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Kleine Helfer mit großer Wirkung? In letzter Zeit sieht man auf Flugveranstaltungen immer mehr Flugzeuge, auf deren Flügel kleine, meist dreieckige Gebilde, sogenannte Vortex-Generatoren (VG). angebracht sind. Was bisher fast nur STOL- Fliegern zur Verbesserung der Langsamflugeigenschaften vorbehalten war, nutzen jetzt auch zunehmend die Racer unter den UL-Flugzeugen. Handelt es sich nur um eine Modeerscheinung oder steckt vielleicht doch mehr dahinter? Vor einigen Wochen auf dem Fly-In von Blois in Frankreich konnte man sie nicht übersehen: „Drachenzähne" auf Flügeln. Viele Flugzeuge waren schon ab Werk mit Vortex-Generatoren ausgestattet und — wir sind schließlich in Frankreich, wo sich Modetrends schnell durchsetzen — bis zum Abend des ersten Messetages ließen sich noch zehn „zahnlose" Flugzeuge vor Ort die kleinen aerodynamischen Helfer an der Flügeloberseite anbringen. Der Modemacher war der umtriebige Tino Venturi von der Firma Veleria Dedalo, der an seinem Stand publikumswirksam seine Vortex- Generatoren auf Flügelflächen anbrachte. Auf der Messe bot er einen kompletten Satz Vortex- Generatoren für UL-Flugzeuge für 144 Euro an, fertig montiert für 280 Euro. Jetzt, einige Wochen später, erfahre ich in einem Fachgespräch mit meinem italienischen Kollegen Rodolfo Biancorosso (Vota Sportivo) über die Wirkung der VG, dass er die Vortex- Generatoren kürzlich an verschiedenen UL-Flugzeugen getestet hat - mit teilweise erstaunlichen Ergebnissen. Doch kommen wir erst einmal zur Geschichte der kleine Helfer. Geschichte der VG Vortex-Generatoren erschienen erstmalig vor fünfzig Jahren auf verschiedenen Flugzeugflächen. Ursprünglich waren sie zur Kanalisierung des Luftstroms an Flügeln gedacht und zwar überwiegend vor den Seitenruder-Steuerflächen. Bekanntes Beispiel Jederzeit mit einer Schablone schnell und einfach aufgeklebt (Demo-Fotos unten mit Tino Venturi) verbessern Vortex- Generatoren (VG) die Stall- Geschwindigkeit um bis zu 20 % und zudem das Handling bei Vmin. dafür ist die Boing 707, die in bestimmten Flugphasen trotz Drehen des Steuerhorns um 45 Grad keine Anzeichen zeigte, die Fluglage zu ändern. Ursache war die Ablösung der Luftströmung an der Oberseite des Flügels vor den Steuerflächen. Nach Anbringung von Vortex-Generatoren an der Oberfläche des Flügels, schräg zur Anströmrichtung vor den Steuerflächen, verschwand dieses Problem. Ähnliche Schwierigkeiten mit ineffizienten Steuerflächen löste man auf diesem Wege an unzähligen Nachkriegsflugzeugen, auch an Hecksteuerflächen. Besonders betroffen von diesen aerodynamischen Unzulänglichkeiten waren die stärkeren ein- und zweimotorigen Flugzeuge dieser Zeit. Damals hatten die VG teilweise riesige Ausmaße verglichen mit heutigen Ausführungen. Die anfänglich handflächengroßen aerodynamischen Hilfen schrumpften zu Mikro-VG, die heute an modernen ULs nur noch 22 mal 12 mm messen. Wirkungsweise der VG Doch wie schaffen diese kleinen Helfer es, aerodynamische Probleme zu lösen? Als Vortex- Generator bezeichnet man in der Aerodynamik eine kleine, zusätzlich angebrachte Fläche, die als Oberflächenstörung fungiert. Dadurch soll einem drohenden Strömungsabriss vorgebeugt werden, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten von Flugzeugen. Zur Erläuterung dieser aerodynamischen und physikalischen Prozesse müssen wir uns etwas näher mit der Luftschicht auf der Oberfläche eines Aeroprofils, der Grenzschicht, beschäftigen. Die Strömung oberhalb des Flügel Nr. 106 - 612010 53 }Aerodynamik) Mit VG (Vortex- Generatoren) rechte Hälfte der Abbildung, Foto unten: der rote Faden liegt an. Ohne VG, linke Seite und Foto oben: Luft- verwirbelungen. die zum frühen Stall führen. W1THOUT VGs: WITH MICRO VGs: CRUISE AIRSPEED TN AIFiFLOW • VORIE X AIPLOW NO REDUCTION IN CRLFISE SPEED SLOW AIRSPEED BOUNOARY I A r ER'. ATTACNED STALL AIRSPEED -uNcoNTReu.D ZONTROLLE 0 TURBULENCE VOFMCES NOTE: AN AIRC.PAFT rOuiPPFp ran-1 VOR TEIL GEN EPATORS 1 WM_ ST ALL. 11..ff Al A 1:LWER AIRSPEED IliANINE SAME enAAFT INITHOUT VOATEXOFNEHATORS Flügels ist maßgebend für das Flugverhalten des Flugzeugs. Dort finden Prozesse in der Grenzschicht direkt über der Oberfläche des Flügels statt, die besonders bei hohem Anstellwinkel zum Abriss der Strömung führen - dem Stall. Die Strömung verläuft im Normalfall bis zum so genannten Umschlagpunkt (meist die dickste Stelle des Aeroprofils) laminar, also gleichmäßig parallel ohne Verwirbelungen. Danach wird sie zur Flügelaustrittskante hin in der Regel immer turbulenter. Ein Strömungsabriss findet dann statt, wenn sich die Grenzschicht von der Tragfläche abgelöst hat, so dass der benötigte Auftrieb für den Flug nicht mehr erzeugt werden kann. Vereinfacht erklärt, die Luft. die den Flügel besonders bei niedrigen Geschwindigkeiten und großem Anstellwinkel umströmt, ist aus Energiemangel nicht mehr in der Lage dem Verlauf der Flügeloberfläche zu folgen. Hier setzen die VG an. Durch die schräge Anordnung der vor dem Umschlagpunkt angebrachten Vortex-Generatoren wird der laminare Fluss in eine kontrollierte Wirbelbewegung versetzt. Jeder Vortex-Generator erzeugt sozusagen einen Mini-Tornado, der der vorbeiströmenden Luft mehr Energie gibt. So entsteht kein Energiemangel in der Grenzschicht, der energiegeladene Luftstrom kann dann der Kurve des Aeroprofils folgen und reißt nicht so schnell von der Oberfläche ab. Anwendungen im UL-Bereich Es ist unerheblich, aus welchem Material die VG hergestellt sind - meist sind es abgewinkelte Aluminiumprofile oder Kunststoffteile -, die Wirkungsweise ist die gleiche. Die Größe und Form der Vortex-Generatoren und deren Positionierung auf dem Flügel jedoch sind wichtig für die Wirkung. Meist werden die VG in einem Winkel von etwa 45 Grad zur anströmenden Luft angebracht, und zwar in der Regel paarweise schräg zu- oder abgewandt. Die passende Größe zu berechnen ist ein heikler Prozess mit unsicherem Ergebnis, so dass Größe, Form und Anstellwinkel der VG meist praktisch erprobt werden. Vortex-Generatoren sollten sich bei zehn Prozent der Profiltiefe an der Oberseite des Flügels gemessen vom Staupunkt befinden. Da dies wegen der kurvigen Form des Aeroprofils schwer zu ermitteln ist, löste Tino Venturi die komplizierte Ermittlung der Anbringungspunkte mit einer von ihm entwickelten, vereinfachten Formel und einer Montageschablone. Man kann damit direkt loslegen: Aus der gesamten Profiltiefe 92 Prozent errechnen, dazu 4 cm addieren und die Summe als Punkt an der Oberseite des Flügels markieren, gemessen von der Flügelaustritts kante. Dies muss man mindestens zweimal ausrechnen, für die Flügelwurzel und -spitze. Dann zwischen den beiden Punkten einen Faden spannen und diesen an der Oberfläche des Profils mit Klebeband befestigen. An dieser Linie, die Tino in seiner Anleitung Referenzlinie nennt, wird eine Kunststoffschablone mit vorgestanzten Öffnungen für VG ausgerichtet. Nun nur noch die einzelnen Kunststoff- VG nach Ablösen des Klebeschutzes in die Aussparungen der Schablone kleben — fertig! Übrigens ist die Unterseite der einzelnen VG nicht plan, sondern gebogen, so dass sie sich besser an die Flügeloberfläche anpassen können. Wem diese zwanzig Minuten dauernde Prozedur zu kompliziert ist, kann auch gegen Aufpreis auf den Anbringservice der Firma zurückgreifen. Praktische Ergebnisse Rodolfo Biancorosso ließ die VG zuerst an einem STOL-Schulterdecker und dann auch an mehreren modernen, schnellen Tiefdeckem testen. Im direkten Vergleich am selben Flugzeug mit und ohne VG kamen 54 Flügel Nr. 106 - 512010 Read more in the printed edition!