Bodeneffektideen 1983-88 

Wigwingideas 1983-88

In den 80er Jahren wurden viele Versuche unternommen, den Bodeneffekt, jenen Flugzustand, bei dem die Wirbelschleppen weiter nach außen verdrängt werden und durch Bodenreibung gemildert werden, zu nutzen, denn die Gleitleistung von Flügeln geringer Streckung kann im Bodeneffekt signifikant gesteigert werden. Der Abstand des Flügels zum Boden sollte dabei kleiner sein als die halbe Spannweite. Bei sehr geringer Flughöhe über dem Boden können Flügel geringer Streckung zudem von einem Staulufteffekt unter der Fläche profitieren. Unten ein Modell aus den 80ern.

Many attempts were made in the 1980s to profit from the ground effect, a flight condition where the main vortices of a wing are displaced further outwards and are mitigated by bottom friction. Those effects can increase the glide performance of low aspect ratio wings significantly. The distance of the wing to the ground should be less than half span to benefit from the groundeffects. At very low altitude above the ground especially wings of low aspect ratio with a hollow underside can benefit from a cushion of air under the surface. Below a model.

Problematisch ist jedoch, dass Flugzeuge ihre Flugbahn immer durch eine Höhenvarianz stabilisiern, die dicht über dem Boden oder dem Wasser jedoch von einem Piloten aktiv ausgesteuert werden müsste, was diesem nur für kurze Zeit möglich ist, bevor er ermüdet. Computersteuerungen waren in den 80ern noch nicht in heutigem Umfang denkbar, also versuchte ich eine mechanische Lösung des Problems zu finden, bei dem die Höhenvarianz möglichst klein ausfallen konnte.

Die Unterseite des Newman-Profils sollte im vorderen Teil bis zu einer festen Kante (6) elastisch und aus Tuch ausgeführt werden. Nähert sich das Fluggerät im Flug deutlich der Oberfläche, entsteht durch den zunehmenden Druck auf der Unterseite eine aeroelastische Profilumformung. Die Unterseite wird im vorderen Bereich konkav. Dies kommt einer Verschiebung des Nullauftriebswinkels gleich. Dadurch liefert der Flügel im vorderen Bereich bei Annäherung an den Boden ohne jedes Zutun des Piloten mehr Auftrieb und das Flugzeug steigt - genauer: das Moment ändert sich positiv. Lässt der Staueffekt auf der Unterseite nach, verringert sich auch die Profilumformung und das Flugzeug zeigt wieder eine Flugbahn, die auf die Oberfläche zuläuft. Und so fort.

Above: Shown is a deltawing (built with pneumatic elements) which carries a high-mounted rear wing, which gives very low lift but makes the delta wing follow a flightpath, which leads the craft to the ground. The delta wing shows a Newman-airfoil - see graphics. The lower surface of the Newman-profile should show an elastic covering in the front part, which finds its end at a stiff structure at point 6.

Approaches the aircrafts flightpath the ground the pressure on the lower surface of the wing will rise and the flexible structure will show a concav area in the front region. This results in a shift of the zero-lift-angle to lower angles, means: The wing produces more lift for its given angle and the wings nose-down-momentum changes positive. The craft will lift its nose and climb until the pressure at the lower surface becomes lower again - etc.

Oben: Diese Idee einer flexiblen "Staustufe" wurde mit Modellen getestet, konnte aber nicht immer überzeugen, da es damals kein Tuch gab, das die für ein Modell nötige Flexibilität aufwies. Der Effekt zeigte sich aber einige Jahre später am vorderen, oberen Flügel des Sunny, der solch eine konkave Unterseite im vorderen Bereich des Flügels durch ein querliegendes Strukturrohr erhielt. Mit der konkaven Profilunterseite im vorderen Bereich stieg das Flugzeug deutlich besser und war besser stabilisiert in der Längsbewegung als mit einer geraden Unterseite des Profils, wie Tests zeigen konnten. Der positive Effekt ist auch von Geierflügeln bekannt, die eine Stufe im Profil aufweisen.

Above: This idea of a flexible area behind the leading edge of the lower surface has been tested with wig-wing-models, but the idea could not always convince, because at that time there was no material, which had the desired flexibility for a model. But the effect became evident years later with the boxwing Sunny. The upper wing of the Sunny (male!) got an upper wing, which showed under pressure a concave area behind the leading edge, which was limited by a tube crossing the bottom of the wing spanwise. With the concave area behind the leading edge the craft climbed significantly better and was better stabilized in the longitudinal movement than with a straight bottom of the wing - as tests could show. The positive effect also is known from Vulture wings, which show a step in lower surface of the wing behind the leading edge.

Oben: Später versuchte ich, den hinteren Flügel in den Deltaflügel zu integrieren, um das gesamte Fahrzeug aus pneumatischen Elementen aufbauen zu können, die bespannt werden - siehe unten:

Above: Later I tried to integrate the rear wing in the deltashape in order to build the entire vehicle from pneumatic elements, which are covered by a "sailcloth" to get a wingshape - below:

 Einfache Versuche mit gummiseilbeschleunigten Modellen zeigten, dass eine Integration des hinteren Flügels in das Delta tatsächlich möglich ist. Unten ein Modell mit Stufenflügel. Es wurde mit einem weichen Gummi beschleunigt und durfte nicht weiter steigen als gezeigt - eine Herausforderung:

Da sich die Versuche mit der flexiblen Unterseite des Flügels als nicht sehr erfolgreich zeigten, weil das richtige Material fehlte, gingen spätere Vorschläge und Versuche wieder mehr in die Richtung eines Boxwingflugzeugs (1989). Siehe unten:

Since the experiments with the flexible underside of the wing showed to be not very successful because the right material was missing, later proposals and attempts were again more in the direction of a boxwings (1989. See below:

Unten: Alternativ wurde auch ein Bodeneffektfahrzeug auf der Grundlage eines Ringwings angedacht.

Below: Alternatively a ground effect vehicle was considered on the basis of a ringwing.

abgebildete Modell gebaut.

 To test how such a Wigwing ring wing behaves on the water, the model below was built.

 Wir haben den Gleiter schnell geschleppt, abgehoben ist er aber nur ohne meinen Bruder am Steuer. Er war einfach zu klein. Die Erfahrungen mit solchen "Ringflügel" in den 80ern finden sich heute in meinem Greenwings-Vorschlag wieder, denn Modellversuche hatten damals gezeigt, dass eine tiefer Hauptflügel mit ringförmig angeschlossener Stabilisierungsfläche überraschend gut und stabil frei fliegt. Zu Greenwings siehe hier.