Überlegungen zur Aerodynamik von Gurtzeugen

Verbesserung der Profileffizienz durch Verbesserung des Verhältnisses Auftrieb/Luftwiderstand

Verringerung des Vortex an den Flügelspitzen

Verringerung der Leinenmenge (4 -> 3 -> 2 Liner)

Verringerung des Pilotenwiderstands durch den Wechsel von sitzend zu liegend, Kokon-Gurtzeuge und Profilierung der Gurtzeuge.

Doch welchen Einfluss haben diese verschiedenen Parameter?

Bei einer Fluggeschwindigkeit mit maximaler Gleitzahl wird der Luftwiderstand grob wie folgt aufgeteilt:

50% induzierter Luftwiderstand (verbunden mit dem Auftrieb des Profils)

50% Reibungswiderstand, der sich ungefähr gleichmäßig auf den Reibungswiderstand des Segeltuchs, der Leinen und des Piloten verteilt (die Fläche von 250 Meter Leinen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,8mm entspricht 0,2m2, was ungefähr dem Äquivalent eines modernen Wettkampfsitzgurtes entspricht, wie er im Windkanal gemessen werden konnte).)
Bei höheren Geschwindigkeiten wird der induzierte Luftwiderstand abnehmen (da der Auftrieb abnimmt), während die anderen Arten von Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zunehmen werden, ohne dass man jedoch ihre genauen Proportionen kennt.

Der Pilotenwiderstand macht also etwa 20-25 % des Gesamtwiderstandes eines Gleitschirms aus.
Wenn man davon ausgeht, dass es noch möglich ist, den Luftwiderstand um 50 % zu reduzieren (d. h. der Luftwiderstand entspricht einer Fläche von 0,1 m2), könnte man theoretisch 1 Gleitpunkt bei einem Gleitschirm mit einer Gleitzahl von 10 gewinnen.

In der Praxis hat der Wechsel von einer sitzenden zu einer liegenden Position (theoretisch ein Wechsel von einer Fläche von 0,35 m2 auf 0,2 m2), d. h. eine theoretische Verringerung des Luftwiderstands um 40 %, nicht zu einer entsprechenden theoretischen Verbesserung der Gleitleistung geführt.
Auch die Einführung von Modellen mit Profil am Heck hat sich nicht deutlich auf den Leistungsgewinn ausgewirkt, obwohl der Heckwiderstand eindeutig der aerodynamische Nachteil ist.

Wir wollten es also genauer wissen, doch da wir nicht die Mittel hatten, eine groß angelegte Windkanaltestkampagne zu starten, gingen wir den Weg der numerischen Simulation, ohne uns Illusionen über den tatsächlichen Wert der erzielten Ergebnisse zu machen, sondern mehr auf ihre vergleichenden Qualitäten zu setzen.

Es wurden verschiedene Formen von Profilen gezeichnet. Die Ergebnisse zielten darauf ab, sowohl den von diesen Formen erzeugten Luftwiderstand auf globaler Ebene zu untersuchen als auch diesen in Auftrieb/induzierten Luftwiderstand zu zerlegen.
Doch schon bald zeichnete sich eine weitere Spur ab, nämlich die Polare dieser Formen. Denn es nützt nichts, die aerodynamischste Form zu haben, wenn man nicht in der Lage ist, sie in ihrer optimalen Position zu halten. Beim Gleitschirmfliegen schwankt der Anstellwinkel je nach Fluggeschwindigkeit um mehr als 5°, und es gibt keine Möglichkeit, die Fluglage genau zu kontrollieren.

Vergleiche zwischen Fotos von Fäden, die auf einem aktuellen Kanibal Race verlegt sind, und den in der Simulation ermittelten Strömungen zeigen, dass letztere eindeutig zu sauber, aber nicht völlig abwegig sind.

Die verschiedenen modellierten Formen sind die folgenden:

Aktuelles Kanibal Race.

Profiling in der Spitze, wie es derzeit üblich ist.

Bugprofilierung, um ein nach unten tragendes Profil zu vermeiden.

Profilierung des Kopfes und der Schultern mit verschiedenen Formen

Ohne Ihnen die Ergebnisse im Detail zu präsentieren, zeigt sich im Vergleich zu einem aktuellen Kanibal Race, dass die aktuellen Spitzenprofile nichts bringen, zum Teil, weil sie das Problem nicht lösen, aber auch, weil die für ihre Formgebung notwendigen Schöpfkellen ihren geringen Gewinn kompensieren.
Erstaunlicherweise scheint es bei diesen aktuellen Geometrien viel interessanter zu sein, wenn der Luftstrom von unten kommt (um etwa 10 Grad, d. h. eine sehr flache Trimmung), und nicht, wenn der Kokon gut in den Luftstrom ausgerichtet ist.
Da der Oberkörper, der Hals, der Kopf und die Arme der eindeutig benachteiligte Bereich sind, "maskiert" der Körper des Kokons diesen benachteiligten Bereich und verbessert die Strömung, wenn die Strömung von unten kommt. Füße, die leicht nach unten zeigen, ist eindeutig eine Katastrophe.
Also hören Sie auf, sich über Ihre Kumpels lustig zu machen, deren Füße nach oben zeigen, sie haben Recht!!!

Es ist auch klar, dass die saubere Profilierung von Schultern, Kopf und Hals sehr hilfreich ist.

Die Profilierungen am Bug sind gut, aber sehr wenig tolerant gegenüber dem Anstellwinkel der Luftströmung.

Es gibt nicht viel zu gewinnen, wenn man die Länge der Profilierung unbedacht verlängert. Was man gewinnt, geht vielleicht zum Teil durch die größere benetzte Fläche wieder verloren?

Einige Geometrien sind toleranter gegenüber der Ausrichtung des Luftstroms als andere.

Letztendlich liegt der maximale Gewinn bei einer optimalen Fluglage bei etwa 20 % der 20 % Luftwiderstand, die das Gurtzeug verursacht. Das sind 4-5%, also in Wirklichkeit wahrscheinlich noch weniger. Man spricht also von einer Verbesserung der Gleitleistung in der Größenordnung von einigen Zehntelpunkten. Das ist bei Wettkämpfen ein nicht zu unterschätzender Faktor.