DG Flugzeugbau GmbH / Passion, Power + Performance

Die Mandl-Absaugung

eine einfache Maßnahme zu einer beinahe
unglaublichen Leistungssteigerung von Segelflugzeugen

Patentanmeldung eingereicht!

Vorgeschichte:

Wo bleibt eigentlich die Luft, die durch die Lüftung in die Kabine einströmt?

Diese Frage ist alles andere als neu.

Erst als Holger Back und Stefan Dörnemann sich mit unserem Konstrukteur Clemens Mandl über diese Frage unterhielten und ihn aufforderte, sich ein wenig Gedanken zu dem Thema zu machen, entwickelte Clemens auch die dazu gehörigen Wege zu umfangreichen Untersuchungen und kam zu absolut überraschenden Ergebnissen.

Strömungsverhältnisse:

Als Erstes untersuchte Clemens Mandl an der LS10, für deren Detailentwicklung er verantwortlich ist, ob sich überhaupt die Druckverhältnisse in der Kabine ändern, wenn man die Lüftung öffnet oder schließt. Das Ergebnis war, dass mit Öffnung der Lüftung z. Bsp. bei 100 km/h ein Druckanstieg von 0,5mbar und bei 200 km/h von 2mbar erfolgte. Das heißt also, dass die einströmende Luft durchaus nicht widerstandsfrei nach außen abfließen kann.

Wie beschrieben haben die LS-Flugzeuge in der Seitenflosse eine Öffnung von 40mm Durchmesser nach hinten. Dort soll die Luft also angeblich ausströmen und das Seitenruder umströmen. Das kann aber eigentlich gar nicht funktionieren, denn das Seitenruder ist ja mit Mylarband zur Flosse abgedichtet. Also wird die Luft nach oben und unten ausweichen. Und nun stellte Clemens fest, dass beim Ziehen am Höhenruder - wenn also das Ruder einen Unterdruck auf der Unterseite erzeugt - im Flug ein gurgelnd-pfeifendes Geräusch entsteht. Das war die Luft, die die obere Mylarabdeckung zum Vibrieren brachte. Aha!

Klar war auch, dass ein Teil der Luft sich in den Flügel aufmachen wird. Bei der DG-808 mit ihren Torsionswellen zum Ruderantrieb ist der Flügel "luftdicht" verschlossen. (Auch Wilhelm Dirks war sich des Phänomens "irgendwie" bewusst!) Bei der LS10 und anderen Flugzeugen mit "Hänle-Tüten" als Ruderantrieb ist solch eine Abdichtung nicht möglich. Es kann gar nicht anders sein, als dass ein Teil der Kabinenluft zum Beispiel an den Querruder-Antrieben ausströmt und zu Wirbelzöpfen führt.

Jeder weiß, dass Mücken ein laminares Profil stören. Und was ist mit dem Haubenrahmen? Der Haubenspalt ist viel größer als eine Mücke und kann niemals so genau passen, dass er nicht die laminare Strömung stören würde. Kann es womöglich sogar sein, dass die Kabinenluft durch den Haubenspalt ausströmt und die dort noch anliegende Strömung großflächig massiv ablöst und turbulent macht? Auch diese Frage wurde schon aufgeworfen mit der Folge, dass bei einer früheren Weltmeisterschaft einige Piloten nach dem Einsteigen sich den Haubenrahmen von außen zukleben ließen. Zum Glück wurde diese gefährliche Praxis danach verboten.

Man sieht, dass die Kabinenluft auf jeden Fall "aerodynamisches Unheil" anrichtet!

Die Mandl - Absaugung

Es passiert zweifellos selten, aber irgendwann hat ein innovativer Mensch eine Idee zur Lösung eines lange bekannten Problems, und die ist so einfach, dass sich alle fassungslos fragen: "Warum - um Himmels willen - ist denn bloß vorher noch nie jemand auf diese Idee gekommen". Das berühmte "Ei des Kolumbus" soll ja wohl auch so entstanden sein - auch wenn man diese Geschichte dem guten Christofero nur in den Mund gelegt hat.

Clemens Mandl jedenfalls stellte sich die ganz einfache Frage:

Wie kann ich die Kabinenluft so definiert nach außen führen, dass sie

Das Ergebnis ist - zu Ehren des Erfinders - die "Mandl-Absaugung":

Sie kennen sicher das Prinzip der "NACA-Einläufe", eine Vertiefung im Rumpf, durch die Luft ins Innere fließen soll, ohne die Strömung außen nennenswert zu stören.
Und Clemens hat dazu analog einen Luftauslauf genommen und seitlich unter dem Rumpf eine Position gefunden, bei der die vorbei strömende Luft einen Unterdruck erzeugt und die Kabinenluft förmlich absaugt.
Der erste Test dazu sollte zeigen, ob sich überhaupt ein Auslass  bauen ließ, der einen  Unterdruck  erzeugt.  Dies geschah mit einem Provisorium lt. nebenstehendem Bild und das Ergebnis war, dass bei unterschiedlicher Fluggeschwindigkeiten tatsächlich ein Unterdruck zwischen 1,5mbar bei 80 km/h und 5mbar bei 200 km/h entstand.
Es wirkt also und sogar erstaunlich gut!

 

Als nächstes wurde eine Hutze am Computer konstruiert, ein passendes Loch in den Rumpf geschnitten mit seitlichen Verstärkungen drum herum, ein Gitter eingebaut zur Vermeidung unerwünschter "Besucher" und das Finish wieder angepasst.

Im Grunde ist das Ganze eine recht einfache Konstruktion, die man natürlich leicht nachbauen könnte. Beachten Sie dabei aber bitte, dass Sie eine Technische Mitteilung des Flugzeugherstellers für einen Einbau benötigen!

 

Die Wirkung:

Um festzustellen, ob die Mandl-Absaugung irgendeinen Einfluss auf die Flugleistung hat, gibt es nur einen zuverlässigen Weg:
Man muss mit zwei möglichst gleichen Flugzeugen nebeneinander Fläche-an-Fläche in ruhiger Luft fliegen. Ein Flugzeug muss dabei eine solche Absaugung haben und das andere nicht, bzw. die schon vorhandene Absaugung muss abgeklebt sein.

So wurden zwei LS10 präpariert mit gleicher Flächenbelastung und am Gabelseil mit der schweren Schleppmaschine von Alwin Güntert gleichzeitig auf 3.000m Höhe geschleppt. Und dann wurden in mehreren Messreihen jeweils immer 200 Höhenmeter abgeglitten, und die entstandenen Höhendifferenzen anhand der bekannten Höhe des Seitenleitwerks geschätzt.

Die ersten Flüge dienten natürlich nur zum "Kalibrieren" beider Flugzeuge. D.h., dass beide Hutzen abgedeckt waren und man feststellte, wieweit die Flugleistungen beider Maschinen (unvermeidlich) differierten. Diese Unterschiede sind nur sehr klein, aber wenn man genau messen will, sollte man sie auch berücksichtigen!

Danach wurde bei einem Flugzeug die Absaugung geöffnet und mit verschiedenen Geschwindigkeiten mit geöffneter und geschlossener Lüftung geflogen.

Das Ergebnis war so eindeutig, dass wir es alle zuerst nicht glauben wollten. Als aber bei den folgenden Messflügen sich die Werte bestätigten, war  klar, dass hier etwas ganz Neues und "Großes"  entdeckt worden war - eine Leistungssteigerung in der Dimension, wie sie etwa der Nachrüstung mit Winglets entspricht. Nur ist der Aufwand hier vergleichsweise viel geringer.

Wenn man die zuerst ermittelten geringen Leistungsunterschiede beider Flugzeuge mit berücksichtigt, ergaben die bisherigen Flugtests:

Die Messergebnisse schwanken naturgemäß und können nicht als absolute Zahl gewertet werden. Weitere Messflügen können auch größere oder kleinere Werte ergeben. Die Tendenz ist aber eindeutig!


Erklärungsversuche:

Wie ist es möglich, dass ein solch dramatischer Leistungsunterschied nur durch eine kleine Absaughutze entsteht? Diese Fragen gehen im Moment noch zum Teil in den Bereich der Vermutungen:

Zusammenfassend kann man feststellen:

Der theoretische Gleitwinkel eines Flugzeug ändert sich durch die Mandl-Absaugung offensichtlich nicht.
Der theoretische Wert wurde bei der LS10 mit 1:50 errechnet bei einem Gewicht von 525 KG. Er lässt sich aber in der Praxis nur in Näherung erreichen, weil z. Bsp. die Störungen durch Kabinenluft und Haubenspalt keinen Eingang in die Rechnung finden.
Der in der Praxis erflogene Gleitwinkel liegt also leider unter dem theoretisch möglichen.

Aber die Differenz zwischen dem theoretischen und dem tatsächlich erreichbaren Gleitwinkel wird nun durch die Mandl-Absaugung erheblich kleiner werden.

Und darauf kommt es an.


Fragen:

Eine Reihe von Fragen soll hier schon vorab beantwortet werden.

Wird die Mandl-Absaugung schon eingebaut?

Ja. Alle neuen LS10 haben die Mandl-Absaugung bereits serienmäßig.

  

Wird es die Mandl-Absaugung auch für die DG-808 und die DG-1000 geben?

Bei DG Flugzeugen, deren Rumpfröhre hinten offen ist, ist der positive Effekt der Mandl-Absaugung nicht zu ausgeprägt wie bei LS Flugzeugen. Wir konzentrieren uns deshalb zuerst auf die LS Flugzeuge.

Kann ich die Absaugung bei meinem älteren LS-Flugzeug nachrüsten?

Im Prinzip ja, aber dazu müssen wir erst entsprechende Technische Mitteilungen machen. Das wird alles ein paar Monate dauern. Aber dann sollte es möglich sein. Allerdings ist ein Einbau aus technischen Gründen nicht möglich bei der LS9 und leider sind die Einbauverhältnisse bei den früheren LS Modellen jeweils unterschiedlich.

Kann ich mir die Absaugung in mein Flugzeug vom Typ ???? selbst einbauen?

Sicher nicht, denn dazu müssen Sie unter allen Umständen eine technische Mitteilung des Herstellers haben, sonst ist eine Nachrüstung illegal und Sie verlieren Ihre Zulassung.


Werden die LS10 auf der WM in Lüsse mitfliegen?

Alle drei mitfliegenden LS10 haben die Mandl-Absaugung, und das ist der einzige Grund, weshalb jetzt schon so ausführlich darüber geredet wird. Sonst hätten wir noch etwas gewartet.

Glauben Sie aber bitte nicht, dass damit allein schon ein guter Platz sicher wäre. Es kommt bei Wettbewerben nämlich vor allem auf drei Dinge an:

...... und erst ganz am Ende spielt das Flugzeug auch noch eine Rolle!

(Deshalb freut es uns natürlich dennoch, wenn die erste LS10 mit Mandl-Absaugung, die auf einem Wettbewerb je mit flog, gleich dem Piloten den ersten Platz ermöglichte. Herzlichen Glückwunsch an Jan Brandt Jørgensen für seinen ersten Platz bei den Dänischen Meisterschaften!)

Es ist leider in unserer Branche sehr selten, dass größere
Leistungssprünge bei unseren Flugzeugen möglich sind.

Wir glauben nun, dass Clemens Mandl hier einen solchen
immerhin beachtlichen Leistungssprung
entdeckt und realisiert hat.

Bruchsal, 26.7.2008, Clemens Mandl + Friedel Weber


Der "Vorläufer" der Mandl-Absaugung

Hier ist ein Vorschlag einer Slingsby von 1936. Bei Ihr entsteht garantiert kein Überdruck im Cockpit. Es wurden aber damals keine Messungen durchgeführt, ob diese Lösung leistungsmäßig besser ist als die Mandl-Absaugung in ihrer heutigen Form.


eine modernere Variante:

Das Foto stammt von "Micro" Scholz, dem "Urvater" der LS10, und ich habe ihn gefragt, ob das eine Fotomontage sei. Er antwortete mir:

Hallo Friedel

Es gibt sogar ein garantiert überdruckfreies LS8 Cockpit!

Keine Fotomontage - ist meins!
Wie soll man denn sonst in der offenen Klasse konkurrieren können?

Die Idee, die Luft wieder aus dem Cockpit zu bekommen ist nicht neu (schreibst Du auf der HP ja selbst).
Da mal systematisch zu forschen und zu messen find ich gut, ich hab den Clemens auch schon gelobt.

Beste Grüße

micro



Reaktionen

Wie es nicht anders bei solch einer Innovation zu erwarten war, gab es gleich nach der Veröffentlichung eine Menge von Reaktionen in Form von Mails und Postings in Foren. Auf "streckenflug.at" soll dabei sogar der längste Thread in der Geschichte des Forums entstanden sein.

Die Kommentare alle wieder zu geben, würde den Rahmen sprengen. Ich will mal versuchen, sie nach Themen zu ordnen:

Wirksamkeit der Mandl-Absaugung

Natürlich bekamen wir viel Lob von vielen Seiten für die Erfindung. Interessant war, dass fast niemand die Messwerte ernsthaft angezweifelt hat. Dass die Mandl-Absaugung funktioniert, wird wohl allgemein als wahr angesehen.

Ist es auch!

 

Erklärung des Prinzips

Ein Leser schrieb:

Grüß Gott aus Bayern/Königsdorf,

Gratulation zur Mandl-Absaugung !!
Ein kleiner Hinweis zur Erklärung der Wirkung:
Beim Einlassen der Luft und Beschleunigen der Luftmasse auf  die Fluggeschwindigkeit entsteht der sog. Impulswiderstand. Das kann auch ein Beitrag sein, wenn man die Luftmasse nicht auf die volle Geschwindigkeit beschleunigt. Übrigens hat BMW für seine schnellen Autos aus diesem Grund ein verschließbares Gitter für die Kühlluft entwickelt.

Viele Grüße

W. R.

Auch das ist ein möglicher Teil der Gesamtwirkung:
Wenn die Luft vorn einströmt und mit nur wenig Widerstand und geringer Abbremsung gleich wieder hinten herauskommt, so entspricht das in etwa einem Loch in der Rumpfspitze an der Stelle des größten Staudrucks. Das mindert natürlich auch die Gesamt-Widerstandsbilanz.


Interessant waren zwei unabhängig voneinander geschriebene Mails von Idaflieg-Mitgliedern. Beide hielten die Mandl-Absaugung für eine gute Idee und baten um eine LS10, um sie bei ihrem Sommertreffen vermessen zu können. Leider ist das zeitlich in diesem Jahr zu eng, aber für das nächste Jahr haben wir ihnen gern ein Flugzeug zugesagt.

Die zweite Zuschrift zitierte obendrein eine Studie von 1972, in der man erkannt hatte, dass die laminare Strömung meist den vorderen Haubenspalt überspringen kann, dann aber früher oder später in die Turbulenz umschlägt. Daran ist nicht zuletzt der Haubenfaden schuld, der einen Turbulenzkeil von etwa 15 Grad Breite erzeugt.

Die spannende Frage wird jetzt sein, ob womöglich durch eine Art "Grenzschichtabsaugung" sich die turbulente Strömung am hinteren Haubenspalt wieder anlegt. Das werden wir alles noch mit Anstrichbildern o.ä. zu untersuchen haben.

Es ist also noch manches zu erforschen!

 

"Alles schon dagewesen!" / "Ein alter Hut!"

Auch solche Mails waren natürlich zu erwarten.
Es erscheint vielen Piloten einfach nicht möglich zu glauben, dass man mit einer solch einfachen Maßnahme so viel erreichen kann. (Wir hatten es zuerst auch nicht glauben wollen!) Das muss doch schon mal vorher jemand erfunden haben! - und dann kommen alle möglichen angeblichen Vorgänger der Mandl-Absaugung.

Ich habe versucht, jeder Zuschrift auf den Grund zu gehen:

Die Mandl-Absaugung verdient es also sicher, eine echte Erfindung genannt und unter Patentschutz gestellt zu werden.

 

Behinderung des Hauben-Notabwurfs?

Eine interessante Frage wurde mehrfach aufgeworfen, dass eine Absaugung doch massiv den Haubennotabwurf behindern würde. Ein Unterdruck von 5 mbar erzeuge schließlich einen Druck auf die Haube von etwa 250 N (=25KG Gewicht) und das sei eine erhebliche Beeinträchtigung der Funktion.

Natürlich haben wir keinen Versuch mit dem Notabwurf einer Haube gemacht, aber wir können auch so sagen, dass diese Befürchtung nicht begründet sein kann.

Nach unserer Erkenntnis kann die Mandl-Absaugung einen Hauben-Notabwurf nicht behindern. Inzwischen gibt es auch dazu genauere  Untersuchungen.

 

Kommt es zu Druckschwankungen im Cockpit durch die Absaugung?

Diese Frage wurde intensiv diskutiert. Wir können sagen, dass im Gegenteil der Kabinendruck konstanter gehalten wird als ohne Absaugung. Ohne die Düse steigt der Luftdruck nach unseren Messungen beim Öffnen der Lüftung um etwa 2 mbar. Das ist nicht viel und verursacht auch keinen Druck auf den Ohren, aber es ist eine deutlich messbare Druckschwankung.

Die Mandl-Absaugung verhindert auf jeden Fall diesen Druckanstieg. Der Cockpitdruck ändert sich beim Öffnen der Belüftung kaum und ist insgesamt konstanter als ohne Mandl-Absaugung.

Instrumente, die mit dem barometrischen Druck arbeiten, sollten grundsätzlich an der Leitung des statischen Drucks (static port) angeschlossen sein. Die reagieren sowieso nicht auf schwankenden Druck im Cockpit.

Mit Mandl-Absaugung ist der Luftdruck im Cockpit gleichmäßiger also ohne.

 

Nachrüstung bei DG und LS Flugzeugen

Ich schrieb bereits darüber, aber die Fragen kommen dennoch:

Jede neue LS10 wird ab sofort und ohne Aufpreis mit der Mandl-Absaugung ausgerüstet.

Ganz anders die DG- und die anderen LS-Flugzeuge!
Sie haben eine Zulassung, und um eine Absaugung einbauen zu können, bedarf es einer Technischen Mitteilung mit Genehmigung durch die EASA. Das dauert sowieso einige Zeit, aber wir wollen auch erst noch weiter forschen, so dass die TM für uns im Moment nicht das dringendste ist.
Rechnen Sie mal damit, dass wir in einigen Monaten Umrüstungen vornehmen können, aber eben nicht eher.

Die Segelfliegerwelt fliegt seit 30 Jahren Hochleistungsflugzeuge ohne Absaugung - da wird es doch auf ein paar Monate nicht mehr ankommen .

Bitte kommen Sie jetzt aber nicht auf die Idee, sich selbst schon etwas zu basteln! Das wäre ohne TM glatt illegal, darf von Ihrem Prüfer nicht abgenommen werden und würde einen kostspieligen Rückbau erfordern.

Wir forschen außerdem noch, ob es evt. einen noch besser geeigneten Platz für die Hutze gibt, wo die Wirkung noch effektiver ist.

Also bitte etwas Geduld!

....und die Weltmeisterschaft?

Die drei LS10-Piloten erreichten die Plätze 13, 18 und 27. Es war also leider kein Spitzenplatz dabei aber immerhin "gehobener Durchschnitt" ohne einen Aussreißer nach unten. Es ist eben das Können des Piloten, das den Ausschlag gibt, aber das schrieb ich schon weiter oben!


Mandl Absaugung zur Nachrüstung in LS8 Flugzeugen zugelassen

Es hat aus verschiedenen Gründen wirklich sehr lange gedauert, aber nun ist die TM 8018 zur Nachrüstung für die LS8 anerkannt. Sie können sich die TM8018-d hier herunter laden.

Für weitere LS-Typen haben wir derzeit noch keine TM heraus gegeben. Der Grund ist, dass bei Rolladen-Schneider die Steuerung immer wieder anders eingebaut wurde, so dass kein Platz vorhanden ist, der bei allen Flugzeugen gleich wäre. Die Zulassung für jeden Typ einzeln wäre aber sehr aufwändig.

Jeder zugelassene Instandhaltungsbetrieb kann mit der TM und der dazu gehörigen Arbeitsanweisung das Teil einbauen. Die Hutze liefern wir zusammen mit der Einbauanleitung und den notwendigen Zeichnungen.

Bitte fragen Sie unser Lager nach Preisen und Lieferzeit.

lager(at)dg-flugzeugbau.de

 

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