Polaren für ein Quabeck-Wölbklappenprofil

Abbildung 1 Theoretische Polaren des Profils HQ 2.5/9

Für RC-Segler hat H. Quabeck eine spezielle Familie von Wölbklappenprofilen entwickelt [1]. Seit kurzem sind für zwei dieser Profile, das HQ 2.5/8 und das HQ 2.5/9, berechnete Profilpolaren bekannt [2]. Leider gelten diese Polaren nur für das Grundprofil mit der Klappe in der Nullstellung. Um auch Unterlagen über das theoretische Verhalten eines dieser Profile bei ausgeschlagener Klappe zu erhalten, wurde das Profil HQ 2.5/9 mit dem Programm von Professor Eppler [3] nochmals durchgerechnet. Für diese neuen Rechnungen wurden die in [2] veröffentlichten, geglätteten Profilkoordinaten eingegeben. Abbildung 1 zeigt die theoretischen Polaren des Profils HQ 2.5/9 ohne Klappenausschlag bei 5 Reynolds-Zahlen. Für die niedrigste Re-Zahl sind nur die Werte bei hohem Auftrieb und für die höchste Re-Zahl nur diejenigen bei kleinem Auftrieb angegeben. Die hier gezeigten Kurven unterscheiden sich bei den gleichen Re-Zahlen nicht von denen, die W. Thies veröffentlicht hat [2]. Unbedeutende Differenzen kommen daher, dass nicht bei exakt den gleichen Anstellwinkeln gerechnet wurde.

Abbildung 2 Theoretische Polaren des Profils HQ 2.5/9 mit Wölbklappe

Abbildung 2 zeigt nun die berechneten Polaren des Profils HQ 2.5/9, wenn die 22% tiefe Klappe um 5° nach unten bzw. um 5° nach oben ausgeschlagen ist. Ins gleiche Diagramm sind zum Vergleich auch die entsprechenden Polaren des Grundprofils eingezeichnet. Das Ausschlagen der Klappe nach unten (positiver Klappenwinkel $η_K$ ) ist für den Langsamflug und den Hochstart interessant. In Abb. 2 sind deshalb für drei niedrige Re-Zahlen die Polaren bei hohem Auftrieb angegeben. Die Klappe wird nur bei höheren Fluggeschwindigkeiten nach oben ausgeschlagen (negativer Klappenwinkel $η_K$ ). Dementsprechend sind in Abb. 2 die Polaren für zwei hohe Re-Zahlen bei kleineren Auftriebsbeiwerten eingetragen. Zur Beurteilung der Rechenergebnisse sind noch einige Bemerkungen nötig. Das Programm berücksichtigt den Einfluss von Strömungsablösungen in der Gegend der Hinterkante nur sehr vereinfachend, insbesondere den damit verbundenen Widerstandszuwachs. Dies macht sich speziell bei hohen Auftriebsbeiwerten bemerkbar. Immerhin hat die Erfahrung gezeigt, dass der berechnete Maximalauftrieb recht gut mit Messwerten übereinstimmt.

Abbildung 2 Theoretische Polaren des Profils HQ 2.5/9 mit Wölbklappe

In Abbildung 3 ist schematisch dargestellt, wie die berechneten Polaren bei hohen Auftriebsbeiwerten interpretiert werden können. Das Programm kann auch nicht die Auswirkungen von laminaren Ablösungen auf die Polaren berechnen.

Aufgrund der theoretischen Polaren ist beim HQ 2.5/9 eine kritische Re-Zahl zu erwarten, die deutlich unter 100 000 liegt. Der maximale Auftriebsbeiwert $C_{A \max}$ erreicht etwa 1,1 bei Klappenausschlag $η_K = 0^°$ . Er steigt auf etwa 1,25 bei Klappenausschlag $η_K = +5^°$ . Wird die Klappe von $η_K = 0^°$ auf $η_K = -5^°$ gesetzt, so verschiebt sich der Bereich kleinen Profilwiderstandes (Laminardelle) um knapp $Δ C_A = -0,2$ zu kleineren Auftriebsbeiwerten. Der untere Rand der Laminardelle liegt dann etwa bei $C_A = 0,05$ . Ein noch grösserer negativer Klappenausschlag ist nicht zu empfehlen. Insgesamt bestätigen die theoretischen Polaren das typische Verhalten eines Wölbklappenprofils. Für F3B-Modelle, die besonders hohe Geschwindigkeiten erreichen sollen, wäre vermutlich ein etwas weniger gewölbtes Profil (z. B. HQ 1.5/9 oder HQ 2/9) vorzuziehen, falls eine kleine Einbusse im Langsamflug in Kauf genommen werden kann.

Abbildung 3 Schematische Darstellung der Abweichung zwischen theoretischer und wirklicher Polare bei hohen Auftriebsbeiwerten

[1] H. Quabeck, Profile für Wölbklappenflügel. Flug+modelltechnik 1 u. 2 (1983)

[2] W. Thies, Polaren für Quabeck-Profile. Flug+modelltechnik 7 (1983)

[3] R. Eppler/D. Somers, A Computer Program for the Design and Analysis of Low-Speed Airfoils. NASA Technical Memorandum 80210.