Eine RG lernt das Fliegen ( RG goes on Foil )

[hammax]

... ich schaue ja jetzt schon seit dem Start dem IMOCA OceanRace zu.
viewtopic.php?p=32423#p32423
Im jüngst offenbarten Profil sehe ich nur die Bemühung,
ein widerstandsarmes und trotzdem hinreichend steifes Blatt zu erzeugen.
Also eher symmetrisches Kiel- oder Ruderblatt-Profil.
Auch die ganzen Videos zeigen mehr das übliche "Gleiten" als eine Nutzung von Auftriebs-Kraft.
Die Profil-Oberseite hat bei den meisten Fahrtzuständen von 15 - 25 kn
wohl kaum mehr die Bedeutung wie beim "echten" Tragflügel im Gas-Fluid (2/3 Auftrieb).
(kann mich auch noch an frühere Grenzschicht-Zäune auf den Foiloberseiten erinnern
also ist ein Strömungsabriss inzwischen nicht mehr Gegenstand irgendwelcher Bedenken).
Wenn man also Foils im Sinne der Tragfläche einsetzen will, dann muss es tief genug
angeordnet sein und weg von Oberfächeneffekten bleiben.

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
zunächst meine Hochachtung vor dem Projekt. Das schaut schon sehr gut aus und hat bestimmt Potential zu was großem.

Da dies mein erster Beitrag in diesem Forum ist möchte ich mich kurz vorstellen:
Ich bin der Johannes, oder Hannes ganz wie ihr wollt und baue eigentlich mein Leben lang schon Flugzeuge. In den letzten Jahren habe ich mich sehr intensiv mit der Aerodynamik von Modellflugzeugen auseinander gesetzt und auch vieles Berechnete gebaut. Letzes Jahr - als Krönung sozusagen - einen Nachbau einer IMOCA mit 1m Rumpflänge. Dokumentiert ist das hier:
https://www.rc-network.de/threads/imoca ... .11915661/
Das Projekt ist noch lange nicht am Ende, aber auf einem guten Weg. So traue ich mich einige Gedanken über die Profilierung hier einzubringen.

Eines noch vorab: In unserer heutigen Zeit gilt nur noch was einen bildlichen Beweis besitzt, das ist auch sehr gut und richtig so. Nur kenne ich auch das Problem, ein foilendes Modell zu filmen. Wir sind noch sehr am Anfang, meist alleine am See, geil es klappt aber natürlich kein video davon. Wenn dann einer zum filmen da ist, ist irgendwas nicht optimal.

Das symmetrische Wurzelprofil der IMOCA hat folgenden Grund: Unter Krängung steht der Wurzelbereich mehr oder weniger senkrecht nach unten, hat also die Funktion eines Schwertes. Und dieses soll ja Auftrieb nach Luv erzeugen. Wäre der Wurzelbereich wie der Rest des Foils gewölbt würde es Auftrieb in die falsche Richtung erzeugen (nach Lee), wäre also total kontraproduktiv. Durch Cantingkell und den breiten Arsch hat man eh immer zu wenig lateralen Auftrieb.
Dies bedeutet aber nicht, dass das ganze Foil symmetrisch profiliert ist. Ich bin mir sehr sicher, dass die Foils ab dem Punkt wo sie nach aussen gehen ein Profil mit Wölnung besitzen, alles andere macht eigentlich keinen Sinn.

hammax, du sprichst einen großes Problem an: Nämlich das Durchstoßen der Wasseroberfläche. Ich sage, wenn das passiert ist es vorbei mit dem Auftrieb. Ich habe den Eindruck, dass sich damit die Flughöhe bei unseren Modellen selbst reguliert. Daraus habe ich bei mir, unter anderem, geschlossen, dass das Foil weiter ins Wasser muss (um den Rumpf weiter aus dem Wasser zu heben).

Die mM größte Anforderung an das tragende Profil des Foils ist die Breitbandigkeit. Anstellwinkel und Geschwindigkeit wechseln ständig und das muss das Profil abkönnen. Ich habe mein Profil für ca. Re=80000 ausgewählt.

Zunächst sollte es einen späten Strömungsabriss haben, sprich auch bei hohen Anstellwinkeln noch moderate Widerstandswerte haben.

Bei geringen Re- Zahlen als unser Auslegungspunkt sollte es möglichst geringen Widerstand haben. Da wird es nur bremsen und nicht genug Auftrieb erzeugen.

Tja und dazwischen? Möglichst viel Auftrieb bei wenig Widerstand , ist eh klar.

Aus diesen Gründen finde ich die Profilwahl mit dem RG 15 sehr gelungen.
Ich habe den Weg, den Andy vorschlägt gewählt und mich bei Drela bedient. Bei meinen zahlreichen Flugmodellrechnereien bin ich irgendwann über das AG25 gestolpert und war von den Alroundeigenschaften fasziniert. Deshalb hat die IMOCA das AG25 auf den Foils.

Den gedanken mit dem S-Schlagprofil finde ich sehr spannend, bin aber in dem Thema zu wenig drinnen um es qualifiziert beurteilen zu können- ich werde mich dazu belesen.

Ich würde mich sehr freuen wenn hier ein qualifiziert, angeregte Diskussion stattfindet,
schöne Grüße,
Johannes

[Shark]

Hallo zusammen,

danke Andy für deinen Input. Jetzt wo ich einige Stunden mit dem Foil auf dem Wasser verbracht habe, würde ich auch ein anderes Profil wählen. Profile von den aktuellen HLG-, DLG-, RES-Fliegern sind sicherlich nicht verkehrt. Man muss das Rand ja nicht neu erfinden. Schaut man sich die Polardiagramme vom RG15 und AGxx sind diese erst einmal gar nicht so unterschiedlich. Wichtig fürs erste Foil war mir halt, dass es passend für den vorhandenen Re-Zahl Bereich ist und man mit dem Profil nicht allzu sehr im Off liegt.
Mit meine aktuellen Foil liegt man im Re-Zahl Bereich um die 80k-100k wenn man fliegt. Im Verdrängerzustand vor dem Abheben dann etwa bei der Hälfte.

Mit dem S-Schlag Profielen bin ich mir nicht sicher ab es Vorteile bringt. Wenn ich mich recht erinnere, dann bekommt man die Momentenstabilität nur auf Kosten von Effizienzverlust, sprich geringerer Gleitzahl. Man bekommt hat nichts umsonst geschenkt. Bei Nurflüglern ist das dann nicht tragisch, weil man sich ja den Widerstand vom Höhenleitwerk spart.
Mit einem Monowing-Foil beim aktuellen Kenntnisstand bezüglich foilen mit Kielmodellsegelbooten zu experimentieren halte ich für sehr gewagt und schwierig und nicht wirklich zielführend. Dafür sind die Änderungen der Randbedingungen (Pitchbewegung bei Böen, Austauchen des Foils etc.) einfach zu groß, gerade bei keinen Modellen wie bei der RG. Und da man daher nicht auf einen Stabilisatorfoil am Ruder nicht verzichten kann, ist dass mit der Druckpunktstabilität des Profils ein Sache, die ich erstmal unbedingt brauch.

@ hammax
dein letzter Post hier ließt sich für mich als wärst du etwas enttäuscht, was du da hinsichtlich der Profilierung der Foils bei den aktuellen IMOCAS entdeckt hast.
Ich bin mir ganz sicher, das die Profile nicht symmetrisch sind, da es bei Profilen immer effizienter ist mit Wölbung anstatt mit Anstellwinkel Auftrieb zu erzeugen. Ferner sind die Blickwinkel in den Videoaufnahmen ehr ungünstig um da zuverlässig eine Aussage zu treffen. Die Profildicke wird dann wahrscheinlich hauptsächlich durch die benötigte Festigkeit / Steifigkeit bestimmt.
Warum ist die Unterseite des Profils nicht gerade bzw. auch nach oben gewöllt ? Würde ja mehr Auftrieb und bei kleinere Fläche bedeuten. Bei einem kleineren Profilquerschnitt würde erstmal die Festigkeit drunter leiden. Alle moderne Profile die im einem entsprechend "hohen" Re-Zahl Bereich arbeiten sind auch auf der Unterseite nach außen gewölbt, um so den Reibungswiderstand klein zu halten um möglichst lange eine laminare Grenzschicht zu haben.

Ich glaube die Designer und Konstrukteure, wissen schon sehr gut was sie da tun und versuchen bis an die Grenzen des machbaren heranzugehen und den Bestmöglichen Kompromiss zu finden. Auch wenn die IMOAS nicht so schnell und elegant foilen wie die aktuellen AC75 / AC 40 Designs, sind sie doch das viel anspruchsvollere auszulegende System, da durch das Regelwerk (z.B. sind keine T-Foils am Ruder erlaubt), aber auch durch das abzudeckende große äußere Randbedingungsspektrum viel komplexer sind. In dem verlinkten Video wird das sehr deutlich ...

https://youtu.be/3OaUEJG2RnE

Wie Johannes schon schrieb, bin ich mir sicher, dass je nach Anforderung, das Profil des Foils sich entsprechende über die Spannweite ändert, um gewisse Eigenschaften zu erzeugen, wie bei jedem modernen Flugzeug auch. Von daher kann man vom Profil an der Wurzel nicht auf das Profil des ganzen Foils schließen.

Auch wenn es mit den Foils nur nach besseren "Gleiten" aussieht, ist das Geschwindigkeitspotenzial bei gleichen Windverhältnissen deutlich besser mit Foils als ohne. Sonst würde man sich ja den Aufwand mit der komplexen Technik und Auslegung ja sparen. Der durch die Foils generierte Auftrieb hilft enorm bei der Erzeugung von mehr von Aufrichtmoment (Power für den Segelantrieb) und Verringerung des Widerstandes ( benetzte Oberfläche als auch Wellenwiderstand). Wie oben schon geschrieben sind IMOCA und AC foilen komplett andere Welten. Und solange die Profiloberfläche mit Wasser benetzt ist wirkt diese auch ganz normal wie eine Tragfläche und das auch bei einem Luft Wassergemisch (aufgrund der geringeren Dichte ist dann natürlich auch der Auftrieb dann geringer), solange es nicht zu einer Großflächigen Ventilation auf der Oberfläche kommt. Und um dieses zu verhindern haben / hatten die Flügel, vornehmlich an motorgetriebenen Tragflügelbooten, entsprechende "Grenzschichtzäune" bzw. Barrieren. Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass der Tragflügel kurz vor dem Strömungsabriss stand im klassischen Sinne, sprich die Strömung hatte nicht mehr genug Energie um der Profilkontur zu folgen, wenn es zu Ventilation kam. Bei Ventilation ist dann die Strömung quasi abgerissen ...
Solange das Foil tief getaucht ist, hat man diese Ventilationsgefahr natürlich nicht, aber dann kommt irgendwann die Kavitationsgefahr ...

@ Johannes
Nach mal ein paar Gedanken zur deinem Beitrag:
Was die unterschiedliche Profilierung kommt es nach meiner Meinung auch immer darauf an für welche Aufgabe das Foil genau gemacht ist. Auch von der restlichen Formgestaltung. Bei Halb- und Raumwindkursen braucht man gar nicht so viel Querkraft von der hydrodynamischen Seite her. Je höher man jedoch an den Wind möchte desto mehr Querkraft braucht man. Für mich sieht es momentan so aus, als dass Boote mit T-Foils die beste Kreuzfähigkeit haben.
Für mich ist das durchstoßen des Foils der Wasseroberflache ehr positiv behaftet aus folgenden zwei Gründen: Erstens, je nach Durchstoßwinkel bekommt man eine automatische Regulierung der Flughöhe in Abhängigkeit der Geschwindigkeit, ohne jegliche mechanische Steuerung oder elektronische Regelung. Was grade für Modelle aus meiner Sicht sehr positiv ist, da man Gewicht und Komplexität einspart. Zweites bildet die Wasseroberfläche eine Art Begrenzung. Es gibt an der Foilspitze somit keinen Druckausgleich bzw. Randwirbel. Der Flügel wird damit an sich effizienter. Ist vergleichbar mit dem WIG Fahrzeugen (Wing in Ground Effekt). Einzige Gefahr dabei bleibt halt wenn das Foil plötzlich komplett Luft zieht und ventiliert ist. Dann gibt es den großen Absturz ...


Zum Abschuss noch eine Frage von mir, vielleicht weiß jemand ja was genaueres:
Bin mir momentan noch unsicher, ob die auf den aktuellen IMOCAS auch den Anstellwinkel der Foils verstellen können? Glaube aber was ich bisher gesehen, gehört bzw. gelesen habe her nicht. Vielmehr spielen die da mit der Länge wie weit das Foil ein oder ausgefahren ist zum regulieren.

So, dass soll es jetzt erstmal für diesen längeren Text gewesen sein.

Beste Grüße,
Patrick

[swiftsoarer]

Hallo Patrick,
die aktuelle Seaexplorer kann den Anstellwinkel einstellen. In irgendeinem Video ist das zu sehen, ich glaube Will Harris spricht darüber. Bei meinem Modell ist das eine der essentiellen Trimmöglichkeiten.
Ich glaube, wir sind mit der Entwicklung noch so am Anfang, dass sich verschiedene Profile kaum bemerkbar machen (solange sie im sinnvollen Rahmen liegen). Viel entscheidender ist (noch) die Form des ganzen (V-Form, Grundriss, Anstellwinkel, Anordnung...)

Bei Halb- und Raumwindkursen braucht man gar nicht so viel Querkraft von der hydrodynamischen Seite her. Je höher man jedoch an den Wind möchte desto mehr Querkraft braucht man

Dazu hätte ich eine Frage: Ist es richtig zu ergänzen, dass sich am Wind der Widerstand des Bootes, bzw. der der Foils noch schädlicher auswirkt? Also am Wind zeigt sich die aero- hydrodynamische Güte eines Bootes?

Für mich sieht es momentan so aus, als dass Boote mit T-Foils die beste Kreuzfähigkeit haben.

Bezieht sich die Aussage auf das Ruder mit und ohne T-Foil?

Schöne Grüße,
Johannes

[Gerd HH]

Anstellwinkel verändern, bei den America's Cupper, ja.
Ist ein Vorteil.
Bei den IMOCAS, bin mir nicht so sicher.
Hole mal ein Foto her.
Zu erkennen ist eine feste Führung.
Dann müsste es sein das Foil nicht ganz aus zu fahren.
Der Sinn ist es das ganze Foil soll die IMOCA aus dem Wasser heben.

[Gerd HH]

Die America's Cupper haben ein T-Profil Foil und ein T-Profil Ruder. Eine ganz andere Situation als wie bei der IMOCA, ohne T-Profil.

[Gerd HH]

Doch hier ist es.
Der Anstellwinkel kann auch bei der IMOCA verstellt werden.
Siehe Foto.

[swiftsoarer]

Hallo noch Mal,
hab gerade nachgeschaut. Das Video ist leider nur auf Instagram. In dem Video wird erklärt wie mit einem Zylinder vorne unten der rake der Foils getrimmt wird. Das vor und zurück schwenken variiert auch den Anstellwinkel der tragenden Fläche.
Schöne Grüße,
Johannes

[Shark]

Moin Johannes,

Ich glaube, wir sind mit der Entwicklung noch so am Anfang, dass sich verschiedene Profile kaum bemerkbar machen (solange sie im sinnvollen Rahmen liegen). Viel entscheidender ist (noch) die Form des ganzen (V-Form, Grundriss, Anstellwinkel, Anordnung...)

Da bin in voll und ganz bei dir !!

Dazu hätte ich eine Frage: Ist es richtig zu ergänzen, dass sich am Wind der Widerstand des Bootes, bzw. der der Foils noch schädlicher auswirkt? Also am Wind zeigt sich die aero- hydrodynamische Güte eines Bootes?

Ganz genau. Segel ist ja nichts anderes als aus zwei großen Querkräften (generiert in zwei unterschiedlichen Medien) etwas Vortriebskraft zu erzeugen. Dieses gibt insbesondere wenn man hoch am Wind segelt. Und da kommt es dann auf gute Gleitzahlen an, sprich dem Verhältnis aus Auftrieb/Widerstand (Ca/Cd). Und wenn man dann nicht aufs Foil kommt, hat man noch zusätzlichen Widerstand an den Hacken.

Bezieht sich die Aussage auf das Ruder mit und ohne T-Foil?

Nein, das war allgemein auf Segelfahrzeuge bezogen die komplett mit T-Foils oder L-Foils ( AC50 Cats) arbeiten, also am Ruder und Main-Foil.

Gruß,
Patrick

[Torti]

Der Johannes ist auch hier unterwegs...
Du bist ja gerade am Modifizieren deiner großen Kiste.
Mir ist hier beim Lesen gerade nen Gedanke gekommen-in Bezug auf Anstellwinkel.
Wenn man die Foils im Aufnahmebereich des Rumpfes verdrehen würde, könnte man durch unterschiedliche Ausfahrlängen, eine Winkeländerung generieren. Das wäre in einem relative kleinen Ramen machbar.
Nen Zentimeter weiter raus...mehr Anstellwinkel. Mal so als Gedanke...
Technische Umsetzung wäre mit einer Spindel möglich, aber so weit bin ich noch nicht.