RC Gleitschirm Profilentwicklung bei RC Para Aviation RC

Die Entwicklung unserer RC Paraglider Profile

Wenn wir über die faszinierende Welt der RC Gleitschirme sprechen, dürfen wir nicht vergessen, welche Auswirkungen die eingesetzten Profile auf die letztendliche Leistungsfähigkeit und für das zu erzielende Flugerlebnis haben.
Wir legen extrem großen Wert auf die Entwicklung von „angepassten“ Profilstraks. Angepasst in dem Sinne, dass sie tatsächlich für den RC-Paraglider entwickelt werden und nicht etwa einfach von einem manntragenden Paraglider übernommen wurden!

Hier können wir auf eine sehr intensive Zusammenarbeit mit Philip Kolb zählen. Philip ist bekannt für eine nahezu nicht mehr überschaubare Anzahl erfolgreicher und siegreicher Konstruktionen im RC-Segelflug und seit etwa 3 Jahren arbeiten wir ständig an der Optimierung von Paraglider-Profilen. Je nach Einsatz der RC Modellgleitschirme geht es hierbei sowohl um die Klappresistenz als auch die kontinuierliche Leistungsoptimierung unserer RC Paraglider.

Jeder unserer RC Gleitschirme durchläuft während der Entwicklungsphase eine umfassende Strömungssimulation. Dies geschieht, um optimale Flugergebnisse in allen Flugphasen und -zuständen unserer Sportgeräte sicherzustellen. Um Ihnen einen Eindruck von den Ansätzen und dem Aufwand zu vermitteln, den wir betreiben, haben wir die Entwicklungsarbeit bezüglich der Strömungssimulation von RC-Paraglidern nachfolgend beschrieben.

Vorgedanken, die man sich machen muss.....

Bei der Profilentwicklung für RC Gleitschirme müssen zwei Besonderheiten beachtet werden:

• Erstens ist der "Tragflügel" keine strukturstabile Konstruktion
• Zweitens kann der Tragflügel nicht bei negativen Auftriebswerten betrieben werden, da sonst der RC-Gleitschirm kollabiert

Die Struktur des RC Paraglider funktioniert ausschließlich durch den generierten Auftrieb und bricht bei negativen Auftriebswerten zusammen.
Der erzeugte Innendruck in der Zelle ist bei unseren RC Paragliding Modellen zwar entscheidend für die Flugfähigkeit des Gleitschirms, die Form des Profils aber vielmehr für seine Leistungsfähigkeit.

Ansätze, die unsere Auslegung so erfolgreich machen

Um demnach beides zu optimieren, ist es wichtig, dass man den kompletten Bereich positiver Auftriebsbeiwerte möglichst ohne negative Anstellwinkel erfliegen kann.

Das Profil eines RC Paraglider sollte daher keinen stark negativen Nullauftriebswinkel aufweisen. Dies wird insbesondere dann wichtig, wenn wir uns im beschleunigten Zustand befinden. Also der Flugzustand, bei welchem der Anstellwinkel der gesamten Kappe verringert wird um möglichst schnell vorwärts fliegen zu können.

Die Schwierigkeit bei der Entwicklung derartiger Profile liegt darin, dass sie meist weniger maximalen Auftrieb leisten können. Die Erzeugung möglichst großer Auftriebsreserven muss daher in erster Linie über die Gestaltung der Flügeloberseite, also dem Obersegel erreicht werden.
Zusätzlich haben wir beim Modell Gleitschirm die Möglichkeit über definiertes „Anbremsen“ weitere Auftriebsreserven zu aktivieren.

Die laminare Lauflänge am RC Gleitschirm Profil

Wie ganz oben angesprochen, ist ein RC Paraglider ein strukturell wenig stabiles Gebilde, was sich auch auf die Aerodynamik am Obersegel auswirkt.
Je nach Festigkeit und Güte des Tuches und der Nähart können am Obersegel bis zu 25% laminare Lauflänge erreicht werden. In diesem Bereich des Flügels muss daher auch der meiste Auftrieb generiert werden, wenn man gleichzeitig möglichst viel Widerstand einsparen möchte.

Die Gestaltung des Obersegels ist folglich von sehr großer Bedeutung. Wir versuchen hier die Strömung so maximal wie möglich und nur so abrupt wie nötig zu beschleunigen, um durch die Maximierung des Unterdrucks möglichst viel Auftrieb zu erzeugen.

Beschleunigen mit guter Gleitleistung

Ein wichtiger Nebeneffekt dieser Gestaltungsmaßnahmen ist, dass dieser Unterdruck auch die Form der Nase am Obersegel stabilisiert. Durch diese Stabilisierung erreichen wir den Effekt, dass wir bei sehr kleinen Anstellwinkeln noch eine stabile Kappe fliegen können, der „Frontklapper“ also erst sehr spät einsetzt! Unsere Gleitschirme beschleunigen daher überdurchschnittlich gut und behalten ihre sehr gute Gleitleistung auch bei hohen Geschwindigkeiten.
Unser Ansatz lautete also ein aerodynamisch sauberes Profil zu entwickeln, das auch im beschleunigten Zustand genügend Spannung im Obersegel behält um somit dem Frontklappen entgegen zu wirken.

Für das zügige Vorfliegen des RC Paramotor liefert unser Profil quasi schon die optimale Kontur.
Um im Langsamflug die Leistung zu erhöhen, kann durch „leichtes Anbremsen“ quasi Verwölben nach unten, das Profil für diesen Flugzustand gewinnbringend angepasst werden. Beim RC Paraglider bedeutet „Anbremsen“, dass die Endleiste des Flügels nach unten ausgeschlagen wird, was man sich wie einen positiven Wölbklappenausschlag vorstellen kann.

Damit unsere RC Gleitschirme die Endleiste wie eine Klappe verwölben, ähnlich wie an einem Flugzeug, haben wir bestimmte Designvorkehrungen im Innenleben der Kappe und der Leinengeometrie vorgenommen. Man kann dies bei genauer Betrachtung unserer RC Gleitschirme im Flug sehr gut erkennen.
Siehe auch folgende Bilder des Phasor 2.3 Rast

Durch das gezielte Anbremsen verändert man das Profil dahingehend, dass man im Langsamflug sowohl die Leistung (L/D) als auch die Auftriebsreserven erhöht.
Die Profile an unseren Paraglidern sind genau auf diese Aspekte hin optimiert und ausgelegt.

Mit optimalem Profilstrak und Flügelgeometrie ans Ziel

Wir untersuchen nicht nur ein einzelnes Profil, sondern die gesamte Kappe, da sich die Profiltiefe in Spannweitenrichtung stark ändert. Folglich müssen verschiedene Profile verwendet werden, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Zudem war es notwendig, die optimale Flügelgeometrie zu analysieren und an die Flugmechanik und Aerodynamik anzupassen.

Shark Nose

Bei den manntragenden Paraglidern

Bei manntragenden Gleitschirmen wird das Frontklappen im beschleunigten Zustand hauptsächlich durch eine Erhöhung des Innendrucks der Kappe mittels eines "Shark-Nose" Profils verhindert, wobei die Zellenöffnung im beschleunigten Zustand zur Luftströmung hin ausgerichtet ist. Dies zielt darauf ab, den Innendruck der Gleitschirmzelle zu erhöhen, um diese über den Luftdruck strukturell zu stabilisieren.
Das "Frontklappen" entsteht durch einen fehlenden Druckunterschied zwischen der schirminneren und der Außenluft sowohl auch durch den hohen Staudruck, der im beschleunigten Flugzustand auf die Nase des Schirms wirkt.

Bei manntragenden Gleitschirmen wird diese Technik jedoch nicht in Alltagsgeräte der A- oder unteren B-Klasse eingebaut, da sie zu viele Nachteile, wie einen erhöhten Profilwiderstand im Normalflug, mit sich bringt.

Hochleistungsparaglider, welche vorrangig zum Streckenfliegen und im Wettbewerb eingesetzt werden, verbringen einen Großteil des Fluges im beschleunigten Zustand, um Strecke zu machen. Bei sehr guten Wetterlagen kann es vorkommen, dass bis zu 80% des Fluges im „beschleunigten Zustand“ absolviert werden. Hierbei sollen Sharknose-Profile verhindern, dass Frontklapper bei hohen Fluggeschwindigkeiten auftreten und so letztendlich die Höchstgeschwindigkeit des Gleitschirms erhöht werden kann.  

Allerdings erkauft man sich diese Höchstgeschwindigkeit mit einem höheren Widerstandsbeiwert, den das Sharknose-Design leider mit sich bringt. Hier geht der Wunsch nach mehr Höchstgeschwindigkeit also aus dem Verlangen hoher Sicherheit hervor. Das Resultat bei den manntragenden Gleitschirmen spiegelt sich in einer Verschiebung der maximal erreichbaren Geschwindigkeit von ca. 50km/h auf 63km/h wider. Die erreichbaren Gleitzahlen bei diesen hohen Geschwindigkeiten sind allerdings mit den Sharknose-Profilen nicht besser, sondern eher schlechter geworden.

Bei RC Paraglider

Bei der Entwicklung unserer Modellgleitschirme haben wir Sharknose-Profile eingehend untersucht. Wir haben die üblichen Reynolds-Zahlen betrachtet, bei denen unsere Modellgleitschirme operieren. Die Reynolds-Zahl ist eine dimensionslose Zahl und dient der Vergleichbarkeit in der Strömungsmechanik. Sie wird durch das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften beschrieben und charakterisiert somit das Strömungsverhalten. Unsere Analyse zeigte, dass der Einsatz von Sharknose-Profilen bei RC-Modell Gleitschirmen deutlich weniger vorteilhaft ist als ein korrekt gestaltetes Profil, vor allem an dessen Nasenleiste und am Obersegel. Aufgrund ihrer deutlich geringeren Größe wirkt sich der Zusatzwiderstand einer „Shark-Nose“ anteilig höher auf die Leistungsfähigkeit des RC Gleitschirms aus und beeinträchtigt diese deutlich negativer. Aus diesem Grund erachten wir es als wesentlich wichtiger die Profilnase so zu gestalten, dass diese möglichst wenig zusätzlichen Widerstand erzeugt und so gestaltet ist, dass die Stabilität der Gleitschirmkappe durch die Druckverteilung an der Profilnase des Obersegels gewährleistet ist und nicht vorrangig durch die Steigerung des Innendrucks über ein Sharknose-Design.

Da Modellgleitschirme zu 80% unbeschleunigt fliegen, würde ein Shark-Nose-Profil die Gleitleistung eher verringern. Eine Gewichtserhöhung des RC-Paragliders um nur 12% hätte denselben Effekt, nämlich eine Erhöhung des Innendrucks der Zelle. Unser Ziel ist es daher, ein aerodynamisch leistungsfähiges Profil zu entwickeln, das auch bei hoher Beschleunigung Sogkräfte und Momente erzeugt, welche einen Frontklapper verhindern.

Sollte es beim Fliegen durch sehr böige Luft, also Turbulenzen, doch zu einem Frontklapper kommen, wird dieser durch unser innovatives Rast-Ventil verringert und am Ventil gestoppt, so das die RC Paraglider Kappe nicht komplett entleert.

Fazit:

Um das beste Flugerlebnis mit jedem RC-Gleitschirmmodell zu gewährleisten, berechnen wir für jeden unserer RC Paraglider Modelle die optimalen Profile mittels Strömungssimulation. Das Ergebnis ist ein sogenannter Profilstrak, der verschiedene Profile entlang der Spannweite umfasst.

Des Weiteren untersuchen wir die Auswirkungen der Flügelgeometrie in diesen Simulationen, um eine optimale Kappengeometrie zu ermitteln. Dies resultiert in einem aerodynamisch sauber ausgelegten RC Gleitschirm Flügel, der in verschiedenen Flugphasen ein möglichst großes Leistungspotential bietet. Somit versuchen wir täglich das beste Material für den Sport des RC Paragliding zu entwickeln.

Weiterhin validieren wir die Simulationen der RC-Paraglider-Profile und die geometrischen Formen der Flügel durch zahlreiche Flugtests und viele Prototypen im Feld. Wir modifizieren, berechnen neu und erstellen weitere Prototypen, bis wir schrittweise das optimale Ergebnis erreichen. Dabei kommen im Feld auch Schere, Kleber, Spezial-Tape für Gleitschirmsegel und weiteres zum Einsatz. Die Entwicklung und das Engineering von RC-Gleitschirmen finden also nur teilweise am Computer statt. Ein Großteil der Zeit widmet sich den Flugtests und den Modifikationen vor Ort. Das Besondere ist, dass wir eine deutliche Korrelation zwischen Simulation und Realität erkennen können. Dies bestätigt unsere Berechnungen und stärkt unser Vertrauen in die nächsten Schritte der zukünftigen Entwicklung von RC-Paraglidern. Dieses Verfahren entspricht dem heutigen Industriestandard im Entwicklungsprozess komplexer Konstruktionen.