100mm als Untergrenze empfehle. Insofern ist das Profil für kleine Pylonrenner bis mittelgroße Hang-Nurflügel geeignet.

Fazit: Bewährtes Profil für kleine Pylonrenner

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Æ-66 V3 "Dotkiller", Website, aerodesign.de, Stuttgart, 2003

 

Das hier ist das Profil meines F5D Pylon Nurflügels Æ-77 V5 "Vampire". Das Profil durchlief mehrere Iterationsloops, bis ich es am 23. Juni 2004 finalisiert hatte. Es hat einen in der Praxis nur gering negativen Momentenbeiwert gezeigt, so dass ich meist mit leichter Trimmung auf Tiefenruder geflogen bin, was zumindest theoretisch etwas Speed kosten sollte, aber wahrscheinlich in der Realität nicht der Fall ist, denn das wäre aufgefallen. In der Praxis war das Profil insbesondere auf der Geraden und in 90° Turns extrem schnell, es hat sich insgesamt sehr gut bewährt. Bei 180° Kurven fehlt etwas Maximalauftrieb, der dem Auftriebsverlust durch die Elevons entgegenwirkt. Ansonsten ist das Profil ausgereift, was den Einsatz im Pylon Rennsport betrifft.

Trotz dieser angesprochenen leichten Defizite gelang es mir, mit dem "Vampire" und diesem Profil den 3. Platz in der Deutschen Meisterschaft der Klasse F5D-Limited in den Jahren 2005 und 2006 zu erreichen. Für einen Speed orientierten Pfeil kann man das Profil also jederzeit verwenden. Im Normalbetrieb fliegt man keine so extremen Schwerpunktlagen wie im Wettbewerb und dadurch stimmt dann auch die Höhenrudertrimmung, die neutral sein sollte.

Fazit: Wettbewerbserprobtes Profil für Pylonrenner.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Æ-77 V5 "Vampire", Website, aerodesign.de, Stuttgart, 2004

 

Der designierte Nachfolger vom Æ-77 V6E "Vampire" war der "StreetRacer" und hierfür hatte ich am 12. Mai 2004 bereits das HS-526 entwickelt. Also noch bevor ich das HS-525 finalisiert hatte, war das HS-526 fertig. Manche Profilentwürfe gehen einem einfach leichter von der Hand als andere. Nach dem Rückschlag mit dem HS-533 bei der V3 war mir aber im Endeffekt das Risiko mit dem negativen Momentenbeiwert vom HS-526 damals für die V5 zu hoch, weswegen ich zunächst das HS-525 für den Wettbewerbseinsatz favorisiert habe.

Aufgrund von Regeländerungen habe ich den "StreetRacer" allerdings nicht mehr fertig gebaut und erprobt. Es existieren noch die geschnittenen Tragflügelkerne und die CNC gefrästen Urmodelle für die Winglets. Auf diese Weise ist das HS-526 ein bis heute nicht erprobter Profilentwurf geblieben, auch wenn es ein sehr vielversprechendes Profil ist.

Der Profilmomentenbeiwert ist im Vergleich zum HS-525 etwas negativer, weil der "StreetRacer" eine höhere Flügelstreckung aufweist. Aufgrund der bekannten Erprobungsdaten vom HS-525 sollte es keine großen Überraschungen geben. Das Profilmoment sollte für rund 20° Pfeilwinkel und Tragflügelstreckung > 10 gut passen. Wer diese Eckwerte unterschreitet, sollte das HS-525 oder HS-522 verwenden.

Fazit: Profil für schnelle Leistungspfeile.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Æ-77 V6E "Vampire", Website, aerodesign.de, Stuttgart, 2006

 

Es war die Suche nach weniger Widerstand und mehr Speed als das HS-520. Diese Entwicklung vom September 2001 für Nurflügel Pylonrenner habe ich im Sommer 2003 erprobt. Die Erprobung dieses Profils war bisher das Extremste, was ich im Rahmen einer Flugerprobung erlebt habe. Der Endspeed des HS-533 ist absolut spektakulär, aber der Weg dahin ist ein sehr steiniger.

Wenn der »Æ 77 V3 Vampire« wenigstens beim Einschlag kaputt gegangen wäre, aber das Ding war dank Voll-Carbon einfach unzerstörbar. Der Voll-CFK Tragflügel existiert heute noch und ruht auf dem Dachboden. Im Deggendorfer Moor sprang es bei den Startversuchen mehrere Meter vom Boden hoch - nach dem Einschlag beim Startversuch am Bungee wohlgemerkt! Am Ende habe ich es am Bungee im Rückenflug an einer Hangkante gestartet, um das negative Nickmoment während der Startphase in den Griff zu bekommen. Ab ungefähr 180 km/h lag die Strömung am HS-533 an. Dann kreischte das Modell wie eine besengte Sau über den stahlblauen Himmel. Der Speed war atemberaubend, wirklich ruhig und schnell. Das Problem war nur die Landung, ab ungefähr 100 km/h entscheidet das Modell eigenständig vom Himmel zu fallen und rotzt sich selbst nach eigenem Ermessen in die Botanik. Das war ein Flug mit dem HS-533.

Was soll man dazu sagen? Der Flügel hatte einfach zu wenig Profiltiefe und einen kleinen Baufehler im Innenflügel, was zusammen mit dem Profil zu dem negativen Nickmoment führte. Vielleicht funktioniert das Profil bei einem großen Modell als Wurzelprofil. Es wird in jedem Fall endschnell werden. Ich habe derzeit ehrlich gesagt keine Lust, das auszuprobieren. Das Profil ist grenzwertig. Aber wenn es funktioniert, ist es extrem schnell. Als Abgrenzung der Reihe HS-520..533 nach oben ist es daher gut geeignet. Eine noch stärker ausgeprägte Laminarprofil Auslegung bedarf beim Pfeilnurflügel einer sehr guten Begründung.

An einem konventionellen Entwurf mit Höhenleitwerk sollte das Profil relativ problemlos funktionieren, allerdings nur mit Turbulator auf der Profiloberseite. In dieser Hinsicht ist es ganz gut mit dem RK-40 von Ralf Kornmann vergleichbar, das ähnliche Eigenschaften aufweist. Es ist also auch in diesem Bereich als experimentelles Profil einzustufen.

Fazit: Experimentelles Speedprofil für Pfeilnurflügel und Leitwerkler.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-533", aerodesign, Website, Zorneding, 01. September 2015
• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-533", Privat-Archiv, Stuttgart, 14. September 2001
• Siegmann, Hartmut: Æ-77 V3 "Vampire", Stuttgart, 2003

 

Das Profil habe ich im Juli 2004 für F5D Pylonrenner entwickelt. Es ist für ein oberes Laminardelleneck bei ca=0,6 für den Turn am Pylon Nr.1 und ca=0,4 für Pylon Nr. 2 & 3 entworfen. Das untere Laminardelleneck liegt leicht oberhalb vom Nullauftrieb. Das Profil wurde von David Dzida und Dennis Schulte-Renger bei ihren F5D Pylon Sportgeräten in Negativformen gefräst und erprobt.

Der Speed und die Wendeleistungen waren sehr gut, aber das Profil zeigte auf der Geraden eine leichte Laufunruhe. Eine komplette Runde im F5D Pylon Rennsport dauert nur knapp 6 Sekunden, da sind zusätzlichen Korrekturen durch den Piloten im Leistungssport natürlich von Nachteil. Aufgrund dieser leichten Defizite der Flight Handling Qualities wird das Profil im F5D Pylon Rennsport heute nicht mehr verwendet, obwohl die Flugleistung sehr gut war. Dazu hätte man wahrscheinlich den Rumpf verlängern müssen, wie das heute üblich ist. Bei größeren Modellen kann man das Profil insofern einsetzen, wenn man entsprechend einen etwas längeren Leitwerksträger vorsieht.

Fazit: Experimentelles Speedprofil für Leitwerkler.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: "Ohne Filter - Profile Light (13): F5D Pylon Profile", Zeitschrift, Aufwind 5/2004, die mediaidee, Bodelsberg/Allgäu, 2004
• Siegmann, Hartmut: "Ohne Filter - Profile Light (13): F5D Pylon Profile", Website, aerodesign.de, Stuttgart, 17.07.2004
• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-537", Privat-Archiv, Stuttgart, 17.07.2004

 

Das Profil ist eine Entwicklung von mir aus dem Sommer 2001. Wir starten mit einer etwas detaillierteren Betrachtung, damit die Vor- und Nachteile dieser Konzeption im Vergleich zu MH-32 und S2046 deutlich werden. (...) Vollständiger Artikel HS-606

Welche Klappentiefe beim HS-606 optimal ist? Alles zwischen 20% und 40% passt, dank des weichen Hauptdruckanstiegs auf Ober- und Unterseite. Reden wir also über etwas anderes. Dem MH-32 ist es in Sachen Klappen leicht überlegen, was vor allem auf den höheren Schließungsanteil (Endleistenwinkel spitzer) sowie die Gestaltung des Hauptdruckanstiegs auf der Profilunterseite zurückzuführen ist.

Fazit: Das Profil hat sich bei niedrigen Re-Zahlen sehr gut bewährt.

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil "HS-606", Website, aerodesign.de, Stuttgart, 03. September 2001

 

Den Profilstrak HS-824 bis HS-827 habe ich im Herbst 2013 für Allroundpfeile mit Pfeilwinkel von ca. 25° und Streckung oberhalb von 12 entwickelt. Beim Entwurf des Æ-84 »Boreas« habe ich diesen Profilstrak im Vorentwurf verwendet. Das Modell ist eine Vorstudie für einen Allround Pfeilnurflügel im Hangflug. Für diesen Einsatzzweck sind diese Profile der Reihe 82X allerdings etwas zu auftriebsstark. Für Allroundpfeile bis zum Thermikflug bieten diese Profile ein deutliches negatives Nickmoment, was dem Einsatz einer etwas größeren Verwindung entgegen kommt, typischerweise -3,0°. Dadurch sind Flugleistungen und -eigenschaften sehr gut. Das HS-824 ist als Profil an der Tragflügelwurzel vorgesehen.

Bei der Anwendung ist zu beachten, dass diese Profile im Normalfall nicht exakt in dieser angegebenen Form als durchgängige Reihe verwendet werden, weil sie dazu etwas zu unterschiedlich sind. Sie lassen sich untereinander mischen, modifizieren oder auch nur teilweise verwenden, also Strak von HS-825 auf HS-826 zum Beispiel. Diese Profile sind Basisprofile, die man über Anpassung von Dicke und Wölbung in einem Tragflügel harmonisiert. Die besten lokalen Profileigenschaften jedes Flügelabschnitts ergeben noch keinen harmonischen Tragflügelentwurf! Es empfiehlt sich daher, die Profile in der Dicke und der Wölbung aneinander dezent anzupassen. Diese Modifikation hängt von der Tiefen- und Verwindungsverteilung ab, also einem konkreten Tragflügelentwurf.

Mit den heute üblichen verfügbaren Tragflügelberechnungsverfahren führt man diese Feinabstimmung des Profilstraks durch. Das wichtigste Kriterium ist der Nickmomentenbeiwert (Trimmbarkeit), gefolgt vom maximalen lokalen Auftriebsbeiwert (ca_max), der für das Überziehverhalten verantwortlich ist und die vermeintlich so wichtige Flugleistung folgt als dritter Punkt. Fliegbarkeit hat Vorrang vor Leistung! Der Profilstrak in der hier angegebenen Reihenfolge von innen nach außen ist konservativ bezogen auf das Überziehverhalten ausgelegt.

PS: Diese Profile lassen sich auch für Leitwerkler verwenden...

Fazit: Experimentelles Wurzelprofil für Allround Pfeil-Nurflügel und Leitwerkler

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Design Studie Æ-84 "Boreas", Website, aerodesign.de, Zorneding, 15. September 2015

 

Mittenprofil am Tragflügel von Pfeilnurflügeln mit Wölbklappen, Erläuterung siehe Profil HS-824 bzw. HS-827.

Fazit: Experimentelles Wölbklappenprofil für Allround Pfeil-Nurflügel und Leitwerkler

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Design Studie Æ-84 "Boreas", Website, aerodesign.de, Zorneding, 15. September 2015

 

Mittenprofil am Tragflügel von Pfeilnurflügeln mit Wölbklappen, Erläuterung siehe Profil HS-824 bzw. HS-827.

Fazit: Experimentelles Wölbklappenprofil für Allround Pfeil-Nurflügel und Leitwerkler

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Design Studie Æ-84 "Boreas", Website, aerodesign.de, Zorneding, 15. September 2015

 

Das Augenmerk bei diesem Profilentwurf liegt auf der Eignung für niedrige Re-Zahlen am Außenflügel bis in den Wingletfuß hinein. Beim Vorentwurf des Æ-84 »Boreas« habe ich dieses Profil am Außenflügel verwendet. Das Profil erfordert Turbulatoren, weil es im Manöverbereich partiell unterkritisch umströmt werden kann. Dieser unterkritische Bereich ist zwar relativ klein, aber sicherlich in der Praxis vorhanden. Das Profil kann man ausdünnen, um diesen Bereich kleiner zu gestalten, aber dabei gibt es etwas zu beachten.

Der Grund für die gewählte Profildicke liegt im Abbau der Saugspitze am Übergang zum Wingletfuß, insbesondere bei Einsatz der Elevons. Wenn man hier zu dünne oder spitznasige Profile einsetzt, riskiert man einen Strömungsabriss am Außenflügel in der Wende. So eine »Vrille« sieht nicht schön aus, aber führt in großer Flughöhe nur selten zum Verlust des Modells. Anders sieht es in niedrigen Flughöhen aus, dann braucht man sehr viel Glück, um den Nurflügel wieder abzufangen.

Wenn man also zugunsten der kritischen Re-Zahl am Außenflügel zu dünne Profile einsetzt, hat man zwar kein laminares Ablöseproblem, aber man riskiert in diese Falle zu geraten. Das HS-827 kann problemlos weiter ausgedünnt werden, es ist konservativ ausgelegt. Wenn es der Profilstrak und die Profiltiefe erlaubt, kann man hier Anpassungen vornehmen. Aber bitte immer daran denken, dass die Elevons auch bei Voll-Ausschlag noch aerodynamisch funktionieren müssen und dafür benötigt man eine runde Profilnase.

Fazit: Experimentelles Außenprofil für Allround Pfeil-Nurflügel

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Design Studie Æ-84 "Boreas", Website, aerodesign.de, Zorneding, 15. September 2015

 

Bei Nurflügeln im Bereich der Spannweite von 3 bis 4 Metern gibt es einige Profile, aber nur wenige sind für den klassischen Strak auf das Außenprofil NACA-0010 ausgelegt. Das Profil HS-904 habe ich genau für diesen Profilstrak entworfen und soll bei modernen Allround Nurflügeln einen klassischen Außenprofilstrak ermöglichen. Durch das hohe Stabilitätsmaß der Nurflügel von 12-18% wird im Schnellflug ein dezent positiver Nickmomentenbeiwert benötigt und genau diesen liefert das Profil. Es ist auf ein konstantes Nickmoment ohne Einsatz von Turbulatoren entworfen. Diese Auslegung kostet beim Profil nominell geringfügig Flugleistung, aber die besseren Flugeigenschaften sollten diesen kleinen Nachteil der etwas kürzeren laminaren Laufstrecken mehr als kompensieren.

Den Koordinatensatz des HS-904 mit der Endleistendicke 0.0 (Original) habe ich ebenso zum Download bereit gestellt, wie Koordinaten »HS-904 (TGAP=0.0005)« mit einer zum NACA-0010 passenden Endleistendicke bei einer Zuspitzung (Seitenverhältnis) von 1/4. Mit den Originalkoordinaten (Endleistendicke 0.0) sind die Widerstandspolaren berechnet worden. Das NACA-0010 berechnet sich normalerweise jeder selbst, aber hier habe ich einen speziell im Nasenbereich verfeinerten Datensatz mit 199 Koordinaten erstellt, der zum Wurzelprofil gut passt. So kann sich jeder den geeigneten Profilkoordinatensatz für das eigene Projekt herunterladen und direkt mit der Konstruktion beginnen.

Bei der CAD Konstruktion des Tragflügels bitte beachten, dass die Profilschnitte senkrecht auf die t/4 Linie zu beziehen sind und nicht in Flugrichtung. Man kann einen absoluten oder relativen Profilstrak bauen. Dieser Fehler ist weitaus geringer, als die Nichtbeachtung der Orthogonalität der Profile auf der t/4 Linie. Das HS-904 verwendet man im Mittelteil des Tragflügels und strakt dann im Trapezflügel auf das NACA-0010 an der Flügelspitze. Die erforderliche Verwindung hängt vom Tragflügelentwurf, der Schwerpunktlage und dem Fluggewicht ab, also dem Auslegungs-ca (ca*) und wird zwischen -4° und -14° liegen, ebenfalls orthogonal zur t/4 Linie. Selbstverständlich kann man den Profilstrak und die Verwindung auch in Flugrichtung ausrichten, dadurch würde der Nurflügel einen um den Pfeilwinkel aufgedickten Profilstrak und reduzierte Verwindung erhalten.

Die Wahl der Glockenauftriebsverteilung ist bei leichten Modellen in gewissem Umfang Geschmackssache, sin^2,5 bis sin^3,0 sind üblich und nur bei hoher Flächenbelastung und großem Stabilitätsmaß geht man in Richtung sin^4,0. Es gibt bei diesem Profilstrak kein negatives Nickmoment im Schnellflug zu kompensieren, insofern hat man bei der Auftriebsverteilung Spielraum für Experimente.

Bitte beachten, dass dieses Profil nicht für große gepfeilte Schwanzlose mit Winglets gedacht ist, in dem Anwendungsfall wäre der Nickmomentenbeiwert des Wurzelprofils zu positiv. In dem Einsatzbereich würde man eher ein Profil mit längeren laminaren Laufstrecken einsetzen. Das ist bei einem Nurflügel aufgrund der Flugeigenschaften nicht sinnvoll, insofern ist das HS-904 ein reinrassiges Profil für Nurflügel. Das Profil wurde inzwischen erprobt und hat sich als harmonisch zu fliegendes Profil bewährt.

Fazit: Wurzelprofil für Allround Nurflügel

Quellen- und Literaturnachweis

• Siegmann, Hartmut: Profil HS-904, Website, aerodesign.de, Zorneding, 17. Oktober 2015
• Siegmann, Hartmut: Profilkoordinaten NACA-0010, Website, aerodesign.de, Zorneding, 17. Oktober 2015
• Kehrer, Thomas: Profilstrak am Trapezflügel, Website, Nurflügel-Team, Vortrag, Walsum, Mai 2001
• Siegmann, Hartmut: Glockenauftriebsverteilung, Website, aerodesign.de, Stuttgart, 2000

 

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