Flugphysik eines Lenkdrachens (Zweileiner)

Hallo zusammen,
ich studiere Medieninformatik und möchte eine VR-Lenkdrachensimulation entwickeln. Wesentliche Herausforderung ist dabei, die Flugphysik einigermaßen realitätsnah abzubilden. Nun bin ich auf der Suche nach Informationen hierzu. Auf den Seiten der NASA habe ich schon viel nützliches über die Physik von Einleinern gefunden. Aber zu Lenkdrachen habe ich bisher nichts finden können. Ich würde gerne verstehen, welche Kräfte wo wirken, wenn der Drachen (um die Hochachse) rotiert. (Und ob es eine solche "Hochachse" überhaupt gibt und wo sich diese befindet?!?)

Hat vielleicht jemand einen Tipp für ein Buch oder eine Website, die mir da weiterhilft?

Viele Grüße,
Jörg

Erstmal vielen Dank für die vielen Antworten!

Mein erster (naiver) Ansatz war auch, einfach die Einleiner-Physik auf Zweileiner zu übertragen. Die Unterschiede sind aber doch gewaltig: Die Einleiner-Physik lässt sich komplett zweidimensional (Höhe und Entfernung) abbilden. Auch der Anstellwinkel und der Winkel der Leine an der Waage befinden sich in dieser Ebene. Das lässt sich auch noch recht gut simulieren: Der Drachen steigt bis bei den Kraft-Vektoren ein Gleichgewicht vorliegt und reagiert auch auf Änderungen der Windgeschwindigkeit. Allerdings musste ich auch hier schon viele Annahmen treffen und probieren: Konstante Faktoren bei Lift und Drag, wo befindet sich der Center of Pressure,...
Bei Lenkdrachen wird es dann komplizierter: Dritte Dimension, Dynamik, unterschiedliche Winkel zum Wind, veränderte effektive Anströmung durch Eigenbewegung, unterschiedliche Verteilung des Zugs auf die beiden Leinen, ...
Im Moment stellt sich bei mir insbesondere die Frage wie die Drehung um die Hochachse entsteht und wo sich diese befindet, im Center of Gravity, im Center of Pressure, in Verlängerung der Leine an der gezogen wird, dynamisch zwischen den beiden Leinen,...?!? Bei den beiden Delta-Drachen von meinem Sohn und mir sieht es so aus, als würden die Drachen um die Flügelspitzen rotieren. Aber ich gehe davon aus, dass es in Wirklichkeit eine Kombination aus Vorwärtsbewegung und Rotation ist. Aber - wie Ihr seht - habe ich eigentlich keine Ahnung.

Die Virtual Reality Anwendung wird mit Unity realisiert: Man setzt sich eine VR-Brille (z.B. HTC Vive) auf, nimmt die Controller in die Hand und steuert damit einen Lenkdrachen. Dies dient primär der Unterhaltung, sollte aber ursprünglich auch die Physik möglichst realitätsnah abbilden. Ich werde aber wohl starke Vereinfachungen vornehmen müssen, da mir nicht so viel Zeit zur Verfügung steht. Dennoch sollten Änderungen an der Windstärke oder der Waage zu plausiblen Änderungen im Flugverhalten führen. Tricksen wird nicht simuliert. Davon hätte ich auch gar keine Ahnung. Ein Looping, der aussieht wie ein Looping ist erst mal das Ziel.

@Coyote Vielen Dank für den Tipp. Ich habe die mal angeschrieben...

@Crush Ich studiere an der (überschaubaren) FH Wedel. Luft- und Raumfahrttechnik, oder ähnliches haben wir da nicht.
Die Hochachse des Drachens steht auch nach meinem Verständnis senkrecht auf dem Kiel. Aber wie weit vorne oder hinten? Und dreht (giert) der Drachen auch um diese Achse? Und wodurch entsteht das Drehmoment? Ich hatte vermutet, dass der Drachen durch das Ziehen an einer Leine zunächst um die Längsachse (Kiel) rollt, dadurch der Auftriebsvektor zur Seite kippt und dann die einzelnen Vektoren zusammen ein Drehmoment um die Hochasche erzeugen. Aber zumindest mit meinen derzeitigen Annahmen funktioniert das so nicht und wäre wohl zu einfach. Ich könnte mir mittlerweile eher vorstellen, dass der Drachen "um die Leine" rotiert, an der ich gerade ziehe... ?!?

@Starkiter Ich vermute auch, dass in der Entwicklung viel per Trial and Error gearbeitet wird und es zu viele zu schwer zu berechnende Einflussgrößen gibt...

Vielen Dank für Eure Unterstützung!
Jörg

@MP3 Vielen Dank!
Das hilft mir schon weiter, weil ich jetzt echte Geometrie-Daten habe mit den rechnen kann...

Viele Grüße,
Jörg

Hallo zusammen,

mein Projekt ist mittlerweile abgeschlossen.

Die Berechnungen selbst sind nicht schwierig (wenn man weiß, wie einfach Drehmomente in Vektor-Darstellung zu berechnen sind, und mit dem Begriff „Trägheitstensor“ etwas anfangen kann).

Allerdings musste ich viel raten und probieren: Wie groß manche Kräfte sind und vor allem wo diese ansetzen.

Für alle, die das Resultat sehen möchten ist hier ein kurzer Screencast.

Nochmal vielen Dank an alle, die mir hier geholfen haben.

Viele Grüße,

Jörg

Oh, Sorry, vielleicht sollte ich das tun:
Zunächst lasse ich den Drachen bei unterschiedlichen Windstärken fliegen: 3, 5 und 4 Beaufort. Die Zugkraft und Geschwindigkeit des Drachen sind entsprechend unterschiedlich.
Dann verändere ich die Waagen-Einstellung. Die obere Waage lässt sich dreistufig verstellen. Bei kurzer oberer Waage ist der Drachen etwas folgsamer bei größerem Kurvenradius und bei langer oberer Waage drehfreudiger mit kleinerem Kurvenradius und mehr Zug. Verhält sich das in der realen Welt ähnlich?
Zum Schluss versuche ich noch das Windfenster zu zeigen, in dem ich den Drachen möglichst weit nach rechts und links bringe.
Falls Ihr noch Fragen habt, oder Wünsche was ich zeigen soll, gerne.

Viele Grüße,
Jörg