Nur ein Traum oder irgendwann wirklich ?

[Lausig]

Kleine Enten-Anekdote am Rand...

Wenn man nicht gerade symmetrische Profile verwendet, "hängt" man bei Enten im Schnellflug nur noch am Canard, dessen Auftrieb muss so groß sein um das Profilmoment auszugleichen, dass er allein das Flugzeug tragen kann. Im Schnellflug wird bei der Ente der Hauptflügel zum Leitwerk (macht den Momentenausgleich) und der Canard zum Haupflügel (trägt das Gewicht).

 

Inwiefern spielt die Geschwindigkeit eine Rolle, welcher Flügel wie viel trägt? Wenn man das Momentengleichgewicht um den Schwerpunkt aufstellt, sollte sich die Geschwindigkeit ja rauskürzen, weil diese für beide Flügel gleich ist. 

[Danix]

Wobei es bei Revolutionen eben immer darum ging, etwas so völlig neues zu entdecken, das man sich vorher nicht vorstellen konnte. Solche Schritte werden zweifellos immer und überall noch kommen. Die Erfindung des Jet-Triebwerkes war so was, oder der intregrierte Schaltkreis, die Supraleiter. Das wird sicher auch mal kommen. Ja, vielleicht gibt es sogar mal einen Warpantrieb oder einen Fluxkompensator. Aber wer so was erfindet, der ist nicht Luftfahrtkonstrukteur, sondern macht so eine Erfindung im Labor. Und erst wenn das Produkt überall auf der Welt einwandfrei reproduzierbar ist, werden auch konkrete Anwendungen folgen, und sie folgen automatisch. Dazu braucht man dann keine hochgeschraubten PR-Stunts.

 

Bis es so weit ist halten wir uns an die momentan geltenden physikalischen Gesetze...

 

Dani

[Volume]

 

Inwiefern spielt die Geschwindigkeit eine Rolle, welcher Flügel wie viel trägt?

Weil das Cm unter Freunden konstant bleibt, das Ca aber mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt

oder andertherum (dimensionsbehaftet)

Weil das Profilmoment quadratisch mit der Geschwindigkeit zunimmt, der Auftrieb aber konstant (gleich dem Gewicht) bleibt.

 

Je mehr Nickmoment aus dem gewölbten Profil, desto weiter vorne muss der (konstante) Auftrieb angreifen um es auszugleichen.

 

Aber wer so was erfindet, der ist nicht Luftfahrtkonstrukteur, sondern macht so eine Erfindung im Labor.

So manche kleine Flugzeugfirma ist in Wirklichkeit ein Labor...

 

Gruß

Ralf

[Chipart]

In der Fertigung wird sich noch einiges tun, aber bei Festigkeit, Steifigkeit und Gewicht haben wir mit den modernen Faserverbundwerkstoffen langsam alles rausgeholt, was da zu erwarten ist.

Bist Du Dir da so sicher? Nur ein kleines Beispiel: Eine einzelne Kohlenstofffaser (schreibst man das wirklich mit 3 "f" ?) hat ein E-Modul von bis zu knapp 400 GPa. Selbst das beste derzeit verbaute CFK hat gerade mal gut 150 GPa in Längs- und (natürlich weil es stark anisotrop ist) eine Größenordnung weniger in Querrichtung.

Wir verlieren also bereits beim ersten Verarbeitungsschritt über die Hälfte der Grundfestigkeit. Hier würde ich z.B. erwarten, dass wir in den nächsten 2 Jahrzehnten (und darüber hinaus) noch eine Revolution durch systematische Anwendung von 3-D Webtechniken sehen.

 

Florian

[Volume]

In der Luftfahrt belasten wir weite Strukturen nur Zwei- oder sogar nur Eindimensional, da ist von 3D Webtechnik nicht viel zu erwarten.

Ich pflege ja zu sagen, diese ganzen modernen Faserverbund-Ideen braucht man nur um die Bauteile in CFK zu machen, die man ohnehin besser aus Metall macht...

 

 

Wir verlieren also bereits beim ersten Verarbeitungsschritt über die Hälfte der Grundfestigkeit.

Wir verlieren die Grundsteifigkeit. Bei der Festigkeit ist der Gewinn an Damage Toleranz (es reisst nur eine Faser von Tausenden) viel entscheidender, als der Verlust an Grundfestigkeit. Ausserdem sind fast alle Strukturen in der Luftfahrt extrem dünnwandig (ausser den bereits angesprochenen Fittingen und Beschlägen, die man eh besser aus Metall macht), und da ist die volumenspezifische Festigkeit egal, oder sogar kontraproduktiv. Wichtig ist die gewichtsspezifische Festigkeit, und da ist CFK schon heute extrem gut. Das CFK Bauteil wird halt etwas dicker als das Metallbauteil, aber dafür kann man dann auch ein paar Versteifungen weglassen, weil geringe Wandstärke ja gar nicht unbedingt gut ist, gerade wenn man auf Druck belastet.

 

Wenn man vergleicht was "die kleinen" (z.B. die Segelflieger) und "die großen" (z.B. am A380) machen, dann ist der tatsächliche Vorteil der extrem aufwändig gebauten CFK Strukturen mit extremen Faservolumenanteilen und unidirektionalen Tapes gegenüber den Handlaminierten Geweben gar nicht so groß. Was man an Gewichtsvorteil gewinnt, zahlt man mit schlechterer Reparierbarkeit, höherer Empfindlichkeit gegenüber Beschädigung, Mehraufwand bei der Inspektion etc. wieder drauf. Am Ende investiert man dann für Inspektionsöffnungen das Gewicht wieder, was man gegenüber der unempfindlichen Struktur gewonnen hat. Die Kennwerte mögen bei den High-Tech Konstruktionen besser sein, das Endprodukt ist auch bei der 70er Jahre Faserverbundtechnologie schon richtig gut.

Am Ende brauchen wir das Material oft gar nicht auszureizen, weil der Flügel schon allein deshalb dick werden muss, damit der ganze Sprit reinpasst... Für das was wir heute sinnvollerweise bauen, ist das verfügbare Material nicht der limitierende Faktor.

 

Gruß

Ralf

[Meerkat]

 Allerliebst auch die Idee, die Canards im Reiseflug einzufahren. (Wer braucht schon Momentengleichgewicht oder Längsstabilität...) 

 

Wozu braucht man das schon?  :D

 

[Meerkat]

 Zu Danix Überlegungen bzgl. Senkrechtstart: Der Volokopter schafft das mit 18 "kleinen" E-Motoren - zwar noch mit eher traditionellen Propellern und keinen Highspeed-E-Turbinen, aber so absurd ist das auch nicht.

 

Das Problemchen bei so kleinen E-Impeller liegt darin, dass sie Festpropellerchen haben. Und Festpropeller sind idealer Weise zusammen mit dem Motor ausgelegt auf eine bestimmte Geschwindigkeit in der sie eine optimale Leistung erbringen. Und da ist der Geschwindigkeitsbereich von 0 m/s zum Starten und Landen und 300 km/h für einen optimalen Reiseflug zu gross wenn man gängige Impeller betrachtet http://www.schuebeler-jets.de/hst-impeller/ds-94-dia-hst.html

Selbst bei der CV-22 musste man diesbezöglich Kompromisse eingehen und es würde mich nicht erstaunen wenn deren Rotorblätter etwas verstellbar sind.

[Lubeja]

Selbst bei der CV-22 musste man diesbezöglich Kompromisse eingehen und es würde mich nicht erstaunen wenn deren Rotorblätter etwas verstellbar sind.

Die Osprey? Das Ding ist ein halber Hubschrauber, die nutzen sogar zyklische Blattverstellung via Taumelscheibe...

[Chipart]

Das Problemchen bei so kleinen E-Impeller liegt darin, dass sie Festpropellerchen haben. Und Festpropeller sind idealer Weise zusammen mit dem Motor ausgelegt auf eine bestimmte Geschwindigkeit in der sie eine optimale Leistung erbringen. Und da ist der Geschwindigkeitsbereich von 0 m/s zum Starten und Landen und 300 km/h für einen optimalen Reiseflug zu gross wenn man gängige Impeller betrachtet...

Also zum Einen haben gängige TurboFans auch feste Schaufelgeometrien und decken dennoch einen deutlich breiteren Geschwindigkeitsbereich ab und zum Anderen: Woher weisst Du, dass im hier diskutierten Design alle Motoren/Impeller die gleiche Auslegung haben?

 

Es wäre ja - bei der großen Anzahl der Motoren - zumindest denkbar, dass einige davon speziell für den Start/Langsamflug optimiert sind, während andere auf Reisefluggeschwindigkeit ausgelegt sind.

 

Wie hat schon Matthias Claudius so schön in seinem Gedicht geschrieben, das wir alle als Schlaflied kennen, aber nur selten tatsächlich auf den Text hören: "So sind wohl manche Sachen, die wir getrost belachen, weil unsere Augen sie nicht sehn!"

 

Florian

Bearbeitet 12. Mai 2016 von Chipart

[Volume]

 

die nutzen sogar zyklische Blattverstellung via Taumelscheibe...

Und zwar sogar lateral... (was man ähnlich über rechts/links differenzierte kollektive Verstellung machen könnte)

 

 

Also zum Einen haben gängige TurboFans auch feste Schaufelgeometrien und decken dennoch einen deutlich breiteren Geschwindigkeitsbereich ab

Sie müssen aber im Stand nicht ein mehrfaches des Reiseschubs erzeugen, und sie haben sehr aufwändige Cowlings die über den ganzen Geschwindigkeitsbereich die Umströmung entsprechend erlauben, und zwar dreidimensional. Eine Reihe von Fans hat nur noch die Chance, zweidimensinal die Umströmung zu variieren, aus der Richtung des Nachbarfans kann man nicht ansaugen oder in Richtung des Nachbarfans kann man nicht verdrängen.

Wenn wir mal davon ausgehen, das das Ding auch nur halbwegs wirtschaftlich sein soll, dann müssen wir im Reiseflug von einer Gleitzahl um 10 ausgehen, d.h. die Fans müssen zum Start im Stand das zehnfache an Schub liefern als im Reiseflug bei 300 km/h. Selbst wenn man einige Fans einfährt, auch ein Faktor von 7-8 ist noch enorm.

 

Es ist halt wie bei Star Treck, wer es wirklich geniessen will darf sich nicht zuviele Gedanken über Details machen, sondern mus einfach auch ein bisschen träumen.

 

Gruß

Ralf

[G180]

 

Aber im Bereich der Batterien brauchen wir wohl nochmal 10-20 Jahre, ehe sie für die Luftfahrt wirklich taugen. Ich bin allerdings überzeugt, das das tasächlich nur noch die Frage wann ist, nicht mehr ob.

 

Gruß

Ralf

Allerdings gibt es ein Akku- betriebenes Luftfahrzeug schon seit 13 Jahren ( den Erprobungsträger dazu noch länger ).https://de.wikipedia.org/wiki/Lange_Antares_20E

[Volume]

 

ein Akku- betriebenes Luftfahrzeug

ein Akku-gestartetes Luftfahrzeug.

Betrieben wird es dann nach dem Start thermonuklear durch Sonnenstrahlen und daraus resultierender Konvektion...

 

Gruß

Ralf

[G180]

ein Akku-gestartetes Luftfahrzeug.

Betrieben wird es dann nach dem Start thermonuklear durch Sonnenstrahlen und daraus resultierender Konvektion...

 

Gruß

Ralf

Lange war damals ein Pionier und 17 Jahre nach dem Erstflug seines Erprobungsträgers gibt es mittlerweile auch akkubetriebene Flugzeuge, z.B.http://www.aerokurier.de/luftsport/ultraleicht-lsa/erstflug-der-magnus-fusion-mit-siemens-elektromotor-geglueckt/676476

[Meerkat]

Woher weisst Du, dass im hier diskutierten Design alle Motoren/Impeller die gleiche Auslegung haben?

 

Ich weis es nicht, aber es ist meines Erachtens naheliegend alle gleich zu machen um die Produktions- und Logistikkosten zu senken. Des weiteren beachte man mal den Standschub der Schübele-Impeller als Hausnummer. 36 x 128 mm Impeller (je 10 kW! und 1.3 kg Eigengewicht) generieren zusammen nur einen Standschub von etwas mehr als 360 kg, zuwenig um ein 600 kg Flugzeug senkrecht starten zu lassen. Man müsste praktisch alle Impeller für einen Senkrechtstart optimieren mit einem phenomenalen ca von 0.6 und mehr, einem eben so phenomenalen Wirkungsgrad und dann sind die Blättchen mit 50'000 U/min bereits in transsonischen Bereich, was das Ganze nicht einfacher macht. Das Flugzeug fliegt dann aber noch nicht einmal vorwärts.

 

 

Also zum Einen haben gängige TurboFans auch feste Schaufelgeometrien und decken dennoch einen deutlich breiteren Geschwindigkeitsbereich ab

 

Wie Ralf schon erwähnte funktionieren TurboFans etwas anders. Zumal bei denen ein Teil des Schubes durch den Jet-Bereich erzeugt wird.

[Chipart]

Des weiteren beachte man mal den Standschub der Schübele-Impeller als Hausnummer. 36 x 128 mm Impeller (je 10 kW! und 1.3 kg Eigengewicht) generieren zusammen nur einen Standschub von etwas mehr als 360 kg, zuwenig um ein 600 kg Flugzeug senkrecht starten zu lassen.

Okay, Du hast einen Impeller gefunden, mit dem das nicht geht.

 

Nehmen wir mal einen anderen Impeller - der einfachheit halber vom selben Hersteller: Der DS-94-Dia-HDT liefert 95N Standschub aus 5,7 kW - und skaliert sehr schön nach unten mit 28N aus 1kW. Die Maximalleistung liefert er übrigens auch nicht bei den von Dir genannten 50.000 U/min, sondern bei für dieses Konzept moderaten 38.000. Er schafft also 16,67N/kW.

 

Bei den 320 kW Gesamtleistung des Lilium wären das bei dieser Effizienz ein Gesamtschub von 5.333 N. Mit diesem Impeller könnte man also schon knapp 550 kg senkrecht starten.

 

Reicht auch noch nicht ganz, aber es braucht nun wirklich nicht so viel Phantasie, um zu sehen, dass das mit weiter verbessertem Design schon gehen würde....

 

FLorian

[Volume]

Die Standschubangaben gelten aber nur für einen frei saugenden Fan, wenn du sie in einer Reihe installierst, können sie aber nur noch aus einer Richtung frei ansaugen, in der anderen saugen sie eine exakt parallele Strömung an. Was beim Saugen schlecht ist, gilt natürlich auch fürs blasen, und da wird zwangsweise die Strahleinschnürung geringer, da nur noch senkrecht zur Fanreihe möglich, das dürfte sich positiv auf den Energiebedarf aber negativ auf den Schub auswirken.

 

So ganz genau zeigen es die Renderphantasien nicht, aber zumindest beim Canard sind die Fans sogar in Zweierreihen angeordnet, da wird die Strahlgeometrie nochmal komplexer, und vermutlich wird man sogar unterschiedliche Fans aussen am Rand und innen in der Gruppe brauchen.

 

Das Konzept ist jetzt (zumindest was das Hovern angeht) nicht Lichtjahre vom Machbaren entfernt, aber immer noch zu weit. Es genügt ja nicht den Standschub zu 100% produzieren, du musst ja auch noch steuern und in den Horizontalflug übergehen können, also brauchst du ein bisschen Reserve. Ich bin kein Hubschrauberprofi, aber es würde mich mal interessieren, welche Maximalschub zu Gewichts Verhältnisse deren Rotoren haben, aber ich würde mal wenigstens von 1.2 ausgehen.

Ganz zu schweigen davon, dass man auch noch im Sommer von einem heissen Asphaltparkplatz bei 38° (ISA definition des "heissen Tages") auf 1000 Metern Höhe schweben können möchte. Es soll ja kein Fluggerät für Sibirien im Winter werden...

 

Zum Thema Seriösität...

Die Inspiration für das neue Fluggerät sei aus dem Film „Das fünfte Element“ gekommen, in dem sich die Autos fliegenderweise durch die Straßenschluchten bewegen.

Wenn das nicht mal in einem mächtigen Ba-Da-Boom endet...

 

https://de.wikipedia.org/wiki/Das_f%C3%BCnfte_Element

Drehbuchautor Luc Besson hatte die Idee zu einer solchen Geschichte bereits im Alter von 16 Jahren.

Was das Design und dessen technische Machbarkeit erklären könnte...

Wobei mit Milla auf dem Rücksitz, könnte mir dieses Projekt auch in meinem Alter noch gefallen :blush:

 

Gruß

Ralf

[Dierk]

Kleine Enten-Anekdote am Rand...

Wenn man nicht gerade symmetrische Profile verwendet, "hängt" man bei Enten im Schnellflug nur noch am Canard, dessen Auftrieb muss so groß sein um das Profilmoment auszugleichen, dass er allein das Flugzeug tragen kann. Im Schnellflug wird bei der Ente der Hauptflügel zum Leitwerk (macht den Momentenausgleich) und der Canard zum Haupflügel (trägt das Gewicht).

 

Das ist grob falsch. Der Canard ist nur relativ schwach belastbar. Ich habe den Auftrieb und die Strukturbelastung mal nachgerechnet. Beispiel MTOW 450 Kg. Canard-Auftrieb ca. 15 Kg, Rumpf habe ich nicht gerechnet (Kastenform), Hauptflügel die restlichen ca. 430 Kg. Bei Einflug in eine Böe mit strukturgefährdender Vertikalgeschwindigkeit (ich glaub es waren 25 oder 30 m/s vertikal nach oben) ändert sich das resultierende Alpha abrupt und der Canard bricht bei 80 kts und ca. 150 Kg Last, der Hauptflügel bei 108 kts und mehreren Tonnen Last... Weshalb der Konstrukteur für "raue Luft" empfiehlt, 80 kts nicht zu überschreiten...

 

Zahlen für andere Muster dürften sich natürlich von diesem Modell unterscheiden.

 

Im übrigen liegt der Canard weit ausserhalb des Massenschwerpunkts.

Bearbeitet 13. Mai 2016 von Dierk

[Chipart]

Zum Thema Seriösität...

 

Zitat aus dem verlinkten Artikel:

 

"Weil der Lilium-Jet auch als Auto funktionieren soll, könnte sein Besitzer vermutlich ohne fremde Hilfe den nächstgelegenen Startplatz erreichen. Im jetzigen Modell würden allerdings die beiden Tragflächen die Wendigkeit des Flugautos am Boden erheblich einschränken."

 

Klar! Ein A380 ist auch ein Auto, wenn nur die Autobahn breit genug ist!

 

Florian

[Volume]

 

Canard-Auftrieb ca. 15 Kg, Rumpf habe ich nicht gerechnet (Kastenform), Hauptflügel die restlichen ca. 430 Kg.

Bei den Werten müsste die Flügelfläche des Canard kleiner als 3.5% der Flügelfläche des Hauptflügels sein, damit er stabil fliegt.

Das kann nur sein, wenn es sich um einen "Nurflügel mit Steuercanard" oder sowas exotisches wie den natürlich instabilen und nur dank Computern überhaupt fliegabren Eurofighter handelt.

 

Guck dir mal Dieses Bild der SpeedCanard an, der Schwerpunkt muss definitiv vor dem Hautfahrwerk liegen (sonst würde der Flieger ja umkippen...), damit liegt er auch definitiv vor dem Hauptflügel. Daraus kannst du anhand der Hebelarme in etwa abschätzen, was der Canard wohl schon ganz ohne das kopflastige Nickmoment eines positiv gewölbten Flügels tragen müsste. Ich würde mal von etwa 25% ausgehen. Sonst bräuchte sie auch kein Hochauftriebsprofil am Canard.

Bei Apollo heisst es

The canard carries 20% to 25% of the aircraft’s total weight

 

Bei dem Flieger den ich durch und durch kenne sind es etwa ein Drittel, den der Canard beim besten Gleiten trägt, und fast das volle Gewicht bei V_D.

 

Gruß

Ralf

[Dierk]

Bei dem Flieger den ich durch und durch kenne sind es etwa ein Drittel, den der Canard beim besten Gleiten trägt, und fast das volle Gewicht bei V_D.

 

Gruß

Ralf

Der Canard kann im schnellen, stabilen Horizontalflug niemals annähernd das volle Gewicht tragen, da sich der Massenschwerpunkt viel näher am Hauptflügel befindet als am Canard... Auch wandert der Schwerpunkt nicht so extrem in Abhängigkeit der Geschwindigkeit. Beim Sinkflug bis V_D wird das Gewicht je nach Winkel zunehmend von allem getragen, was Drag verursacht. Gerade der Canard ist extrem aerodynamisch und verursacht im schnellen Sinkflug kaum Drag. Bearbeitet 13. Mai 2016 von Dierk

[Volume]

 

Auch wandert der Schwerpunkt nicht so extrem in Abhängigkeit der Geschwindigkeit.          

Der Druckpunkt aber.

 

Wie in dem Bild zu sehen verlässt bei diesem Profil der Druckpunkt um Ca = 0.2 die Profilkontur, bei Ca = 0.1 (echter Schnellflug) dürfte er bereits eine Profiltiefer hinter den Flügel liegen (ziemlich wenig anschaulich, aber trotzdem wahr!). Da der Hebelarm des Hauptflügels um den SP damit immer länger wird, muss auch der Canard immer mehr tragen. Damit wandert dessen Druckpunkt kaum, da das Ca dort vergleichsweise hoch bleibt.

 

Gruß

Ralf

[Dierk]

Der Druckpunkt aber.

 

Wie in dem Bild zu sehen verlässt bei diesem Profil der Druckpunkt um Ca = 0.2 die Profilkontur, bei Ca = 0.1 (echter Schnellflug) dürfte er bereits eine Profiltiefer hinter den Flügel liegen (ziemlich wenig anschaulich, aber trotzdem wahr!). Da der Hebelarm des Hauptflügels um den SP damit immer länger wird, muss auch der Canard immer mehr tragen. Damit wandert dessen Druckpunkt kaum, da das Ca dort vergleichsweise hoch bleibt.

 

Gruß

Ralf

Der Flieger, mit dem ich mich beschäftigt hatte, war mit Querrudern ausgestattet, die als Flaps funktionierten. Dann dürfte http://www.mh-aerotools.de/airfoils/nf_3.htm zutreffen. Bei Betätigung des Flap-Hebels gab es entsprechend starke (sehr starke) Nick-Momente, die kurzzeitig manuell mit dem Stick korrigiert werden mussten.

 

Ausserdem, warum wird kein "Reflex Camber" für den Hauptflügel genommen, dann würde der Druckpunkt bei sinkendem Alpha statt nach hinten nach vorn wandern und den Canard aerodynamisch entlasten...

Bearbeitet 13. Mai 2016 von Dierk

[Chipart]

 Da der Hebelarm des Hauptflügels um den SP damit immer länger wird, muss auch der Canard immer mehr tragen. Damit wandert dessen Druckpunkt kaum, da das Ca dort vergleichsweise hoch bleibt.

 

Würde man dem Hauptflügel dann nicht ein symmetrisches Profil geben, damit der Druckpunkt eben gerade nicht nach hinten wandert?

 

Florian

[G180]

Ich habe das Thema eröffnet und schliesse es für mich ab: Träumerei jenseits machbarer Realität, allein die geplante Markteinführung ist :blush:  :blush:  :blush:

[Meerkat]

Bei dem Flieger den ich durch und durch kenne sind es etwa ein Drittel, den der Canard beim besten Gleiten trägt, und fast das volle Gewicht bei V_D.

 

Sollte das effizient sein, wenn der Canard, der hier nur rund 1/4 der Auftriebsfläche aus macht, 1/3 des Gewichtes tragen muss, zumal er auch keine Winglets hat?