Prestige 2PK GPS-Triangle Version „out of the box“ SAMBA model

Das maximale Abfluggewicht (MTOW) für GPS-Triangle.

Berechnungsweg:
Das maximale Gewicht berechnet sich aus den maximal erlaubten 30gr/qdm Flächenbelastung mal der Gesamtfläche. Die Gesamtfläche setzt sich aus der projizierten Fläche von Flügel plus projizierten Fläche des Höhenleitwerk des Flugzeugs zusammen.
Fläche der Tragfläche mit 79,3 dm² plus dm² Höhenleitwerk mit 7,33 dm² = 86,63 dm². 
MTOW GPS-Triangle: Prestige 2PK ist daher 30 gr./dm² x 86,63 dm² = 2.598gr.
Daraus folgt, dass die Prestige 2PK mit 86.63 dm² ein maximales Abfluggewicht  von 2.598 gr haben darf, um die maximalen regelkonformen 30gr/dm² zu entsprechen.
Daher haben unterschiedliche Modelle unterschiedliche maximum take off weight (MTOW) eine Liste mit dem Stand von März 2020 findest Du hier: Liste

Das aktuelle Abfluggewicht mit Trimmgewicht 50 gr. (leer) liegt noch bei 2.141 gr. inkl. Antriebsakku, Backup-Akkusystem, RC, GPS-Triangle Technik, Regler, etc.. 

Vorbereitung zu den Trimmflügen:
Aber zuerst wird der Reichweitentest auf dem Platz gemacht. Der optimale Schwerpunkt muss zum eigenen Fluggefühl erflogen werden und erst dann geht es in die Feinheiten zur Gewichtsoptimierung.
Dann wird das temporäre Trimmgewicht aus dem Heck (aktuell 50 gr.) entnommen.
Der Konus wird unter Beibehaltung des erflogenen Schwerpunktes abgelängt. So wird das geringste Abfluggewicht ohne Trimmblei erzielt, mehr geht nicht. 😉

Das absehbare Ziel wird es sein 2.085 gr – 2.095  gr. als minimales Abfluggewicht bei maximalen Ausbau zu erreichen. Ohne Backupakku und leichterem Antriebsakku und Motor sind 2.000 gr. bis 2040 gr. durchaus erreichbar.

Prestige 2PK der Weg bis zur 2. Version

Nach fast 10 Jahren gibt es ein neues Prestige. Im Jahr 2010 machte sich Philip Kolb mit dem fineworx-Team auf, um ein neues F3J-Flugzeug mit den neuesten verfügbaren Technologien in Aerodynamik, Materialien und Bautechniken zu entwickeln und zu bauen. Damals wurden keine Mühen gescheut, neue Produktionsweisen zu entwickeln und zu finden, unter Verwendung der besten Materialien, die zu dieser Zeit verfügbar waren.
Aus diesem Grund war PRESTIGE nicht im Handel erhältlich. Der Ansatz, dieses Segelflugzeug zu bauen, spiegelte keine vernünftige, wirtschaftlich begründete Lösung wider. Trotzdem war die PRESTIGE in dieser Zeit wohl das beste Allround-Thermik-Segelflugzeug und konnte sich in einem erstaunlich breiten Tragflächenbelastungsbereich auszeichnen. Die Gewichtsspanne von 1.300 gr bis 5.000 gr Fluggewicht war wunderbar und erfolgreich. (eine 5-kg-Version konnte den XC-Soaring-Wettbewerb in Montague 2014 gewinnen, obwohl er als F3J-Flugzeug konzipiert war).

Auch heute noch würde die fast 10 Jahre alte PRESTIGE so gut funktionieren wie jedes moderne F3J-Schiff.

Glücklicherweise verwenden mittlerweile alle die „neuesten und besseren Technologien“.
In den letzten 9 Jahren haben In-Mold-Aufblasrümpfe, Rohacell-Kern-Oberflächen und -Flügel, High-Modulus-Spread-Carbon-Technologie, etc. … ihren Weg in den Modellflugsport gefunden und sind gut etabliert und werden für angemessene Kosten hergestellt und sind verfügbar.

Warum also nicht PRESTIGE auf die nächste Stufe heben?

Da F5J in den letzten Jahren aus verschiedenen Gründen so viel Popularität gegenüber F3J erlangte, sollte Prestige sofort für diese neue Klasse entwickelt werden.

Grundlagen des Prestige-Designs

Weil beim F5J kein Windenstart stattfindet, ist die strukturelle Herausforderung deutlich geringer als beim F3J und die Konstruktionsparameter sind damit offensichtlich anders. Es besteht keine Notwendigkeit, einen leichten, steifen und starken Holm zu konstruieren. Dies allein senkt schon das strukturelle Gewicht des Segelflugmodells. Auch müssen die Flügel aus dem gleichen Grund nicht so dick wie bei einem F3J-Modell sein – es ist daher kein sehr starker Holm erforderlich, um die auftretenden hohen g-Lasten aufzunehmen.
Dementsprechend erfordern niedrige Fluggewichte und die daraus resultierenden niedrigen Reynolds-Zahlen den Einsatz sehr dünnen Tragflächen.

Dennoch kann ein F5J-Segler aufgrund der Regelsätze bei Flugbedingungen mit absoluter Windstille bis hin zu Windgeschwindigkeiten von bis zu 12 m/s ausgesetzt sein. Um auch bei starkem Wind wettbewerbsfähig zu sein, ist es unbedingt erforderlich, die Tragflächenbelastung des Segelflugzeugs variieren zu können, egal wie anspruchsvoll das aerodynamische Design des Segelflugzeugs ist.

Daher wurde große Sorgfalt darauf gelegt, das Design des PRESTIGE-2PK zu optimieren, um über den gesamten Bereich der möglichen Flugbedingungen zu funktionieren. Großer Wert wurde darauf gelegt, dass PRESTIGE-2PK mit viel Ballast tatsächlich sehr gut umgehen kann.
Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Tragflächen des Flügels – auch wenn sie sehr dünn sind – einen hohen maximalen Auftriebsbeiwert bieten können. Um dieses Ziel zu erreichen, so weist ein Flügel mit einem hohen (aber nicht sehr hohen) Streckungsverhältnis die besten Ergebnisse aus, der eine ausreichend Sehnenbreite hat, um die Tragflächen sowohl für den Flugzustand mit niedriger Geschwindigkeit (niedrige Flügelbelastung) als auch für den Flugzustand mit hoher Geschwindigkeit, bei hohe Flügelbelastung zu optimieren.
Am Ende wurde das Seitenverhältnis bei 19,2 bei einer 3,9 m Spannweite als optimal aus dem Entwurf weiter umgesetzt.
Um den induzierten Widerstand mit dieser festen Spannweite zu reduzieren, wurde die Grundrissform so optimiert, dass sie so elliptisch wie vernünftigerweise noch möglich ist. Die Tragfläche weist dabei ein relativ hohes Verhältnis zur Streckung auf (diese Maßnahme hilft sogar, Gewicht und Trägheit im Randbogenbereich des Flügels zu reduzieren und dadurch eine bessere Manövrierfähigkeit zu erreichen), dem im Gegenzug durch einen erheblichen Washout-Twist zum Randbogen entgegengewirkt wurde Paneel, um fügsame Abrissverhalten und einen minimalen Wenderadius beim Kurbeln in der Thermik zu erreichen.
Hinweis zu Washout-Twist: Washout ist ein Merkmal des Flugzeugflügeldesigns, das die Auftriebsverteilung über die Spannweite eines Flugzeugflügels bewusst zum Randbogen hin reduziert.

Erklärungen zum Profil

Wie bei jedem modernen Segelflugzeug-Design verfügt der Flügel über ein optimiertes Tragflächendesign entlang seiner Spannweite unter Berücksichtigung der lokalen Reynolds-Zahlen. Für das PRESTIGE-2PK wurden 7 verschiedene Tragflächenabschnitte entwickelt und entlang der Spannweite optimiert.
Ein Kriterium war die Bestimmung die optimale Findung zum Verlauf der Ruderschanierlinie. Einerseits soll eine dauerhafte laminare Strömung erreicht werden, die nicht durch die Scharnierlinie oder den Spalt zwischen Flügel und Klappe abgelöst werden soll. Andererseits sollen die positiven Klappenausschläge beim Aufwölben der Tragfläche zu einer minimalen Krümmungsänderung an der Flügeloberseite führen.
Ersteres erfordert relativ schmale Ruderklappen und hat definitiv Vorteile beim Fliegen mit höheren Geschwindigkeiten, während letzteres Vorteile zeigt, wenn man mehr Wert auf sehr niedrige Fluggeschwindigkeiten legt. Am Ende wurden 28% dafür ermittelt und bietet eine sehr breite optimale Lösung für die PRESTIGE-2PK wider. Die Tragflächenform wurde entwickelt, um die 28% Sehnentiefe der Klappen und Querruder über die gesamte Spannweite beizubehalten.

Um die Leistung zu verbessern, weisen moderne Tragflächen, die bei niedrigen Reynolds-Zahlen verwendet werden (wie bei fast allen F3K-, F3J- und F5J-Flugzeugen), einen sogenannten „Knick“ auf. Das bedeutet, dass die Unterseite und die Oberseite der Tragfläche nicht durchgehend und glatt sind.
Dies ermöglicht die Verwendung eines breiteren Bereichs von Klappenwinkeln – insbesondere positive Klappenwinkel, um das Flügelprofil aufzuwölben – weil diese Maßnahme zu einer weniger steilen und abrupten Druckrückgewinnung auf der hinteren Oberseite des Flügelprofils führt.
Aufgrund der instabilen Grenzschichtverhältnisse bei niedrigen Reynolds-Zahlen kann dieser steile und abrupte Druckaufbau am hinteren Teil der Tragflächenoberseite durch große laminare Ablöseblasen zu einem deutlich höheren Widerstand und damit zu Leistungseinbußen insbesondere bei langsamen Kreisläufen bei steiler Querneigungen führen, dass ist bei F5J jedoch ein MUSS!

Beim PRESTIGE-2PK ist der Knick in den Tragflächen wie folgt aufgebaut:
Die Tragflächenprofile haben unten und oben gleichzeitig keine durchgehende glatte Oberfläche. Bei sauberer Unterseite befindet sich der Flügel in einer für niedrige Auftriebsbeiwerte optimierten Konfiguration, also für schnelles Fliegen (z. Nach der Verwendung von 2 Grad Klappenstellung aus dieser Konfiguration ist die Oberseite der Tragflächen durchgehend und glatt.

Die von Samba-Modell gewählte Konfiguration liegt genau zwischen den Konfigurationen für eine glatte Ober- und Unterseite. Beim Anpassen der Hinterkante an den eingebauten Beschlag zum Rumpfanschluss sind die Hinterkantenklappen wie in der Skizze unten mit der schwarzen Kurve dargestellt.

Die Konfiguration zum Ausrichten der Klappenstellungen kann bei der Installation des Flugzeugs verwendet werden, um die einzelnen Flugmodi und auch als separater Flugmodus einzurichten. Es spiegelt eine sehr effiziente Einstellung wider, wenn man gegen nicht zu starken Gegenwind fliegt (wie z.B. beim Zurückdrehen zum Flugplatz aus einer Gegenwind-Thermik). Wenn Leezonen durchflogen werden müssen, ist die „Lower-Side-Clean-Konfiguration“ jedoch die bessere Wahl.

Da ein F5J-Flugzeug höchstwahrscheinlich die meiste Zeit in der Luft im Kreisflug verbringen wird, wurde viel Arbeit in die Optimierung des Flugzeugs für diese Flugmodi gesteckt. Im Allgemeinen sollten 2 Voreinstellungen für die Klappenstellung möglich werden, um fast alle erforderlichen Luftgeschwindigkeiten für verschiedene Thermikbedingungen abzudecken. Da die Profile für einen weiten Anstellwinkelbereich ausgelegt sind, ist die Einstellung des „richtigen“ Klappenwinkel nicht überkritisch. Trotzdem wird empfohlen, „Elevator to Camber Mix“ (Snap Flap) zu verwenden, um den Luftwiderstand über einen weiten Umschlag zu minimieren, ohne viele verschiedene Camber-Presets zu benötigen und damit den Piloten beim Fliegen zu entlasten.
Die 2 thermischen Modi, die konfiguriert werden sollten, sind in der folgenden Grafik dargestellt. Heutzutage werden sie meist „Thermal-1“ und „Thermal-2“ genannt, weil die meisten Sender diese Namen als Voreinstellungen verwenden. Der Modus „Thermal-1“ ist auf +3 Grad zusätzlichen Sturz eingestellt, gemessen von der werksseitig eingebauten Stellung. Es wird in aktiverer (turbulenter) Luft verwendet, wenn die Fluggeschwindigkeit entscheidend ist. Der „Thermal-2“-Modus ist auf +5 Grad eingestellt und wird verwendet, wenn steile und enge Kreise erforderlich sind, um einen engen Thermikbart zu „zentriert zu steigen“.

Die Heckkonfiguration des PRESTIGE-2PK ist ein Derivat des ursprünglichen PRESTIGE.
Die Dimensionierung der Leitwerke und die Entwicklung der Leitwerke erfolgte unter Beachtung der Aspekte gutmütigen Flugverhaltens bei gleichzeitiger Reduzierung des Luftwiderstands. Sechs nicht symmetrische Profilstraks wurden entlang der halben Spannweite des Höhenleitwerks entwickelt, um entsprechend den lokalen Reynolds-Zahlen an jeder Position des HLW diese zu optimieren. Die Tragflächen des Höhenleitwerks unterscheiden sich geringfügig von denen der ersten PRESTIGE. Da nun der feste Teil des Höhenruders und die Höhenruderklappe in Solidcore-Technologie gebaut sind (bei der PRESTIGE wurde noch in Hohlformtechnik gebaut), könnten die Tragflächen des Höhenleitwerks angesichts der sehr geringen Reynolds-Zahlen noch dünner werden um auch am Heck Gewicht zu sparen, damit wird die Trägheit so gering wie möglich ausgelegt.
Um eine sehr präzise Pitch-Steuerung zu erreichen, wurde ein gedämpftes Höhenruder gewählt, aber da das Höhenruder von F5J-Flugzeugen sehr oft hochgezogen wird, wurde eine relativ breite Höhenrudersehne verwendet.
Auf diese Weise werden die positiven Aspekte eines vollbeweglichen Höhenleitwerks und eines gedämpften Höhenruders kombiniert – geringer Luftwiderstand einerseits, präzise Kontrolle andererseits.
Wie bereits erwähnt, erfährt das Höhenruder eines F5J-Flugzeugs beim Ziehen von engen Thermikkurven große Ausschläge nach oben, daher wurden die Tragflächen des Höhenleitwerks speziell für genau diese Konfiguration entwickelt, um einen geringen Luftwiderstand zu erzeugen.
Der Pilot muss nur verstehen, dass für dieses Höhenleitwerk sehr präzise hochauflösende Servos und eine spielfreie Anlenkung erforderlich sind, um die tatsächliche Präzision dieses Höhenruders zu erreichen.
Anders als das Höhenleitwerk muss das Seitenleitwerk eine erhebliche Auftriebskraft aufbringen, um seitlichen Schlupfbewegungen um die Hochachse  entgegenzuwirken um das Schlingern zu dämpfen. Die Dimensionierung des Seitenleitwerks sowie der Sektionen wurde daher in erster Linie so gewählt, dass eine sehr gute Gierdämpfung erreicht wird. Dabei können die symmetrischen Tragflächen des Seitenleitwerks nicht extrem dünn sein, um dennoch große maximale Auftriebsbeiwerte bereitzustellen. Die Dicke der sieben Seitenleitwerksprofile variiert dabei von 7% bis 5,3%. Sie sind denen des ersten PRESTIGE sehr ähnlich, da nicht viel Raum für weitere Optimierungen mehr möglich war.

Alles in allem hoffe ich sehr, dass das neue PRESTIGE-2PK im F5J eine gute Figur abliefert wird und viele F5J-Piloten mit den Flugleistungen und Handling-Qualitäten glücklich werden und die Design-Zwecke gerecht werden. Damit eine würdige Nachfolgerin der PRESTIGE gelungen ist, wie es immer noch das schönste Flugzeug zum Fliegen ist, das ich je geflogen habe.

Philip Kolb, Mai 2019

Quelle: Englischer Text von Philip Kolb, übersetzt von Stephan Eich,
SAMBA model, zuletzt besucht am 09.01.2022