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Profil

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Profile von H. Quabeck (HQ)

Profil nennt man die geometrische Form des Querschnitts (quer zur größten Länge der Fläche, längs in Strömungsrichtung) durch eine fluiddynamisch wirksame Fläche (Tragfläche, Leitwerk, Segel, Ruder, Schwert, Propellerblatt, Turbinenschaufel...) Im Folgenden wird beispielhaft immer von Tragfläche gesprochen; es gilt für die anderen Anwendungen sinngemäß.

Inhaltsverzeichnis

Klassifizierung

Blick auf ein vollsymmetrisches Profil
Blick auf ein halbsymmetrisches Profil
Blick auf ein Vogelprofile

Profile werden nach ihrer Form grob unterteilt in die folgenden Klassen:

  • Symmetrische Profile
  • Halbsymmetrische (korrekter: Bikonvexe) Profile
  • Profile mit gerader Unterseite (eigentlich ein Spezialfall der bikonvexen Profile)
  • Profile mit konkaver Unterseite, "Vogelprofile".
  • Druckpunktfeste oder eigenstabile Profile (S-Schlag-Profile).

Die modernen Profilentwurfsmethoden führen oft zu Profilen, die einen Zwitter zwischen bikonvexen Profilen und Profilen mit konkaver Unterseite darstellen: Bikonvex über den größten Teil der Unterseite, aber mit einem konkaven Abschnitt am hinteren Ende. Die oben erwähnte Unterscheidung (mit Ausnahme der symmetrischen Profile mit ihren ganz spezifischen Eigenschaften) ist aber ohnehin weitgehend willkürlich; besser klassifiziert man Profile geometrisch nach ihren diesbezüglichen Kennwerten.

Funktion

Funktion eines Profils

Da das Profil durch seine Kontur der Tragflächenumströmung die Form der Stromlinien und damit die Druckverteilung aufzwingt, bestimmt es maßgeblich die fluiddynamischen Eigenschaften der Tragfläche. Dem "Aufzwingen" sind aber Grenzen gesetzt; nicht jede gewünschte Druckverteilung lässt sich durch eine entsprechende Form verwirklichen, da die Fähigkeit der Strömung, der Profilkontur zu folgen, begrenzt ist. Dies gilt in erhöhtem Maße bei den niedrigen Re-Zahlen des Modellflugs, da hier Grenzschichtphänomene die Profileigenschaften maßgeblich mitbestimmen.

Eigenschaften der Tragfläche, die durch das Profil bestimmt werden:

Grenzen der Anwendbarkeit von aerodynamischen Profildaten

Die Anwendbarkeit von Profildaten zur Voraussage von Eigenschaften von Tragflächen ist begrenzt. Die entsprechende Theorie geht von einer weitgehend zweidimensionalen Strömung aus, d.h. wesentliche Geschwindigkeitskomponenten in Spannweitenrichtung dürfen nicht vorliegen. Diese Bedingung ist verletzt bei:

Historie

Profile wurden lange Zeit empirisch entwickelt (z.B. Clark Y, Göttinger Profile, Ritz-Profile). Als Zwischenschritt wurden aus erfolgreichen Profilentwürfen mathematische Funktionen abgeleitet, nach denen ganze Profilfamilien etworfen wurden (NACA Profile der 4-stelligen Reihe). Seit den 1940er Jahren wurden Methoden zum inversen Entwurf entwickelt. Zusammen mit der Verfügbarkeit von hoher Rechenleistung und Erkenntnissen über die Eigenschaften der Grenzschicht bei niedrigen Re-Zahlen haben sie in den letzten Jahrzehnten zu schnellen Fortschritten geführt, so dass heute im Modellflug ein gewisses Plateau bei den Profilleistungen erreicht ist.

Diskussion zur Geschichte der Profilentwicklung

Profilentwickler

Wichtige Personen, die an der Entwicklung von Profilen beteiligt waren (ohne Anspruch auf Vollständigkeit):

HQ-Profile
Eppler-Profile
MH-Profile
Selig-Profile
  • Franz Xaver Wortmann (Entwicklung von Entwurfsmethoden; Vater der Wortmann-FX Profile, die lange Zeit im manntragenden Segelflug führend waren)
  • Dieter Althaus (Messungen an Profilen, auch bei kleinen Re-Zahlen)
  • Richard Eppler (Entwicklung von Entwurfsmethoden; Computer-Windkanal, Entwurf von Profilen (Ennn) für verschiedene Anwendungsgebiete, auch die bekannten Eppler-Profile für den Modellbau)
  • Mark Drela (Entwicklung von XFOIL, einem erheblich verbesserten Computer-Windkanal; Entwurf von Profilen für den Modellflug)
  • Michael Selig (Enwurf von Profilen für niedrige Re-Zahlen (Snnnn & SDnnnn (in Zusammenarbeit mit Donovan)). Systematische Messungen bei niedrigen Re-Zahlen)
  • Rolf Girsberger (Entwurf von Profilen für den Modellflug (RGnn), darunter der extrem glückliche Wurf RG 15)
  • Helmut Quabeck (Entwurf von Profilfamilien für den Modellflug (HQx f/d), insbesondere auch für Wölbklappenanwendungen)
  • Martin Hepperle (Entwurf von Profilen für den Modellflug (MHnn))
  • Norbert Habe (Entwurf von Profilen für den Modellflug (HNnnn))

Eine umfassende Zusammenstellung der verwendeten Profile bei manntragenden Flugzeugen kann man hier finden

Software

Frei verfügbare Programme wie XFOIL und Profili erlauben dem erfahrenen Nutzer heute, Geometriedaten wie Wölbung und Wölbungsrücklage, Dicke und Dickenrücklage an die Gegebenheiten anzupassen und damit das Profil für die jeweilige Anwendung maßzuschneidern.



Weblinks