Moin Grischa,
Erst einmal nach deiner Frage zur Leitkanten Krümmung und den steiferen Stäben:
Die komplette Kalkulation missachtet jegliche Idee von Material, Steifigkeit, Spannung, ...
Ich hab gerade meine Thesis gerade nicht in digitaler Form zur Hand, daher mal ein "kürzerer" Abriss unserer Kalkulation ohne groß Formeln ins Spiel zu bringe:
Wir gehen erst einmal von einem sehr einfachen und vor allem halben Kite aus, da sich das ganze ja eh am Kiel spiegelt.
Außerdem berechnen wir den Kite im aufgebauten Zustand, nicht flach auf dem Papier.
Die für uns initial wichtigsten Punkte sind hier dann die Nase (N), das Kiel Ende (T), innerer Standoff (S1), äußerer Standoff (S2) und die Flügelspitze (W).
Aus diesen drei Punkten bilden wir den sehr vereinfachten Kite aus drei Grunddreiecken. Das ist in dem letzten Screenshots meines Vater anhand der roten umrissen zu sehen (wir vernachlässigen jetzt mal die 2,5 cm breiten Flügelspitzen ). Diese Bilden sich für den Kiel aus den Punkten N|T|S1, für des mittlere Dreieck aus N|S1|S2 und für die Flügelspitze aus N|S2|W.
Hier stellt man recht schnell fest das der Punkt N, also die Nase an allem beteiligt ist und als "Anker" für die Dreiecke gilt. Daher ist die Nase für unser Kite-Modell der Null-Punkt.
Jetzt werden anhand der Parameter die Positionen dieser Grundpunkte bestimmt. Für die grundlegende Position dieser Punkte sind die Paramter Kiellänge, Spannweite, Position UQS, LK Länge, Spannweite, Position innerer/äußerer Standoff, Länger innerer/äußerer Standoff relevant.
Es werden zunächst recht einfach die Punkte N, T und W bestimmt. N ist 0|0|0. T ist einfach entsprechend der Kiellänge in gerader Linie nach "unten" von N entfernt. W ist vom Kiel Spannweiter/2 entfernt und ist von N so weit entfernt wie man es mit der LK Länge angegeben hat (hier arbeiten wir im Hintergrund meine ich mit recht einfachen Berechnungen für rechtwinkelige Dreiecke).
Wichtig ist: Diese drei grundlegenden Punkte liegen nun alle auf der selben Ebene im Raum.
Jetzt fehlen noch die Standoffs. Für die gehen wir einfach auf dem Kiel so weit nach unten wie wir es für die UQS Position angegeben hab, dann so weit im rechten Winkel zum Kiel in Richtung Flügelspitze wie wir es für die Standoff Position angegeben haben. Zum Schluss verlassen wir das erste mal unsere Grundebene und gehen entsprechend der angegebenen Länge des Standoff, orthogonal zur unserer Grundfläche nach "hinten". So haben wir die Position des Standoffs für Offset 0 gefunden.
Durch diese recht einfachen Schritte erhalten wir unser "Grundmodell" eines Kites, mit gerader Leitkante und der Schleppkante in drei Geraden. Um von diesen 3D-Daten eines Kites zu einem Plan zu kommen falten wir das Ganze nun einfach mathematisch auseinander in dem wir die einzelnen Dreiecke an den Gerade N|T, N|S1 und N|S2 jeweils so rotieren das der Kite flach ausgebreitet ist.
Das Ergebnis ist im letzten Screenshot meines Vaters oben in der Plan-Ansicht zu sehen.
Von hier aus können wir jetzt auch die Frage mit den Standoffs klären. Diese werden nicht einfach um den Wert X auf dem Plan verschoben, sondern auch hier kalkulieren wir die Position im 3D-Modell.
Gehen wir zurück zu unserem Grundmodell mit den Standoffs bei Offset 0. Änderst du nun den S1 Offset auf 10, dann wird der Endpunkte des inneren Standoffs auf dem Segel im 3D-Modell genommen und einfach auf der Achse die der Kiel beschreibt in Richtung Kielende verschoben. Der Aufmerksame Leser wird jetzt nun feststellen, dass das nicht ganz sauber ist. Das Wunschmaß des Standoffs wird auf diesem Weg ein wenig missachtet. Denn wenn ich den Standoff, vom Segel gelöst um eine UQS rotieren lassen beschreibt sein Endpunkt eine Kreisbahn. Bei unserer Berechnung müsste er ein kleines bisschen "wachsen" um bis zu seinem neuen Punkt im Segel zu reichen. Ich bin der Meinung, dass wir uns hier eh auf (Millimeter-)Messtechnisch sehr schwammigem Boden bewegen und man sich hier ruhig das Leben etwas einfacher machen kann, als mit der Berechnungen von Kreisbahnen im Raum um sich zu werfen, wenn es auch das Verschieben des Punktes entlang einer Achse tut. Aber dazu später mehr. (Wenn ich hier falsch liege und wesentlich erfahrenere Entwickler das anders sehen, gerne bescheid sagen. Das Tool unterliegt ja auch einem Entwicklungs-Prozess )
Wenn wir uns jetzt die Leitkante angucken läuft das ganze wie folgt ab:
Von der Kalkulation her gesehen wird erst die Entfernung der Flügelspitze zum Boden eingerechnet und danach die Krümmung der Leitkante beschrieben.
Wer seinen Kite schon mal in die Parkposition gelegt hat, dem ist vllt. aufgefallen das die Flügelspitzen normalerweise ein ganzes Stück über dem schweben. Hierfür ist in unserer Kalkulation der Parameter "end of leading edge, height" verantwortlich. Trage ich hier nun 80mm ein wird der Punkt W ganz banal entlang der Achse der Standoffs (mit offset 0) nach hinten geschoben und das äußere Dreieck dementsprechend berechnet. Alles ganz ohne Krümmung. Die gerade Linie N|W verläuft jetzt nicht mehr auf unserer Grundebene sondern einfach leicht hinten zur neuen Position von W, 80 mm von der Grundebene entfernt.
Die Krümmung der Leitkante wir anhand einer Bezierkurve beschrieben. Wie die nun genau funktionieren sprengt hier denke ich ein bisschen den Rahmen. Am ende des Tages gibt es zwei "Anfasser" mit denen man eine Kurve beschreiben kann. Diese Anfasser findet man unter den Parametern "leading edge, ...". Die hieraus resultierende Kurve wird zwischen den Punkten N und W berechnet und das auf der Ebene des Dreiecks N|S2|W. Diese Kurve wölbt die Dreiecksseite N|W immer nach außen. Oben rechts in der Konstruktions-Ansicht sieht man diese Wölbung nach außen konkreter. Die "Grundlinie" ist hier einfach die ausgehende Gerade Leitkante, der Bogen darüber zeigt die Bezierkurve.
Wir rechnen das ganze also komplett ohne Stäbe, Spannung, oder sonstiges sondern ganz trocken die "theoretischen" Strecken. Bei der Leitkantenkrümmung erzeugen wir einfach eine Form, unabhängig ob sich ein Stab in diese Form zwängen lässt, oder in welche Form dieser das Segel am Ende zwängen würde.
Denn am Ende des Tages sind es eben genau die Stäbe die mir auch Während der Thesis das Leben schwer gemacht haben, bis ich mich dazu entschlossen habe mir das Leben leicht zu machen und die Stäbe nicht zu betrachten.
Wie ja schon erwähnt gehen wir mit dem Standoff Wunschmaß nicht ganz "sauber" um. Allerdings haben nun die meisten Lenkdrachen keine exakt gerade Leitkante. Diese beschreibt meistens ne Kurve, hat nen Knick,...
Dadurch wander der Verbinderpunkt aus der Grundebene raus nach hinten. Die UQSfolgt dem ganzen natürlich, allerdings sind da ja noch 1-2 Standoffs welche, gespannt durch das Segel, der UQS widerstand geben. Je nach verwendetem Material/Schnitt (Stab: Konisch, zylindrisch, weich, hart, ... | Segel: Elastizität, ... | Segelschnitt: Spannung durch die LK Krümmung und den LK Stab, ...) Formt sich die UQS anders aus. Das heißt der Punkt an dem der Standoff dann tatsächlich auf die UQS trifft, verschiebt sich normalerweise doch ein paar Millimeter in Richtung Segel.
Wie du also schon richtig angenommen hast: Je nach tatsächlich eingesetztem Material und dem daraus resultierenden Standoff-Druck wird die tatsächliche Höhe der Flügelspitze über dem Boden variieren. Wir gehen theoretisch von Komponenten aus, die von sich aus die "ideale" Form haben. Die gibt es natürlich nicht.
Am Ende kommt das alles grob hin. Wir sind hier einfach für uns an einer Grenze angelangt, die ich ohne massiven (und die Frage ist überhaupt möglichem?) Aufwand nicht hätte überschreiten können. Ja es gibt im Konstruktionsbereich die Möglichkeit die Beschaffenheit von Materialien mit einzubeziehen. Dafür hätten einem aber Daten vorliegen müssen, wie sich das Material verhält. Selbst dann wäre es noch ein massiver Aufwand gewesen.
Deswegen "bewerben" wir das Tool auch nicht als Lösung aller Probleme sondern zum schnellen loslegen und problemlosen erstellen eines "Grund"-Plans. Mein Vater benutzt die Pläne so wie sie da rauskommen und Prototypen-Iterationen kommen durch Parameter-Änderungen zustande. Ich selbst habe den Generator am Anfang für einen Grundplan genutzt und seit dem arbeite ich "händisch" mit Inkscape an den Iterationen. Spielereien wie gerade Abschnitte in der Schleppkante sind zum Beispiel nicht vorgesehen. Aber ich hatte einen Grundplan von dem ich wusste, dass er sehr nah an meinen Gestänge/Proportions-Vorstellungen ist und ich hatte einen ersten visuellen Eindruck wie die Kiste proportional am Ende aussieht. Und gerade letzteres ist aus unserer Sicht ein Teil der Stärke dieses Tools.