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Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #151 von Husi » 18.02.2016 20:57:20

Crizz hat geschrieben:Ich ... versuche, ... für mich ein Resumé zur eigentlichen Frage herauszuholen.

Moin Crizz,
dann sollten diese beiden Bilder deiner Eingangsfrage etwas mehr "Auftrieb" verleihen, oder?
c_by_NACA_4415_Position_Umschlag_über_Alpha_und_RE-Zahlen_3D.jpg
c_by_NACA_4415_Position_Umschlag_über_Alpha_und_RE-Zahlen_3D.jpg (41.27 KiB) 1610-mal betrachtet

c_by_NACA_4415_Position_Umschlag_über_Alpha_und_RE-Zahlen_2D.jpg
c_by_NACA_4415_Position_Umschlag_über_Alpha_und_RE-Zahlen_2D.jpg (40.84 KiB) 1610-mal betrachtet

Man sieht hier ein Stück "Tragfläche", die links mit + 20° Anstelwinkel von unten angeblasen wird. In der Mitte ist der Anstellwinkel 0° und rechts ist er -20°, somit wird das Profil rechts außen von schräg oben angeblasen.
Dann habe ich verschiedene Re-Zahlen (vereinfacht Fluggeschwindigkeiten) genommen und bei jedem Anstellwinkel einen Punkt abgetragen, bei dem die Strömung in Turbulent umschlägt. Diese Punkte sind durch eine Linie verbunden.
Hier erkennt man recht eindrucksvoll, das die Strömung bei größeren RE-Zahlen (vereinfacht Fluggeschwindigkeiten) immer etwas füher turbulent wird, als bei kleineren RE-Zahlen.
Das bedeutet jetzt schon einmal, das ein Turbulator bei ansonsten gleichen Bedingungen weiter vorne anzubringen ist, wenn die RE-Zahl größer wird.
Als ich angefangen hatte, mich in das Thema einzuarbeiten, hätte ich es genau anders herum vermutet.

Viele Grüße
Mirko
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #152 von Crizz » 18.02.2016 21:04:08

Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, müßten die Turbulatoren mit steigender Geschwindigkeit näher an die Blattvorderkante und bei geringeren Drehzahlen weiter zur Blattmitte - ergo nur bei Systemen mit konstanter Drehzahl wirklich wirksam nutzbar, bei einem Multicopter, der ja rein drehzahlgesteuert arbeitet, wären die in einem großen Bereich nahezu wirkungslos, während z.b. bei einem CP-Heli das ganze auf eine Systemdrehzahl abgestimmt werden könnte und da auch wirkungsvoll wäre.
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #153 von acanthurus » 18.02.2016 22:45:39

Hoi.

Es ist prinzipiell zwar so, dass bei größeren Reynoldszahlen der laminar-turbulente Umschlag einer Plattengrenzschicht weiter vorne stattfindet, das hat aber nur bedingt was mit der richtigen Plazierung eines Turbulators zu tun.

Eine Strömung z.b. über eine Profiloberseite wird (außer bei wirklich winzigen Re-zahlen) sowieso von selbst irgendwann Turbulent. Die Frage ist nur, wieviel "Schaden" dieser Prozess verursacht.
In vielen Fällen findet der laminar-turbulente Umschlag in der Form einer laminaren Ablöseblase statt - d.h. die laminare Grenzschicht "schafft" es nicht mehr, gegen den Druckanstieg am Profil haften zu bleiben. Sie löst ab, es entsteht eine Scherschicht, in deren Verlauf die Grenzschicht instabil wird. Diese Instabilität führt zu einer Entwicklung von Turbulenz. Die Turbulenz mischt der Strömung im wandnahen Bereich Anteile aus der energiereicheren (da nicht durch Wandreibung ausgebremsten) Strömung weiter außen hinzu, weshalb sich diese wieder anlegen kann. Das ganze Ding sieht dann etwas keilförmig aus und nennt sich laminare Ablöseblase.
Diese verursacht durch ihre Form einen erhöhten Druckwiderstand, da sie schlicht ein Hinderniss (wie ein Fremdkörper) darstellt. Zudem "wabern" die Grenzen dieser Blase, was das Pfeifgeräusch verursacht.
Wenn man diese Blase loswerden will (um Widerstand zu sparen oder Lärm zu reduzieren), dann kann es eben sinnvoll sein, die Grenzschicht schon vor dem Erreichen ihrer natürlichen Transition von Laminar nach Turbulent per Turbulator künstlich turbulent zu machen, ohne dass eine größere Ablöseblase entsteht.
Ob sich das lohnt hängt davon ab
a) wieviel Schaden eine ohne Turbulator eventuell entstehende Ablöselase verursacht und
b) ob die Positionierung des Turbulators so gemacht ist, dass die Grenzschicht nicht unnötig früh turbulent gemacht wird - denn die Turbulenz verursacht eben Reibungswiderstand, je mehr gesunde laminare Strömung und je weniger turbulente Strömung wir haben, desto weniger Widerstand

Mit anderen Worten: Es hat wenig Sinn, Turbulatoren HINTER die von Mirko berechneten natürlichen Transitionslinien zu setzen. Es ist aber auch ggf. möglich, dass man eben nur bis zu einer gewissen Re-Zahl damit ÜBERHAUPT eine Verbesserung erreicht.
Eine optimale Turbulatorposition hängt deshalb von vielen Einflussgrößen ein - siehe a) und b) sofern dieer ÜBERHAUPT sinnvoll ist.
Das hängt neben der RE-Zahl auch ganz entscheident vom Profil selbst ab, denn unterschiedliche Profile sind unterschiedlich "Blasenschwach" und beim Profilentwurf wird da speziell drauf geachtet, insbesondere wenn man ein profil entwirft welches bei kleinen Rer-Zahlen betrieben werden soll.

Es gibt verschiedene weitere Ansätze.. z.B. "Selektive Turbulatoren". Das sind gewollte, kleine Ablöseblasen, welche nur bei gewissen Anstellwinkeln in gewissen Reynoldszahlbereichen als Turbulator wirken. Sie sind "ins Profildesign eingebaut", d.h. sie entstehen durch cleveres profildesign (bereits recht weit vorne am Profil) ohne aufgeklebten Störstreifen.

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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #154 von Crizz » 18.02.2016 23:25:21

Der Schlußsatz mag eine Sache sein, der Titel eben eine andere - mit der Fragestellung, ob es was bringt und wann / wo es was bringt. Unterm Strich ergibt sich aufgrund der Tiefe des Themas das Resumé , das nachträglicher Aufwand lediglich Glücksspiel ist - und die Wahrscheinlichkeit eines positiven Effektes in etwas o sein dürfte wie beim Bingo.

Und selbst Blattwerk, das durch die angemerkte "ins Profildesign eingebaute" Lösung einen Effekt bringen mag - es wird auch nur bei einer bestimmten Drehzahl den positiven Effekt haben, und wie du selber geschrieben hast in jedem anderen einen eher nachteiligen wohl zur Folge haben. Von daher ist das Thema für mich persönlich durch, da es keinen Sinn macht, am Blattwerk in dieser Art auf irgendeine Weise einzugreifen - die Wahrscheinlichkeit das man wirklich was erreicht ist zu gering,die das man subjektiv meint, es geschafft zu haben, zu hoch.
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #155 von acanthurus » 19.02.2016 16:36:42

So negativ würde ich das nicht sehen.

Mit dieser Denke würde man heute immer noch nur vierstellige Nacas fliegen anstatt leckere MH- und HQ-Profile :mrgreen:

Meine persönliche, konkrete Erfahrung:

"korrekt" gesetzter Turbulator beseitigte nerviges Blatt-Zwitschern, reduzierte die Schwebeflug-Stromaufnahme um knapp 4% und verbesserte die Schweberuhe spürbar (Achtung: Heli ohne Stabistange und ohne FBL-System).
Hat sich auf jeden Fall gelohnt.

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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #156 von Crizz » 19.02.2016 16:47:15

Ich sprach ja da auch im Vergleich von drehzahlgesteuerten Modellen und mit solchen mit fester Systemdrehzahl, Andi. ;)
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #157 von Husi » 20.02.2016 00:33:40

Moin Andi,
acanthurus hat geschrieben:Das hängt neben der RE-Zahl auch ganz entscheident vom Profil selbst ab, ...

auf Grund dessen habe ich noch mal die Position des Umschlagpunktes über die versch. Anstellwinkel gerechnet und in die selbe Grafik eingetragen.
Die neuen Linien sind gestrichelt und zeigen die Situation bei dem NACA 0015.
c_by_NACA_0015_und_4415_Position_Umschlag_über_Alpha_und_RE-Zahlen_2D.jpg
c_by_NACA_0015_und_4415_Position_Umschlag_über_Alpha_und_RE-Zahlen_2D.jpg (44.71 KiB) 1523-mal betrachtet

Jetzt die Frage an dich:
Ist der Rücksprung der Umschlagspositionen beim 4415 im Vergleich zum 0015 (vereinfachend) darauf zurück zu führen, das die Skelett-Linie im Nasenbereich der Anströmungsrichtung "entgegen kommt" ?
Anströmwinkel.png
Anströmwinkel.png (3.55 KiB) 1523-mal betrachtet


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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #158 von acanthurus » 20.02.2016 11:01:33

Hoi.

Das kommt einfach daher, dass der Druckanstieg früher (weiter vorne) kommt.
Diesen kann die laminare Grenzschicht schlichtweg nicht überwinden und behilft sich damit, dass sie mal eben turbulent wird.
Woher weiß sie das nur???

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Zuletzt geändert von acanthurus am 20.02.2016 11:02:15, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #159 von Crizz » 20.02.2016 11:11:09

Das weiß die garnet, das is Instinkt :D :P ;)
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #160 von acanthurus » 20.02.2016 14:49:14

Ja, muss wohl so sein. Heißt ja nicht umsonst "Grenz"schicht, drückt die geistige Begrenztheit aus.
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #161 von Husi » 20.02.2016 15:11:14

Da ich mir den Sachverhalt selbst noch etwas klarer machen wollte, habe ich mal wieder etwas gepinselt...

c_by_NACA_4415_und_0015_Position_Umschlag_bei_Alpha_7_und_RE_300_000.jpg
c_by_NACA_4415_und_0015_Position_Umschlag_bei_Alpha_7_und_RE_300_000.jpg (69.46 KiB) 1506-mal betrachtet
Ich weiß, ich sollte die Druckverteilung mal ganz einfach "nur" über die X-Achse auftragen, dann wird es noch etwas klarer. (Das habe ich aber noch nicht Programmiert...)

Viele Grüße
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #162 von echo.zulu » 20.02.2016 15:15:04

Hallo Mirko.
Ich denke du vergleichst hier Äpfel mit Birnen, denn das 4415 erreicht ja auch einen viel größeren ca bei gleichem Anstellwinkel als das 0015. Folglich hast Du auch einen anderen Arbeitspunkt im Flug.
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #163 von acanthurus » 20.02.2016 16:09:24

Nicht unbedingt.
Es gibt da so ne Denkkrücke für solche aus Anstellwinkel und Wölbung zusammengebastelte Profile, die lautet so ungefährt:

- Auftrieb aus Anstellwinkel kommt bei T/4
- Auftrieb aus Wölbung kommt bei T/2

(Grundgedanke der sog. Birnbaum-Ackermann-verteilung, also vergleichen wir Birnen mit Birnen, kein Apfel weit und breit)

Wenn ich jetzt das Profil im gleichen "Arbeitspunkt" (also Auftriebsbeiwert) betreibe, dann hat das 0015 mehr Anstellwinkel, holt sich den Auftrieb also nur aus dem Anstellwinkel, während das 4415 auch Auftrieb aus der Wölbung mitbringt, dafür weniger aus dem Anstellwinkel braucht.
D.h. dass der Auftriebsmittelpunkt (und damit auch der Druckanstieg) beim gewölbten Profil weiter hinten sitzt, und damit auch die Transitionslage auf der Oberseite.
Gilt natürlich nur als starke Vereinfachung für Profile, bei denen nicht wirklich gezielt auf Transitionslage hinentwickelt wurde.

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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #164 von Husi » 20.02.2016 17:09:11

Moin Egbert,
echo.zulu hat geschrieben:Folglich hast Du auch einen anderen Arbeitspunkt im Flug.

damit hast du Recht, aber das ist mir zum jetzigen Zeitpunkt viel zu viel Praxisbezug. :D

Ich bin noch ein gutes Stück davon entfernt, eine Trimmrechnung zu machen. Aktuell geht es mir immer noch um die Grundlagen, auf dessen Basis der Praxisbezug später wieder kommen soll.
So war meine letzte Frage wirklich "nur", warum die Position des Umschalgspunktes bei beiden Profilen so verschieden ist, wärend die äußeren Parameter (Re-Zahl + Anstellwinkel) gleich sind. Das sich die resultierende Kraft in Größe, Lage und Richtung unterscheidet ist klar, war mir aber hirzu egal.

Viele Grüße
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Re: Turbulatoren zur Geräuschminderung der Blätter ??

Beitrag #165 von echo.zulu » 20.02.2016 19:48:26

Maßgeblich für den Umschlagpunkt bzw. die Neigung zu laminaren Ablöseblasen ist doch wenn ich mich recht erinnere die in der Grenzschicht enthaltene Energie. Diese müsste doch bei einem gewölbten Profil mit einer ansonsten identischen Dickenverteilung wie hier bei der NACA Familie doch größer sein und kann deshalb länger laminar laufen. Andi bitte korrigiere mich, wenn ich da totalen Blödsinn geschrieben habe.
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