Fallstudien in FC => aerodynamische Profile

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hammax
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by hammax »

...da die Seite voll ist, nach dem Umblättern noch ein Ausflug zur PartDesignWB.
In der hatte ich bislang absolut kein Händchen, ein Tragflächenprofil darzustellen zu können.
Man wählt den ersten Profilschnitt und AdditiveLoft => dann kommt das TaskPad.
Hier darf man Add_Profile anwählen ... nichts passiert.
Logischerweise versucht man jetzt im ModelPad das nächste Profil zu aktivieren ... ohne Erfolg.
Zurück im TaskPad klickt man mal "verzweifelt" auf das fragliche Profil, etwas wird aktiviert und grün,
aber nur ein Segment davon - muss ich jetzt die anderen Segmente auch noch mit Shift dazu klicken...?

So oder so ähnlich läuft das beim AdditiveLoft-Beginner wohl ab, bis er reumütig zurück zur PartWB wechselt.
Dabei ist das Problem so einfach - wenn es denn erst mal gelöst ist...

Man kann das AdditiveLoft sozusagen "parallel" über mehrere, geometrisch ähnlich aufgebaute Profile machen.
Warum dann allerdings im Tree die fortsetzenden Profile nicht unter den Loft wandern, fragt man sich.
Mehrere aneinander gereihte AdditiveLofts (quasi "seriell") sind ebenfalls möglich.
Hier wiederum ist es vorteilhaft, wenn die angezogenen Profile nicht im Vorgänger verschwinden.
edit: viewtopic.php?f=13&t=21433
Das allerbeste aber ist, dass man die Profile mittels Placement auch nach der Lofterzeugung noch munter
durch die Gegend schieben kann. Zudem lassen sie sich noch verkleinern, vergrößern und ungleichmäßig skalieren,
solange man die Geometriebestandteile beibehält.
Echte Darstellungsprobleme bekam ich nur dann, wenn ich versuchte, z.B. an ein definiertes Profil ein anders aufgebautes,
mit mehr oder weniger internen Segmenten, anzuhängen - das gibt Verdrehungen und überschneidende Flächen.
Das Loft "weiß dann nicht mehr", welche Kante wo dran muss.
Profil_0_5.PNG
Profil_0_5.PNG (51.79 KiB) Viewed 4466 times
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hammax
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by hammax »

...die etwas gewöhnungsbedürftige Sicht der Autorennfahrer bezüglich ihrer diversen Spoiler,
die ja schließlich nicht das Abheben sondern den Andruck auf die Piste bewirken sollen,
https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=3&t=25426
hat mich zu weiteren Experimenten mit den Nur-4-Stützpunkt-BSplines angeregt.

Insbesondere die Gestaltung eines variablen "Gummi-Tragflächenprofils", bei dem man lediglich durch Verschieben mit der Maus
und Änderung charakteristischer Maße verschiedenste Formen erzeugen kann, war die Herausforderung.
Der Punkteimport aus Profildatenbanken und die allfällige Nachbearbeitung bis zum glatten Profil gehört eher in die Traditionskiste.
Wahrscheinlich würden sich Rechenprogramme leichter tun, wenn sie statt diskreter (2stelliger) Koordinaten
gleich durch CAD aufbereitete Importprofile (IGES, STL usw.) bekämen.
http://www.xflr5.com/xflr5.htm
https://sourceforge.net/p/xflr5/discuss ... /7ef599f8/
Wenn man bedenkt, dass NACA/Göttinger in Zeiten entstanden sind, wo noch mit dem Rechenschieber und Straaklatten
gearbeitet wurde....

Das dargestellte Profil erinnert mich heftig an die Fische in meinem Gartenteich, zumal für die Leading-Edge nicht die übliche
Radiuskonstruktion, sondern eine Parabel mit anschließenden BSplines verwendet wurde.
Der tangentiale Übergang war die Herausforderung, den man eben bei der Parabel recht gut mit einer geometrischen Konstruktion
und vorerst ohne Makro lösen kann. An der Vorlage muss noch etwas vereinfacht und "gefeilt" werden.

FC.17.12595
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hammax
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by hammax »

...hier das "Gummi-Profil" mit einer Radius-LeadingEdge, die sich bedeutend einfacher darstellt,
aber irgendwie auch plumper wirkt. Tangentialität ist vorhanden, aber ohne einen stetigen Krümmungsübergang.
Um Tangentialität zu erreichen, muss man die Kreistangenten durch die 2. BSpline-Kontrollpunkte legen.
Leider lassen sich auf/an Sketcher-BSplines keine tangentialen, orthogonalen oder auch nur punktekoinzidenten Constraints legen.
Wofür allerdings die Punkte auf dem Spline (Knotenpunkte?) bei mehr als 3-gliedrigen Splines gut sein sollen, entzieht sich nach wie vor meinem Verständnis - ich lösche die gleich wieder. An diesen Punkten macht der Curvaturecomb auch jedes mal "Dellen", weshalb ich lieber
beim einfachsten 4-Punkt-Spline bleibe - möglicherweise mag der Fluidstrom sowas lieber....

Benzing_4.PNG
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KreisTangente.FCStd
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microelly2
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by microelly2 »

Tangenten bekommst du bei BSplines, wenn du zwei bzw. drei Pole kolinear legst.
bp_631.png
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Die Knotenpunkte sind vereinfacht die Punkte, an denen die Kurve an den Polen hängt.

Das waren früher sowas wie die spline ducks

Wenn eine Tangente der Kurve durch einen bestimmten Punkt gehen soll, legt man drei Pole kolinear und symmetrisch zum inneren Punkt,
dann fällt dieser mit dem Knoten und Tangentialpunkt zusammen:
bp_632.png
bp_632.png (11.61 KiB) Viewed 4279 times
im oberen Bild geht die Tangente nicht durch den Knoten, weil keine Symmetrie vorliegt.
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hammax
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by hammax »

...also mir gefällt mein Airfoil-Gummiprofil. Es erfüllt zwar nicht die etwas antiquierte 7 7 7 -Regel,
da es 32 Elemente und 73 Constraints enthält, aber ich bemerke keinerlei Latenz. FC schluckt das locker.
Charakteristische Maße: Sehnenlänge, LE- und TE-Radius, Profildicke etwa im 1/3 und 2/3 werden numerisch eingegeben/variiert.
Die X-Y-Positionen der Profilcontroller (die verbleibenden 4 Freiheitsgrade) können zunächst noch mit der Maus verschoben werden.
Für einen Konstrukteur mit Augenmaß ein Leichtes, für den genormten Aerodynamikanwender ein Gräuel....
http://airfoiltools.com/index

Für Profil-Lofts oder -Sweeps bieten sich zwei Vorgehensweisen:
- Ein Masterprofil und davon abgeleitet mehrere skalierte Clones (Scale_x-Länge, Scale_y-Dicke), die geometrisch ähnlich sind;
- Mehrere Sketcher-Duplikate, die individuell bearbeitet werden können. (Propellerbeispiel)
Alles übrige lässt sich mit Placement positionieren/drehen.

Prof_rad.PNG
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A400M_1.PNG
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hammax
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by hammax »

...mit diesem airfoiltools (s.o.) kann man offensichtlich einiges suchen / anstellen / vergleichen.
Dazu bräuchte man aber wieder einen äquivalenten Profildatensatz von seiner Eigenkreation.
Points-Export ist hierfür ungeeignet, da die Punkte äquidistant auf der Profilkontur erzeugt werden.
Einfach nur über eine gewählte Achse bei definierter Schrittweite die zugehörigen Ordinatenwerte abzuspeichern scheint es nirgends zu geben.
Mit dem Sections-Tool in der PartWB könnte sowas ausgeführt werden.
Wie kommt man nun aber an die XY-Wertepaare - riecht stark nach einem py-Makro.

H_AF_Prof5_par.PNG
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herbk
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by herbk »

Hi Hammax,
ich verwende zum Profile erstellen XFLR5 http://www.xflr5.com/xflr5.htm weil man das Profil dann auch gleich noch damit analysieren kann.
Es kann auch .dat Files im- und exportieren.
Gruß Herbert
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looo
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by looo »

ich verwende zum Profile erstellen XFLR5 http://www.xflr5.com/xflr5.htm weil man das Profil dann auch gleich noch damit analysieren kann.
Es kann auch .dat Files im- und exportieren.
Das hab ich auch des öfteren gemacht, aber ich muss sagen die Nurbs in FreeCAD sind dafür besser geeignet. Ideal wäre es eine Methode zu finden aus Punktdaten halbwegs exakte Nurbs-modelle zu basteln. Wenn das geht könnten wir die ganzen Datenbanken auf ein paar wenige Koordinaten und Gewichte für die Nurbsmodelle reduzieren...

Wie man dann von Nurbs auf Punkte kommt ist relativ einfach:
Ausschlaggebend für die Länge eines Segments ist die Anzahl der gewollten Stützstellen, eine minimale Länge und die Krümmung. Je höher die Krümmung umso kleiner die Segmente. Als erstes bastelt man sich eine Funktion die diese Eigenschaft über t aufsummiert. Dann approximiert man diese Kurve und wertet die Approximation mittels einer gleichmäßig-verteilten geordneten Zahlrenreihe (np.linspace(min(f), max(f), num_elemets)) aus. Nun hat man die t-Werte mit denen man die Profilpunkte auswerten kann.

In Python sind das dann 10 Zeilen :D

Code: Select all

import numpy as np
import FreeCAD, Part, scipy.interpolate
edge = FreeCAD.ActiveDocument.Sketch.Shape.Edges[0]
t_values = np.linspace(edge.FirstParameter, edge.LastParameter, 100)
f = np.cumsum(np.array([0.1 + edge.curvatureAt(t) for t in t_values])) - 0.1
inverse_map = scipy.interpolate.interp1d(f, t_values)
new_tvalues = inverse_map(np.linspace(f[0], f[-1], 50))
points = np.array([edge.valueAt(t) for t in new_tvalues])
pol = Part.makePolygon([App.Vector(p) for p in points])
Part.show(pol)
ps.:
Wie kommt man nun aber an die XY-Wertepaare - riecht stark nach einem py-Makro.
Ich glaub normalerweise sind die Korrdinaten der Profile nicht mit gleichen X-Werten auf Unter- und Oberseite?
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airfoil_diskretisierung.fcstd
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microelly2
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by microelly2 »

looo wrote: Mon Nov 27, 2017 7:19 pm Ideal wäre es eine Methode zu finden aus Punktdaten halbwegs exakte Nurbs-modelle zu basteln. Wenn das geht könnten wir die ganzen Datenbanken auf ein paar wenige Koordinaten und Gewichte für die Nurbsmodelle reduzieren...
+1
Albert Einstein soll ja gesagt haben: Man soll die Dinge so einfach wie möglich machen aber nicht einfacher.
Wenn wir eine schöne Formenlehre für Nurbs hätten, würden uns die Birnen noch besser schmecken.
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hammax
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Re: Fallstudien_FC.17 aerodyn. Profile

Post by hammax »

...ok, die gleichmäßige Verteilung der Profildaten ist wohl (nur) bei den symmetrischen NACA-Profilen gegeben.
Wäre aber wünschenswert. Dann gibt es ja noch bei den Datenformate, das Seliger- und Lednicer-Format. Seliger wird offensichtlich bevorzugt.
Der Export aus der PointsWB ist eigentlich trivial. Die Kontur wird mit gewähltem Distanzmaß diskretisiert und das Ergebnis exportiert.
Hier muss man allerdings den Datensatz noch händisch (oder per Programm) bereinigen und wahrscheinlich umstellen (mir bliebe dafür nur Excel).

Wahrscheinlich ist die Datensatzverwendung sosehr etabliert, dass man dabei bleiben wird/will.
Ein Profil als Nurbs-/Spline-Gebilde zu exportieren würde wahrscheinlich zuviel "Ordnung" oder Systematik in den Zoo bringen.
Die ganzen Dickenvarianten würden wegfallen. Interessant wäre dann nur noch die Camber-Funktion und Dickenlokalisierung.
Wenn man durch die Profile "blättert" werden ja oft diverse Varianten mit angeboten, die sich geometrisch kaum was schenken.
Bleibt dann nur noch der Blick in die Daten: Re, Anstellwinkel<=>AoA, ca<=>cl, cw<=>cd und man steht wieder vor der Qual der Wahl.

Hydro_Points.PNG
Hydro_Points.PNG (21.5 KiB) Viewed 4152 times
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