Wie sollen Steuerflächen in Simulationen modelliert werden?

Jede Steuerfläche ändert sowohl die lokale Wölbung als auch den lokalen Einfall, daher wäre es am besten, wenn Sie die Koeffizienten entsprechend ändern. Wenn Sie einen Plattencode verwenden, würde es ausreichen, die lokale Oberflächenneigung (= die Fließrichtung am lokalen Kontrollpunkt) um den Ablenkwinkel zu ändern.

Wenn Sie Formeln für die Koeffizienten benötigen: Eine Steuerfläche mit einem Schnurlängenbruchteil d (der gesamten Sehnenlänge) ändert den lokalen Auftriebskoeffizienten$c_l$mit

$$\Delta c_l = \sqrt{d}\cdot c_{l\alpha}\cdot sin (\eta),$$ wo$\eta$ist der Ablenkwinkel im Bogenmaß und$c_{l\alpha}$ist der Gradient des Auftriebskoeffizienten über dem Anstellwinkel des ursprünglichen Strömungsprofils. Der zusätzliche Auftrieb wirkt an einem Punkt zwischen 50 % und 25 % der Flügelsehne. Der höhere Wert gilt für sehr kurze Klappen, der niedrigere für alle Flugflächen (technisch 100% Klappensehne), sodass eine Ruderauslenkung eine Torsionsbelastung hinzufügt. Der Luftwiderstand wird bei kleinen Auslenkungswinkeln nicht beeinflusst, aber wenn sie größer werden, steigt zuerst der Luftwiderstand und dann wird die Auftriebszunahme nichtlinear.

Bleibt man im linearen Bereich (15° mit 30% Klappensehne, 25° mit 15% Klappensehne bei moderatem Anstellwinkel) kann man den Klappeneffekt linear addieren (Koeffizienten versetzen). Ein darüber hinausgehendes sowohl beim Auslenkwinkel als auch beim Anstellwinkel erfordert eine Verringerung der Klappeneffektivität, die (in extremen Fällen) sogar zu einer Steuerumkehr führen kann.

Beachten Sie auch, dass insbesondere das Querruder den Flügel so verdreht, dass dessen Wirkung bei höherem Staudruck nachlässt. Die Einzelheiten dieses Effekts hängen von der Steifigkeit des Flügels ab.

Ihr Beispiel eines NACA 0024 ist bereits so dick, dass es keine großen Klappenausschlagwinkel toleriert und eine Ablösung auf der Saugseite zeigt. Gute Flügeldicken für Unterschallflüge liegen zwischen 12% und 15%, und die extremsten (wie die Wurzel von hochbelasteten Flügeln mit hohem Seitenverhältnis) werden immer noch unter 20% liegen. Überschallflügeldicken liegen im Allgemeinen zwischen 4 % und 6 %.

Wenn Sie zum Trimmen des Flugzeugs auf dieses Ruder angewiesen sind, lassen Sie seine Effektivität nicht abnehmen (wie es in der Realität der Fall wäre), sondern geben Sie ihm eine lineare Effektivität (ohne die Sinusfunktion) ins Unendliche und bestrafen Sie große Auslenkwinkel mit übermäßigem Luftwiderstand (bzw was auch immer gegen Ihren Zielparameter läuft).