Winglet

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Winglet an einer DG 1000

Winglets (Englisch für "Flügelchen") nennt man am Randbogen des Flügels angesetzte Hilfsflächen, die mehr oder weniger senkrecht zur Flügelebene stehen.

Zweck

Winglets werden aus verschiedenen Gründen angebaut:

Wirkungsweise

Zur Reduktion des induzierten Widerstands

Das Winglet nach R.T. Whithcomb (NASA) stellt sich wie ein dichtgeholtes Segel hart am Wind in die durch den Randwirbel lokal verzerrte Umströmung des Randbogens und bezieht daraus Energie, die sonst in Form von induziertem Widerstand verloren ginge. Die Wirbelströmung am Randbogen ist an der Flügeloberseite nach innen gerichtet. Eine korrekt da hineingestellte Fläche erfährt einen Auftrieb, der vor allem nach innen, aber auch leicht nach vorne, in Flugrichtung, gerichtet ist. Diese Komponente wirkt als Vortrieb oder als negativer induzierter Widerstand.

Kritik dieser Anwendung: (diese Kritik kommt aus dem manntragenden Bereich, hier hauptsächlich der Verkehrsfliegerei) - Man könnte diese Fläche genau so gut flach ansetzen, also die Spannweite und Streckung erhöhen. (Auch das reduziert den induzierten Widerstand.) Der Auftrieb an dieser Fläche wird damit nutzbar. Aus Leistungsgründen haben Winglets eigentlich nur Berechtigung, wenn die Spannweite aus was für Gründen auch immer beschränkt ist.

Gegenargument zur Kritik: während im manntragenden Flug die Auslegung des Flugzeuges auf einen bestimmten Flugzustand maßgeblich ist, werden im Modellflug Optimierungen für einen weitaus größeren Bereich sowohl der Anstellwinkel als auch des Auftriebsbeiwerts verlangt. Da die Winglets senkrecht stehen, wird bei Veränderung des Abstellwinkels nicht der Auftriebsbeiwert verändert. Damit können Winglets in einem besseren Arbeitsbereich bleiben, als dies bei verlängerten Flügeln der Fall ist.

Nachteilig bei vergrößerter Spannweite sind zudem die Flugeigenschaften: Das Flugzeug wird träger um die Längs- und Hochachse. Von korrekt ausgelegten Wingletflügeln wird dagegen berichtet, dass sich die Flugeigenschaften verbessern: Bessere Querruderwirkung und harmloserer Strömungsabriss.
Ein Flügel größerer Spannweite hat außerdem etwas höhere Biegelasten als ein Wingletflügel und wird damit, bei korrekt ausgelegtem Holm, etwas schwerer.


Als Seitenleitwerk

Zur Erzielung eines maximalen Windfahneneffekts durch einen großen Hebelarm soll das Winglet so weit wie möglich hinten sitzen. Außerdem hilft Vorspur (Ausrichtung der Nase nach leicht vorne innen). Dies über den folgenden Effekt: Das Winglet am voreilenden Flügel erhält höhere Anstellung; am zurückbleibenden verringert sie sich. Das erhöht am voreilenden Winglet sowohl den Profilwiderstand als auch den induzierten Widerstand und umgekehrt. Das hat ein rückführendes Moment um die Hochachse zur Folge. Übertreiben sollte man es aber mit der Vorspur nicht; großer Auftrieb im schiebefreien Flug erzeugt dann nutzlosen Widerstand. Außerdem kommt es bei stark auftriebsbelasteten Winglets gern zu Strömungsabrissen am Wingletfuss, der einen partiellen Abriss am Flügel mit entsprechend unangenehmen Reaktionen (außen, großer Hebel, Querruderwirkung weg) provozieren kann. Insbesondere im Hochstart von Pfeilnurflügeln ist so etwas oft fatal.

Zum Erhöhen der Schiebe-Roll-Kopplung

Braucht Mitarbeit durch Experten Diesen Effekt ("V-Form Wirkung von Winglets") habe ich mehrfach aus berufenem Mund zitiert gesehen, kenne aber selber keine Erklärung.

Auslegung

(Nach Hartmut Siegmann, Christian Baron, "Steilkurbler" Uli)

  • Tiefe des Winglets 60% der Außentiefe des Flügels, angesetzt hinten am Randbogen
  • Zuspitzung des Winglets auf 60% der Fuss-Tiefe
  • Streckung >1, sonst überwiegen Verluste durch Interferenzwiderstand den Gewinn an induziertem Widerstand
  • Hinterkante leicht rückgepfeilt
  • Winglet 10 ... 20° nach außen geneigt (reduziert den Interferenzwiderstand)
  • Profilierung den kleinen Re-Zahlen angepasst (dünn, kleine Dickenrücklage)
  • Wingletfuss: Profil Wölbung ähnlich der Flügelspitze, angestellt mit ... 0° zur Flugrichtung. Das Winglet "sieht" durch die abgelenkte Strömung im Randwirbel einen höheren Anstellwinkel. (Hohe Anstellung (0°) für hohe Auslegungs-CA des Hauptflügels, weniger für schneller fliegende Modelle. Für sehr schnell fliegende Modelle Winglets weglassen; die Nachteile überwiegen.)
  • Wingletspitze: Profil symmetrisch bis schwach gewölbt, angestellt mit zur Flugrichtung

Zu einem möglichen Herstellverfahren s. Weblinks.

Weblinks

NASA zu Winglets
Christian Baron zu Winglets
Diskussion zu Winglets mit Auslegungshinweisen von Hartmut Siegmann
Post von "Steilkurbler" Uli mit detaillierten Hinweisen zum Bau und Bildern