eCalc - cgCalc - calculate center of gravity (CG)
cgCalc - Schwerpunkt (SP) Rechner für Modellflugzeuge
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1'191'400 berechnete Schwerpunkte
Der cgCalc von eCalc.ch ermittelt und berechnet nicht nur den Schwerpunkt (SP), Neutralpunkt (NP) und die mittlere aerodynamische Flügeltiefe (MAC), sondern visualisiert auch die Form und Geometrie ihres Flugzeuges, Nuris, Deltas oder Entenflüglers. Selbst kompexe Flügelformen können einfach mit Hilfe von 5 trapetförmigen Segmenten abgebildet werden. Detailierte Informationen finden Sie unten...
 
Überschreiten Sie NIE den berechneten Schwerpunkt während dem Erstflug!
Stellen Sie für den Erstflug stets den konservativeren Schwerpunkt von Hersteller und cgCalc ein und lesen Sie die Limitationen unten.

 
   eCalc - get your drive right
Flugzeug- oder Projektname:     Einheiten:   English | Login
Flügel      
Die Eintrittskannte der rumpfmittigen Profilsehne R bildet den Referenzpunkt. wingDesigner4 - get the center of gravitiy of a complex wing design
(sind weniger als 5 Segmente notwendig, definieren Sie die Segment-
Einhaben mit 0, von rechts beginnend mit W5)
 
   Wurzeltiefe [R]:   cm
   Segmenttiefe [T1-T5]:   - - - - cm
   Pfeilung [S1 - S5]:   - - - - cm
   Segmentbreite [W1 - W5]:   - - - - cm
Leitwerk:   (Effizienz)
   Wurzeltiefe [R]:   cm
   Segmenttiefe [T1-T5]:   - - - - cm
   Pfeilung [S1 - S5]:   - - - - cm
   Segmentbreite [W1 - W5]:   - - - - cm
 
Distanz EK Flügel - Leitwerk [D]:    cm (negativer Wert für Entenflügler)
AC Position:   % of MAC (Standard: 25%)
Stabilitätsreserve:   % of MAC (Empfehlung: 12.5...5%)
     
Rumpf:  
Breite:    cm
Länge:    cm
Überhang der Nase:    cm
   
     
Resultate:    
Flugzeug Schwerpunkt SP []:   12.75 ... 14.59 cm (= 28.80 ... 33.80% MAC)   Flugzeug Neutralpunkt NP []:   18.27 cm (= 43.80% MAC)
   
Flügel AC []:   11.35 cm (= 25% MAC)   Leitwerk AC []:   6.22 cm (= 25% MAC)
Flügel MAC @ Distanz   36.85 cm @ 39.93 cm   Leitwerk MAC @ Distanz   19.69 cm @ 17.14 cm
Flügelspannweite:   186.00 cm   Leitwerkspannweite:   72.00 cm
Flügelfläche:   6450.50 cm²   Leitwerkfläche:   1384.60 cm²
Flügelstreckung:   5.36   Leitwerkstreckung:   3.74
Rumpfkorrektur:   -cm (= -% of MAC)   Leitwerkvolumen (VH):   0.48
 

Anleitung:

  1. Wählen Sie die Masseinheit.
  2. Richten Sie Ihren Flügel oder das gesamte Modell rechtwinklig zu einer Wand aus. Der Referenzpunkt bzw. Nullpunkt bildet stehts die rumpfmittige Entrittskannte der Flügelsehne.
      Wing 90 degree to the wall
  3. Bilden Sie Ihren Flügel mit hilfe von maximal 5 trapezförmigen Segmenten ab (inklusive den durch den Rumpf verdeckten Flügelteil):
      trapezoidal wing segments Sukhoi SU-29
            Grumman X-29              Sukhoi Su-29
  4. Vermessen Sie nun jedes Trapez möglichst genau bzgl. Segmenttiefe (R & T), Pfeilung (S) und Breite (W) gemäss der nebenstehenden Skizze.
    Anmerkung¹: bei Flügeln mit extremer V-Form und insbesondere bei V-Leitwerken muss die auf die Horizontale projizierte Flügelform verwendet werden.
    Bei einem nach vorne gepfeilten Flügel müssen für S negative Werte eingegeben werden - vgl. Beispiel unten des Arcus.

  5. Wählen Sie das entsprechende Leitwerk (normal, T- oder V-Leitwerk, Delta, Nurflügler oder Entenflügler) und wiederholen Punkt 2-4 analog für das Leitwerk.
    Anmerkung: Verwenden Sie ein «kleines Leitwerk» wenn die Leitwerksfläche kleiner als 10% der Flügelfläche ist.
  6. Messen Sie die Distanz (D) zwischen der Vorderkante (EK) des Hauptflügles und Vorderkante (EK) des Leitwerks.
  7. Definieren Sie die gewünschte Stabilitätsreserve. Wir empfehlen:
       17.5...10% bei Vernachlässigung des Rumpfes.
       12.5...5% bei Berücksichtigung des Rumpfes.
  8. Plausibilitätsprüfung: bei einer konventionelle  (mono) Flugzeugkonstruktion liegt der CG zwischen 25% und 38% MAC.

Resultate:

  • Wenn die als Resultate Zahlen mit xx sehen, sind Sie nicht angemeldet für den kostenpflichtigen Dienst. Melden Sie sich unter login oben an oder werden Sie Mitglied.
  • Die gezeichnete Flügelform muss mit der effektiven Flügelform übereistimmen.
  • Überprüfen Sie die totale Spannweite vom Hauptflügel und dem Leitwerk.
  • Überprüfen Sie die Flügelfläche mit allfälligen Hersteller-Daten.
  • Der Schwerpunkt (SP) wird rumpfmittig ab der Eintrittskante (VK) des Hauptflügels abgemessen. Positive Werte verstehen sich in Richtung Heck, negative Werte in Richtung Bug.
  • Verwenden Sie anfänglich konservative SP Werte und verringern Sie die Stabilitätsreserve von Flug zu Flug nur in kleinen Schritten.

Weitere Beispiele: (Click Sie auf die Beispiel-Bilder)
Mirage 2000 Spitfire Mk 47 Arcus Velocitiy XL
Mirage 2000   Spitfire Mk 47                         Velocity XL              Arcus


Erläuterungen:
Theoretisch und experimentell wurde nachgewiesen, dass eine, bei 25% der mittleren aerodynamischen Flügeltiefe (MAC) angreifende Kraft ein beinahe konstantes Moment erzeugt unabhängig vom Anstellwinkel. Dieser Angriffspunkt nennt man aerodynamischens Zentrum (AC) des Flügels. Das AC wird ab der Eintrittskannte (EK) des entsprechenden Flügels in der Rumpfmitte abgemessen.
 
Der Neutralpunkt (NP) des Flugzeuges ist der Punkt, in welchem die aerodynamischen Kräfte ausgeglichen sind. Mehrere Flügel an einem Flugzeugt (z.B. Hauptflügel und Leitwerk) beeinflussen sich gegenseitig und damit die resultierenden aerodynamischen Kräfte. Der NP wird ab der Eintrittskannte (EK) des Hauptflügels in der Rumpfmitte abgemessen.
Die «Leitwerkeffizienz» beeinflusst die Position des NPs zusätzlich und ist nicht nur von dessen Grösse, sondern auch der Anordnung zum Hauptflügel abhängig.
Die Leitwerkseffizienz muss selbst abgeschätzt werden und liegt i.d.R. zwischen 90% und 60% für normale Leitwerke.
Je näher das Leiwerk an den Verwirbelungen des Hauptflügels oder in Verwirbelungen eines wichtigen Rumpfes liegt, je mehr nimmt die Leitwerkeffizienz ab - in Extremis bis 30%.
Einige tipische Werte sind in der Auswahl bereits vordefiniert:
T-Leitwerk¹: Wählen Sie diese Option nur, wenn das Leitwerk deutlich ausserhalb der Hauptflügelebene liegt.
V-Leitwerk²:
Verwenden Sie die Dimensionen, welche sich durch die
Deltas und Nuris haben kein Leitwerk, womit der NP mit dem AC identisch ist.
Beim Entenflügler befindet sich das Leitwerk vor dem Hauptflügel. Daher muss die Distanz (D) zwischen den Flächen als negativer Wert eingegeben werden.
Warbird habe i.d.R. eine Leitwerkseffizienz von 70...75%.
 
Der Schwerpunkt (SP) ist der Punkt, in welchem die Gewichtskräfte ausgeglichen sind.Der SP wird ab der Eintrittskannte (EK) des Hauptflügels in der Rumpfmitte abgemessen.
Um eine gute Eigenstabilität zu erreichen, wird der Schwerpunkt zwischen 5% und 15% der MAC-Länge VOR dem Neutralpunkt angesetzt. Diese Reserve nennt man Stabilitätsreserve.
Eine tiefe Stabilitätsreserve führt zu einer geringeren Stabilität, hoher Steuersensibilität und einem schwanzlastigen Flugzeug. Wird der Schwerpunkt jedoch hinter dem Neutralpunkt angesetzt führt dies zu einem schwer kontrollierbarem Verhalten oder gar zum vollständigen Kontrollverlust.
Eine höhre Stabilitätsreserve verbessert die Eigenstabilität, führt zu trägerem Verhalten und einem kopflastigen Flugzeug. Eine zu hohe Reserve verhindert die nötige Steuerkontrolle/-gewalt um ein Modell sicher abheben zu lassen bzw. zu landen.
Bei konventionellen (mono) Flugzeugkonstruktionen liegt der SP typischerweise zwischen 25% und 38% MAC.
Das Leitwerkvolumen ist ein Mass für die Manövrierbarkeit (Längsstabilität). Je kleiner das Leitwerkvolumen umso agiler (instabilier) das Flugzeug. Typische Werte des Leitwerkvolumens sind:
   0.5...0.9  Trainer
   0.3...0.6  Aerobatik
   0.5...0.8  Segler
   0.5...1.1  Transport-Jet
   0.3...0.5  Kampfjet
   0.0 für Nuris und Deltas wegen fehlendem Leitwerk
 
Der optimale Schwerpunkt muss schliesslich erflogen werden. Zur Sicherheit Ihres Modells beginnen Sie die Erprobung immer mit konservativen Schwerpunktsangaben mit einer Stabilitätsreserve zwischen 15% und 5% für ein gutmütiges Flugverhalten. Optimieren Sie die Position des Schwerpunkts nur in kleinen Schritten von Flug zu Flug. Setzten Sie für den Erstflug den Schwerpunkt NIE hinter dem Schwerpunkt von cgCalc oder von Herstellerangaben an!

Einbezug des Rumpfs
Für ein konventionelles Flugzeugdesign kann die Auftriebswirkung ds Rumpfs auf den Neutralpunk rudimentär berücksichtigt werden. Die ausgewiesene «Rumpfkorrektur» MUSS ein negativer wert sein! Ein positiver Wert destabilisiert den Flieger und der Berechnet CG darf nicht verwendet werden. Alternativ führen Sie eine Berechnung ohne die Berücksichtigung des Rumpfs durch.
Für Deltas, Nurflügler und Canard kann der Rumpfeinfluss nicht berechnet werden.

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Limitationen - was cgCalc NICHT kann:

  • cgCalc  ermittelt keine aerodynamischen Leistungsanalysen.
  • Aerodynamische Wirkung und Einfluss von Propeller-Antrieb und Einstellwinkeldifferenzen (EWD) werden nicht beurteilt.
  • Für Entenflügler wird vorausgesetzt, dass das Leitwerk deutlich kleiner als der Hauptflügel ist. Für Tandem-Flügel verwenden Sie ein «normale» Leitwerk-Konfiguration.
  • Rumpf vernachlässigen: berücksichtigt keinerlei Auftriebswikung von bulligen Rümpfen. Weisst Ihr Modell vor dem Hauptflügel einen bulligen Rumpf auf, erhöhen Sie zusätzlich die übliche Stabilitätsreserve um zusätzliche 5% (vgl. Sukhoi - verwenden Sie eher 15% der statt 10% Reserve).
    cgCalc berücksichtigt keinen langen Vorbau des Rumpfs (z.B. Airliner). Diese fürhren nach einer erheblichen Verschiebung des CGs nach vorne. Ignorieren Sie in diesen Fällen die Resultate von cgCalc
  • Rumpf berücksichtigen: cgCalc berücksichtigt die Auftriebswikung vom Rumpf konventioneller Flugzeuge. Beachten Sie, dass der Auftriebseffekt des Rumpfes nur rudimentär berücksichtig wird und zu Abweichungen führen kann, insbesondere bei exotischen Rumpfanordnungen.
  • Jets mit Einlässen nahe oder unter der Eintrittskante, sowie mehrmotorige Modelle mit Triebwerksgondeln haben eine nicht zu untersschätztende Tendenz zur Destabilisierung, was von cgCalc nicht berücksichtigt wird.
  • Verwendung auf eines Risiko - wir übernehmen keinerlei Haftung

cgCalc basiert auf der Theorie von Simon's und seiner Abschätzung für de/da.
 

Beispiel eines Doppeldeckers
Arcus Pitts - Doppeldecker mit abgestuften Flügeln
 
  Was gilt es bei Doppeldecker zu beachten:
Wählen Sie beim «Flügel» die Option «Doppeldecker» und geben Sie zusätzlich die Geometrie des zweiten Flügels ein. Die «Versatz» definiert dabei, um wieviel der Flügel nach hinten versetzt ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob sich dieser oben oder unten befindet. Bei einer Mehrzahl an Doppeldeckern ist er unten.

Die Erfahrung zeigt, dass Hersteller von Doppeldeckern mit gepfeilten Flügeln bei der Angabe des Schwerpunkts oftmals die Pfeilung ausser Acht lassen (angenommen wird ein gerader Flügel ohne Pfeilung). Daraus ergibt sich ein äusserst konservativer Schwerpunkt  (weit vorne).
Auch hier gilt: Verwenden Sie stets den konservativeren Schwerpunkt für den Erstflug und verlegen Sie den Schwerpunkt erst danach Schrittweise nach hinten, bis sich das Modell wunschgemäss verhält bzgl. Agilität und Stabilität.
Schwerpunkt und EWD
Folgende Frage hören wir immer wieder:
«Ich nutze seit langem eCalc und bin jetzt auf cgCalc aufmerksam geworden. Meine Frage - der Schwerpunkt ist doch abhängig von der EWD, diese finde ich in cgCalc aber nicht. Bei einem großen Segelflugmodel ist das aber doch von Interesse - wird es da eine Ergänzung geben?»
In manchen (online) Diskussionen wird der Eindruck erweckt, dass Schwerpunktslage und Einstellwinkeldifferenz (EWD) die gleiche Relevanz für die Flugeigenschaften hätten. Um genau dieses weitverbreitete Missverständnis geht es in diesem Artikel.
  Kurz zusammengefasst:
Der Schwerpunkt bestimmt die Flugeigenschaften (Stabilität) und beeinflusst damit die Trimmung eines stabilen Flugzustandes. Der EWD seinerseits dient ausschliesslich der Trimmung, welche dein Flugmodell auf eine gewünschte Geschwindigkeit neutral austrimmt.
Der EWD hat einen wichtigen Stellenwert, da dessen Fehlstellung schnell zu einem unbeherrschbaren Modell führen kann, was einer kompletten «Vertrimmung» gleich kommt. Sagt Ihm aber keinen Einfluss auf die Flugeigenschaften nach, welche in der Stabilitätsreserve des Schwerpunkts begründet sind.

Verwendung auf eigenes Risiko - wir übernehmen kleinerlei Haftung


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