Luftwiderstand von Standard- Holzpfeilen

[tommaso]

Hallo,
aus den Geschwindigkeitswerten von Osti7 konnte ich einen Cw wert von ca 1 für den zylindrischen Querschnitt ausrechnen. Aber eine Schwalbe macht leider noch keinen Sommer.
Der Fallversuch , so schön er klingt klappt nicht, weil bei einer Flugzeit von 2- 3 sek die Verzögerung durch den Luftwiderstand mit Stoppuhr nicht messbar ist.(Mein Turm hat nur 35 m Höhe)
Im Gegensatz dazu ist der vertikale Schußversuch machbar.Bei einer angenommenen Abschußgeschwindigkeit von 50 m/s habe ich eine theoretische Flugzeit bis zum Aufprall auf dem Boden von 10,19 sek.
Eine Musterrechnung mit einem angenommenen Cw wert =1 ergab eine mögliche Flugzeit von 8.8 sek.
Dies ist mit der Stoppuht leicht mit einer Genauigkeit von <0,1 sek zu messen. Und damit erhält man recht gute Werte.
Eine Fehlerbetrachung werde ich später versuchen.
Zusätzlicher Nutzwert eines bekannten Cw Wertes:
Im Umkehrschluß laßt sich später bei bekanntem Cw Wert die Bogenleistung ermitteln.

Die anderen Anregungen sind interessant und gut, aber mir im Moment zu aufwändig.
Speziell der Windkanal für Pfeile ist eine tolle Lösung, aber wahrscheinlich nur für absolute Profis wirtschaftlich.
Danke für die Unterstützung und
Gruß
Thomas

[mbf]

Äh, lese und verstehe ich das hier eigentlich richtig, dass hier über die Flugzeit des Pfeils die v0 bestimmt werden soll, um damit eine Aussage über die Leistungsfähigkeit des Bogens zu bekommen?

Mal im Ernst, bei den vielen Annahmen, die hier gemacht werden, wird auch sicherlich eine Zahl rauskommen, aber genau so sicher ein sehr dicker Fehlerbalken. Dann doch lieber Chrony... *schulterzuck*

Und den "vertikalen Schussversuch" möchte ich auch nicht wirklich durchführen. Vom Aspekt der Sicherheit aus betrachtet ist das kompletter Bullshit. Als Modell für die Theorie ist es zugegebenermaßen interessant, in der Praxis aber nicht sinnvoll machbar.

[tommaso]

Hallo mbf,
etwas mehr Höflichkeit wäre doch wohl angebracht!
Was die Sicherheit beim Vertikalschuß betrifft,
so habe ich das problemlos überlebt. Mit Berücksichtigung der Windrichtung und einer Neigung auf z.B. auf 80 Grad ist ausreichend Sicherheit vorhanden.
Bei einer Neigung von 80 Grad gibt es z.B. eine Messabweichung von nur 1,5%
Gruß
Thomas

[shantam]

ich habe schon erlebt das ein senkrechter flug 100 meter abdrifftete.
und mbf ist nicht unhöfflich sondern sachkundig.
shantam

[mbf]

Bei Aktionen, die gegen elementare Sicherheitsregeln verstoßen, bin ich in der Regel nicht mehr höflich, und dazu stehe ich auch.

Solche Schüsse sollten nicht zu den Grundfähigkeiten eines verantwortungsvollen Bogenschützen gehören. Wenn dann noch jemand auf die Idee kommt und es nachmacht (und Murphys Law sei Dank wird etwas schiefgehen), kommt hinterher das Geschrei: "Wo hat er das nur her? FC? VERKLAGEN!!! Diese Bogenrüpel!" Das muss einfach nicht sein.

Die Sicherheit ist ein zu wichtiges Gut, als das wir auch nur entfernt einen Unfall riskieren sollten. Denn was dann los sein kann, dazu braucht es nicht viel Phantasie. Aber dazu hatten wir schon mehrere Topics.

:bier

[tommaso]

Nachdem hier zwei selbsternannte Platzhirsche eine harmlose Diskussion unsachlich und unhöflich abwürgen, steige ich hiermit aus dem Thema aus uns mache alleine weiter.
Gruß
Thomas

[Taran]

Wenn du schon eine der Ausgangsgrößen (50m/sec) ANNIMMST, dann ist die Messreihe doch für die Katz! oder arbeitest du mit einer Schießmaschine, die vorher am Chrono geeicht wurde?

Und das mit den Hochschüssen ist schon leider so, wie die anderen es sagen. Wer so was macht, fliegt bei uns aus dem Verein - außer er nimmt einen FluFLu mit Bluntspitze - aber da ist der Widerstand des Schafts wieder die kleinste Größe.

Sicher hätten sie es auch höflicher ausdrücken können:

Die Tauglichkeit deiner Versuchsanordnung zur Erbringung eines gesichterten Nachweises im Sinne der Fragestellung erscheint aufgrund der Versuchsbeschreibung fraglich. Zudem geht von der Versuchsanordnung ein nicht kalkulierbares, durch die eventuell erzielbaren Ergebnisse nicht gerechtfertigtes Gefährdungspotential aus. Der geschätzte Kollege wird um Richtigstellung oder Klarstellung seiner Angaben gebeten, sollte diese Einschätzung auf irrigen Annahmen beruhen.

Das sagt's doch auch, oder?

[Atheos]

Hallo Tommaso,

fühl dich doch nicht gleich angepisst, die Herren haben doch recht, wenn sie sagen, dass hier ein gewisses Gefährdungspotenzial vorherrscht.

Und wenn du ihre Post öfter ließt, wirst du merken, dass sie öfter im Klartext sprechen, aber nicht darauf aus sind, jemanden zu beleidigen, sondern auf widrige Umstände hinweisen wollen, ob nun gerechtfertigt oder nicht, ist eine Sache der Betrachtung.

Fürs Weitere würd ich vorschlagen, dass ein Zusatz, z.B. nicht zur Nachahmung empfohlen, reichen müsste.

LG, A.

P.s.: einen CW-Wert von 1 schließe ich aus

[morganalafay]

Moin,

sicherlich wird jedes Objekt, also auch ein Pfeil einen gewissen Luftwiderstand haben.

Das ist auch gut so, sonst würde er nicht rotieren.

Eine bestimmte Kurve aus Messwerten herzuststellen scheint mir weniger produktiv.

Jeder Pfeil hat doch seine Herkunft und seine Bestimmung.

So schossen die alten Engländer mit sehr sehr schweren Pfeilen auf weite Distanz. Große Masse des Pfeils bedeutete große Verletzung beim Gegner.
Reiternomaden dagegen bevorzugten eher superleichte Pfeile, heißt es. Sie haben im vorbeireiten vom Sttel aus geschossen.

Einen Luftwiderstand zu messen, kommt mir vor wie eine Pups-stärke oder einenRülps-faktor zu ermitteln.

Sorry für meine Kritik, aber ich finde sie angebracht.

Gruß Tom

[captainplanet]

Also wenn man das Vertikalschußexperimentt auf einem großen Acker o.ä. durchführt denke ich schon daß man auf der sicheren Seite ist. Ich weiß ja nicht wie es bei euch aussieht aber ich müßte nicht weit gehen um auf einer Wiese zu stehen die in jeder Richtung auf weit mehr als hundert Metern absolut einsehbar ist. Da kann nix sein. Es sei denn daß der Schütze gegen die Sonne schießt, den Pfeil geblendet aus den Augen verliert und sich dann damit selbst entleibt...

Trotzdem weise ich ausdrücklich darauf hin daß das Experiment auch mit schwächeren Bögen durchgeführt werden kann oder sogar soll (Stichwort Endfallgeschwindigkeit, s.o.) sodaß ein Risiko ausgeschlossen werden kann. Der zu ermittelnde Cw-Wert (nicht der Luftwiderstand) eines Pfeiles ist ja unabhängig von der Geschwindigkeit. Die Leistung eines starken Bogens kann man, wenn man den Cw mal hat, bei Windstille ja notfalls auch im Weitschuß ermitteln. Ist allerdings mathematisch etwas aufwendiger.

[captainplanet]

Ich schlage vor daß wir einen kleinen mathematischen Trick anwenden mit dem sowohl uns als auch den anwesenden Sicherheitsaposteln gedient sein dürfte:

Wir nehmen die Formel für den Luftwiderstand und definieren einen pfeilspezifischen Widerstandsfaktor p. Da packen wir alles hinein was in unserem Fall konstant oder uninteressant ist. Diesen Faktor bestimmen wir, welchen Anteil der Cw daran hat interessiert uns nicht länger! Wir erhalten also:
Fw=p*v2

Das hat, davon abgesehen daß wir uns unnötige Schreibarbeit ersparen, den Vorteil daß die lästige Fläche verschwindet! Bei einem Pfeil mit minimaler Befiederung entspricht der Schaftquerschnitt in etwa der "effektiven Schattenfläche" des Pfeils, aber es ist schon eine Fehlerquelle wenn wir mit "echten" Cw´s rechnen. Aber bei einem FluFlu? Und dann vielleicht noch mit Gummispitze??? Keine Chance! Aber die Fläche interessiert uns ja gar nicht. Das schreibt man doch nur so an damit man auch von Modellen im Labormaßstab auf die Wirklichkeit umrechnen kann.

So können wir problemlos einen FluFlu mit Saugnapf vorn dran verwenden. Nur die Bedingung daß Steig- und Fallphase gleich lang dauern müssen muß weiterhin erfüllt sein. Wenn das nicht der Fall ist haben wir zwei Möglichkeiten:
1. Wir verändern die Parameter Bogenleistung, Pfeilgewicht und/oder Windschnittigkeit entsprechend.
2. Wir messen nur die Steigphase. Vorsicht: Die Steigphase ist (bei einem ideal vertikalen Schuß) bereits in dem Moment zu Ende wo der Pfeil aus der vertikalen Lage zu kippen beginnt! Bei enem FluFlu mit schwerer Spitze müßte das gut zu erkennen sein.

[tommaso]

Widerstandsermittlung eines Standardpfeils

Ich habe vor, den von mir angefangenen Thread „Luftwiderstand“ zu einem Abschluss zu bringen.
Dank der sehr wertvollen Unterstützung eines FC-lers, erhielt ich viele Unterlagen mit Versuchswerten und zusätzlich ein Chrony.
Sehr wichtig war ein Artikel von Rheingans.
Der Artikel von Rheingans enthält Widerstandswerte aus Windkanalmessungen für einen Pfeil ohne Federn und einen Pfeil mit Federn
Aus diesen Werten habe ich einen Cges Werte für den Standard Pfeil berechnet.
Der Cw Wert für die Spitze stammt aus der Literatur, damit erhalte ich aus dem Pfeilwiderstand ohne Federn abzüglich dem Spitzenwiderstand den Einfluss des Schaftes.
Der Einfluss der Federn lässt sich ebenfalls herausrechnen.
Im Gegensatz zu Rheingans, der mit einem Gesamtwiderstand für die Federn rechnet, habe ich die zusätzliche Komponente der Federdicke eingeführt. Damit erhalte ich bei einen CwFeder- Wert für die Projektionsfläche der Feder (aus der Literatur mit ca. 0,5 ) den Cf - Wert für die Federoberfläche aus den gemessenen Widerstandswerten vom Pfeil mit und ohne Federn.
Der Widerstand ist abhängig von:
Staudruck auf die Spitze Cw Spitze * Schaftquerschnitt
Reibung der Schaftoberfäche Cf Schaft* Schaftoberfläche
Staudruck auf den Federquerschnitt Cw Projektionsfl Feder * Federprojektionssfläche
Reibung auf den Federflächen Cf Oberfl.Feder* Ges. Oberfl der Feder

Diese Werte bringe ich mit Division durch den Schaftquerschnitt auf einen gemeinsamen Nenner und kann sie zusammenfassen zu einem gesamten Cges Wert.
Der gesamte Luftwiderstand ist dann

Wges = 0,5 Cges *RhoLuft* Pi *(D* D /4)* v^2

Dies gilt aber nur für eine Pfeilsorte. Eine Änderung der Spitze, des Durchmessers, der Länge, der Schaftoberfläche, der Federdicke oder Federoberfläche gibt einen anderen berechneten Cges Wert.
Unruhiger Pfeilflug wird den Widerstand stark vergrößern, damit ist Grundvoraussetzung, dass der

Der Vorteil der Einführung der Projektionsfläche der Feder liegt darin, dass man zum Beispiel auch den Einfluss einer Rasierklingedicke ( Drake, Flight Pfeil)oder der eines Pergamentes oder einer Kunststofffeder erfassen kann.
Der Cges Wert für einen Standard Holzpfeil ergibt sich auf der Grundlage der Rheingans Messwerte mit C ges = 1,9 ( Messing Bullet, Durchmesser 11/32, Feder Shield 5“).

In www.kuyudo-sum.de gibt es eine Flugkurvenberechnung für Pfeile mit Luftwiderstand. In dieser Berechnung ist der Cw Wert nicht erläutert und der Einsatz meines Cges Wertes gab Werte die knapp halb so groß waren, wie die bei meinen Schussversuchen gemessenen Werte.
Aus diesem Grund habe ich einen Rechenansatz mit einem eigenen Excel Programm entwickelt.

Zwei Beispiele: Mit Martin Hatfield TD 50 lbs

Carbon Pfeil Bearpaw Hunter 6 mm Plastic Fletches Cges berechnet 1,6

Maximale Schussweite gemessen S max = 250 m
Geschwindigkeit mit Chrony gemessen Vmax= 60 m/s
Maximale Schussweite berechnet: Smax ber= 255 m/s

Standard Holzpfeil 11/32 C ges berechnet 1,9
Maximale Schussweite gemessen Smax = 190 m
Geschwindigkeit mit Chrony gemessen Vmax = 55,4 m/s
Maximale Schussweite berechnet: Smax ber= 198 m/s

Ergebnis:
Die Übereinstimmung der berechneten Werte und gemessenen Werte ist für Standard- Pfeile fast zu gut , da doch etliche Annahmen gemacht wurden, die noch durch weitere Versuche belegt werden müssen,. aber die Größenordnung stimmt.

Aus den Berechnungen ergibt sich weiter, dass Widerstandsunterschiede von +/- 15 % auf 50 m einen Schusskreis von ca. 20cm Durchmesser ergeben
Das heißt, dass es bei Pfeilen gleicher Ausführung ( Gleiche Spitze und gleiche Federgröße ) nur geringe Auswirkung gibt, wenn der Pfeil gut abgestimmt ist.
Im Artikel „Außenballistik“ von Nentwig gibt es Messwerte für einen ACE 470 Pfeil , der auf zwei verschiedenen Bögen geschossen wird.
Der Versuch mit dem starken Bogen gibt einen Cg Wert von ca.3
Der Versuch mit dem schwächeren Bogen gibt einen Cg Wert von ca 6.
Dieser Unterschied kann m.E. nur von der schlechteren Pfeilabstimmung verursacht sein.

Die Berechnung ermöglicht mir zusätzlich die Optimierung von Pfeilen für das Clout-Schießen. Wobei die Formel ergibt, an welchem Parameter am sinnvollsten gedreht werden sollte, um die beste Wirkung zu erzielen, bzw. die 165 m gesichert zu erreichen..

Bei Interesse und Bedarf stelle ich auf Anforderung die Excel Berechnungen per Mail zur Verfügung.

[Atheos]

Hallo Tommaso!

Also ich wäre interessiert.
Is ja mal was greifbares.

LG, A.