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klarisatec

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1

Donnerstag, 2. März 2017, 11:56

AW609 - Tiltrotormodell M 1:6 - Baubericht

Hallo liebe Modellbaugemeinde,

seit geraumer Zeit nun lese ich hier im Forum mit, war jedoch bisher was Berichte angeht eher - nun ja - zurückhaltend. Vor einigen Jahren habe ich meine Leidenschaft für Tiltrotormodelle entdeckt.

Die V-22 Osprey ist ja mittlerweile ein recht bekanntes Flugzeug und auch schon lange im militärischen Dienst. Auch ein RC-Modell kann man hierzu bereits kaufen. Da mir die zivilen Anwedungen lieber sind, hatte ich vor einigen Jahren von der Entwicklung des zivilen Flugzeugs AW609 (damals noch BA609) gelesen. Seit dem Moment hat mich die Idee, hiervon ein Modell zu bauen nicht mehr losgelassen.

Da die begeisterte Kipprotor-Modellgemeinde sehr überschaubar ist (persönlich kenne ich nur eine handvoll Modellbauer, die sich mit dem Thema eines Eigenbaus beschäftigen), stellt sich mir im Moment die Frage, ob es es hier ein paar Interessenten / interessierte Mitleser für einem Baubericht gibt. Wenn einige User in mehreren Foren angemeldet sind, ist das für sicherlich eine langweilige Wiederholung. Doch wenn sich hier ein paar Tiltrotor Fans tummeln, die ich noch nicht kenne, so würde ich das Forum gerne zum Austausch über diese Technik nutzen wollen.

Gibts es denn hier im Forum den ein oder anderen Interessierten auf dem Gebiet? Bin gespannt auf Eure Reaktionen...

Gruß Markus

Quelle Foto: https://www.google.de/search?q=AW609&biw…=XKCkhXoq1lZVWM:
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  • Flugbild schwarz neuestes Design.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

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kalle123

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2

Donnerstag, 2. März 2017, 12:14

Hallo Markus.

Hast du das Foto geschossen?

Sonst, wo ist das her?

cu KH

klarisatec

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3

Donnerstag, 2. März 2017, 12:29

Foto

Hallo KH,

o.k., dass ist natürlich auch eine Reaktion... :) Sorry, ich hatte die Quellenangabe vergessen - steht nun oben dabei.

Gruß Markus
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

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kalle123

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4

Donnerstag, 2. März 2017, 15:53


Leszek1963

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5

Donnerstag, 2. März 2017, 16:59

Hallo Markus!
"Sehr interessant" wäre auf dieser Stelle gewaltig untertrieben.
Auch wenn ich Dir hier bestimmt nicht viel helfen kann, würde ich fleißig lesen. Es ist halt mal etwas neues. Für mich wenigstens.
Also hier mit dem Baubericht. Bitte.

Viele Grüße Leo :w

klarisatec

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6

Donnerstag, 2. März 2017, 23:46

Aller Anfang ist schwer

Hallo Leo,

prima, vielleicht kommt der Appetit bei anderen ja auch beim Zuschauen bzw. Mitlesen.

Zuerst wollte ich keinen Baubericht einstellen. Auf der anderen Seite habe ich bisher sehr viele Informationen über das Forum (oder über indirekte Kontakte) bekommen, so dass ich meine Erfahrungen gerne teilen möchte. Außerdem stehen noch einige kniffelige Themen an, bei denen jede noch so ausgefallene Idee zählt ...

Mein nächstes Projekt sollte etwas Außergewöhnliches werden. Es sollte viel Spaß beim Planen und Konstruieren, rießigen Spaß beim Bauen und mega Spaß beim Fliegen bieten ... also, pack mers.

Das Original:

Es soll eine AW 609 werden, auch bekannt unter der Bezeichnung BA 609, bevor das Projekt von AgustaWestland (heute Leonardo) übernommen wurde und die Anteile von Bell gekauft hatte. Es handelt sich um eine Tiltrotormaschine und stellt einen Zwitter zwischen Heli- und Flächenmodell dar. Die militärische Version nennt sich V-22 Osprey und ist bereits seit einigen Jahren auf dem Markt.

Die zivile Version, also die AW 609, kommt voraussichtlich 2018 Jahren auf den Markt. Derzeit läuft die Zulassung auf Hochtouren. Daher ist es auch ungemein schwierig an Modelle, Bauläne o.ä. für die originalgetreue Rumpfkonstruktion zu kommen.

Das Modell:

Es soll eine elektrisch angetriebe AW 609 werden - und zwar im Maßstab 1:6. Die AW 609 soll voll funktionsfähig sein - also mit um 90° schwenkbaren Gondeln, pitch-gesteuerten Rotoren und einem originalgetreuen Einziehfahrwerk.

Dies bedeutet folgende grobe Abmessungen bzw. sportliche Ziele:

- Rotor-Ø: ca. 1.345mm
- Flügelspannweite inkl. Rotoren: ca. 3.100mm
- Gesamtlänge: ca. 2.385mm
- Abfluggewicht ca: 19kg
- Flugzeit: ca. 10min

Entwicklungsdauer: im Jahr 2013 geschätzte 2 Jahre (bis heute sind es bereits 4 ...)

Es gibt schon einige vielversprechende Ansätze im Bereich der V-22 Osprey, einige davon fliegen bereits, auch in einem vergleichbaren Maßstab. In diesen Modellen stecken jahrelange Arbeit, unzählige Arbeitsstunden und jede Menge Wissen. Eigentliche haben mich alle diese Modellbauer in meinem Vorhaben bestärkt und im Vorfeld bei der Informationsbeschaffung unterstützt. Von den "anderen" Modellen möchte ich hier nichts verraten - einige möchten ihre Konstruktion einfach nicht veröffentlichen und ich respektiere das.

Die kommenden Tage und Wochen wurde ein Grobkonzept erstellt, um bei der anstehenden Konstruktion nicht völlig ohne roten Faden dazustehen...

Euch wünsche ich viel Spaß beim Lesen. Vielleicht regt es ja auch an, ein lang ersehntes eigenes Projekte endlich anzugehen. Bei den noch offenen, kniffligen Punkten hoffe ich auf Eure fachkundige Unterstützung...

Und nun ging´s ans Zeichnen und Skizzieren.
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

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klarisatec

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7

Donnerstag, 2. März 2017, 23:53

Konzept

Als Antrieb kommen (wie eigentlichen immer) alle gängigen Antriebskomponenten in Frage, d.h. Methanoler, Beziner, Elektro und natürlich der Turbinenantrieb.

Ein Turbinenantrieb ist sicherlich eine technisch absolut tolle Sache, doch bin ich mir sicher dass dies auch eine der gewichtsmäßig schwersten Lösungen sein würde. Auch - nicht ganz unwichtig - möchte ich persönlich auch ein so großes Modellbauprojekt in einem finanziell überschaubaren Rahmen halten.
Schon alleine deswegen fällt die Turbine als Lösung raus.. :shake:

Als eingefleischter Elektroflieger bin ich der Überzeugung, dass die elektrische Variante eine der leichtesten und vor allem energetisch effektivsten Lösungen sein wird. Da die Ladetechnik bereits zur Verfügung steht, war klar - es wird definitiv ein Elektroantrieb werden.

Somit steht als nächste Überlegung an - wie soll das Antriebskonzept prinzipiell aussehen?

Es gibt folgende Anforderungen:

- hohe Leistung (insbesondere für den später geplanten bzw. möglichen Flugzeugmodus)
- synchronisierte Drehzahl beider Antriebe
- gegenläufige Laufrichtung beider Rotoren
- stabile Drehzahlen ohne spürbare Einbrüche bei Pitch-gesteuerten Manövern
- gewichtsoptimierte Lösung
- optimale Positionierung der Komponenten bzgl. des Gesamtschwerpunktes

Prinzipiell gibt es somit folgende (theoretische) Lösungen:

- ein zentraler Elektroantrieb im Rumpf des Modells (Akkus ebenfalls im Rumpf)
- zwei Elektroantriebe in den Gondeln (Akkus im Rumpf oder in beiden Gondeln)
- zwei mechanisch gekoppelte Elektroantriebe in den Gondeln (Akkus im Rumpf oder in beiden Gondeln)

Mal sehen, was nach den ersten Handskizzen und Überlegungen zum Tragen kommt... :)
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

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klarisatec

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Freitag, 3. März 2017, 00:03

Akkus

Bevor es nun an die konkrete Antriebsauswahl und die Getriebeberechnung ging, hatte ich mir noch Gedanken zu den Akkus gemacht.

Gängige, preiswerte Akkus (die auch bereits in meinen anderen Modellen zum Einsatz kommen) sind 6S Akkus. Gerne wollte ich bei kleinen C-Raten bleiben, denn hohe Ströme sollten bei dem Scale Modell und richtiger Auslegung nicht zu erwarten sein (Loopings hatte ich nicht auf dem Flugprogramm... )

Um die geplanten Flugzeiten zu erreichen ging ich von 4 Stück 6S Akkus mit jeweils 5000mAh aus. Bei zwei Gondeln jeweils als 12S Kombination verschaltet. Dies bedeutet beim geforderten Leistungsbedarf von max. 3kW pro Gondelantrieb einen max. Dauerstrom von ca. 56A pro Regler.

Als Rotordrehzahl werden 1.600 - 1.900 U/min benötigt werden, der optimale Wert muss hier mit Sicherheit in der Praxis erflogen werden.

Somit gings (neben Skizzen und Konzept) in den kommenden Tagen auch noch an die Berechnung des Getriebes. Je nach kV-Wert bzw. Gewicht des Motors und nach Größe des Getriebes (Riemenscheibe) steht nun die Entscheidung über ein 1- oder 2-stufiges Getriebe an.

Die vielen Gedanken zu Beginn des Projektes sollten sich auszahlen...
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

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Freitag, 3. März 2017, 06:24

Getriebeauslegung

Die 1-stufige Variante der Getriebeübersetzung würde definitiv zu schwer werden. Wenn man von Motoren mit kleinen Drehzahlen ausgeht (z.B. der Hacker A60-18L mit angegebenen 149 U/min/V), würde die Lösung sehr viel schwerer, als eine Lösung mit einem zweistufigen Getriebe. Ein leistungsmäßig vergleichbarer Motor mit ca. 400 U/min/V wiegt hier nur ca. 450-500g. Der Hacker Motor wird mit 910g angegeben.

Desweiteren würde das Zahnriemenrad im Ø an der Rotorwelle zu groß werden und vermutlich nicht in die Gondelabdeckung passen.

Wichtig war für mich am Motor eine Antriebswelle mit einem Ø8mm. Mit dieser komme ich ohne ein zusätzliches Gegenlager an der Motorwelle aus, welches in einem kompakten 2-stufigen Getriebe nur schwer unterzubringen ist.

Gerne stelle ich die wichtigstens Berechnungsdaten eines 2-stufigen Riemenantriebes zum Nachvollziehen zusammen:

- Motordrehzahl: 400 U/min/V
- Spannungsversorgung 12S: in die Berechnung fließt eine Spannung von 44,4V ein
- Rotordrehzahl: ca. 1.800 U/min
- Wirkungsgrad Antrieb: ca. 90%
- Gesamtwirkungsgrad: ca. 85% (dieser Wert passt bei meiner Bell 230 sehr gut)

--> Gesamtgetriebeuntersetzung mit ca. 7,5

Nach einigem Probieren, Rechnen und Grübeln, werde ich ein Zahnriemengetriebe mit dem Zahnprofil AT5 werden. Zahnriemenbreite 16mm.
Verzahnungsdaten: Riemenrad 44 Zähne, Riemenritzel 16 Zähne.

Dies Ergibt dann eine tatsächliche Untersetzung von i=7,56 und eine rechnerische Rotordrehzahl von 1.817 U/min

Durch eine mögliche Veränderung des Motorriemenrades mit 14, 15 oder 17 Zähnen kann das Getriebe in einem Drehzahlbereich von ca. 1.685 - 1.950 U/min betrieben werden. Das "Feintuning" übernimmt der Regler .

Um bei gleicher Übersetzung der beiden Stufen (44/16) möglichen Resonanzen aus dem Wege zu gehen, habe ich dann versucht unterschiedlich lange Zahnriemen zu verwenden. Sollten die "Motorritzel" 13 und 15 zum Einsatz kommen, ist die Gefahr ja deutlich kleiner.

Als (für mich) bewährte und sehr effektive Antriebskombination habe ich den Jive 80HV+ und den X-era 4035/3Y zu Grunde gelegt, den ich bereits in meinen Heli Modellen fliege.

Mit diesen Überlegungen gings ans CAD um zu überprüfen, ob das Getriebe wirklich klein genug ist und die Akkus evtl. auch noch in die Gondel passen. Ansonsten werde ich eine neue konstruktive "Schleife" drehen müssen. Das "konstruktive" Schleifen die Entwicklung viel stärker begleiten als zunächst gedacht, wusst ich dmals noch nicht.

Um dies zu versuchen, musste ich aus den vorhandenen Fotos der AW609 und Ansichtsskizzen ein grobes Modell der Gondelgröße zeichnen, denn ansonsten kommme ich hier nicht wirklich weiter und das Modellieren eines detaillierten Getriebes im CAD macht keinen Sinn.
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

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Freitag, 3. März 2017, 07:36

Die Getriebestufen

Wie so oft gestaltete sich der sogenannte "erste Strich" am schwierigsten. Leeres Blatt - oder in meinem Fall: leerer Bildschirm - und der Kopf voller Ideen, also wo am besten anfangen?

Dass, was ich vom Getriebe wusste hatte ich einfach mal ins "unreine" gezeichnet - so bekam ich in Gefühl für die Größenverhältnisse. Die Riemenräder sind noch als Rohlinge gezeichnet, also ohne Anschlussbohrungen, Flanschflächen für den Freilauf und Gewichtsreduzierende Ausdrehungen / Bohrungen - die weitere Detaillierung hatte noch Zeit.

Anbei die allerersten Entwürfe mit dem X-era Motor, den Riemenzitzeln 16Z, den Riemenrädern 44Z und den zwei unterschiedlich langen Zahnriemen - beide 16mm breit.

Nun wurde es spannend - ich ging daran die Gondelkontur zu zeichnen um festzustellen, ob die Zahnriemenräder mit 44 Zähnen vom Ø überhaupt hinein passen. Es wurde spannend, denn alles aus Internetphotos auszumessen bedeutete jede Menge Zeit an Laptop und Co. ...

Gruß Markus
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  • 001 - Getriebe (Motor).jpg
  • 002 - Getriebe (Motor).jpg
  • 003 - Getriebe.jpg
  • 004 - Getriebe.jpg
  • 005 - Getriebe.jpg
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Freitag, 3. März 2017, 07:56

Riemenrad

Ein riesen großer Vorteil am CAD ist natürlich die "live" Ermittlung der Teilemassen. Das Zahnriemenrad am Vorgelege (so nenne ich den Übergang 1-te / 2-te Untersetzungsstufe) hatte anschließend eine Null Diät bekommen.

Bei der Annahme einer Welle mit einem Ø von 10mm bleiben von den ursprünglich angegebenen 228g beim Hersteller / Händler nach der Bearbeitung noch ca. 50g übrig.
»klarisatec« hat folgende Bilder angehängt:
  • 006 - Getriebe.jpg
  • 007 - Getriebe.jpg
  • 008 - Vorgelege 44Z.jpg
  • 009 - Vorgelege 44Z.jpg
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Freitag, 3. März 2017, 08:10

Das Schwenken beim Original

...damit Euch neben den ganzen wichtigen - zugegeben noch sehr trockenen und theoretischen - Vorüberlegungen nicht langweilig wird, habe ich einen Link zu einem der wenigen Videos vom Original verknüpft (damals noch unter der alten Bezeichnung BA 609) ...



Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

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13

Freitag, 3. März 2017, 14:02

Vorgelege

Zum sogenannten Vorgelege gab es zusätzlich folgende grundlegenden Überlegungen:

- Größe der Lager- bzw- Zwischenwelle am Vorgelege Ø10mm
- 3 Rillenkugellager an der Vorgelegewelle und später auch an der Rotorwelle
- Rotorwellen-Ø ebenfalls 10mm (hier gibt es eine große Auswahl an Rotorköpfen)
- Freilauf auf links / rechts umbaubar, robust und betriebssicher --> hier hatte ich mich fen Freilauf Joker 3 (minicopter) entschieden, mit dem bisher nie Probleme hatte
- die Lageraufnahmen noch völlig offen was die genaue Chassisbreite angeht. Sie sind nur provisorisch gezeichnet, um die Lagersituation und die Vorgelegewelle auszuarbeiten.
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  • 0010 - Getriebe Zahnriemenrad Rotor.jpg
  • 0011 - Getriebe Vorgelege kpl.jpg
  • 0012 - Freilauf Rotorwelle.jpg
  • 0013 - Freilauf Rotorwelle.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

klarisatec

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Freitag, 3. März 2017, 14:35

Gondel Geometrie

Das CAD-Modell der Gondel Geometrie hatte eine ganze Weile gedauert, doch dann hatte ich etwas brauchbares aufgemalt. Mit Fotos aus dem Internet habe ich ein erstes, grobes Modell der linken Gondel erstellt. Das CAD-Modell sollte in diesem Stadium folgende Fragen beantworten:

- passt das konzipierte Getriebe mit den unterschiedlich langen Zahnriemen überhaupt in die Gondel?
- wie lang muss / kann die Rotorwelle in etwa sein? Ist das überhaupt zu realisieren?
- in welchem Abmessungsbereich dürfen die Achsabstände in etwa liegen?
- passen die Zahnriemenscheiben AT5 mit 44 Zähnen noch in die Gondel, oder muss an der Übersetzung geändert werden?

--> erst im zweiten Schritt sollten die Akkus (2x 6S) auf ihren Einbau hin überprüft werden ...

Beim ersten Zusammensetzen im CAD war ich ganz schön erschrocken, wie riesig die Gondeln im Maßstab 1:6 werden. Ich habe die Maße bestimmt dreimal überprüft...
Durch die komfortable Größe sah es bis zum damaligen Stand recht gut aus, die Akkus in die Gondeln zu legen.

Der erste Getriebeentwurf passt auch mit ausreichend Abstand zur Wandung in das Gondelgehäuse, so dass ich mit dem ersten Entwurf weiterarbeiten konnte.

Als nächstes kommen folgenden Schritte:

- Einbauüberprüfung der Akkus in den Gondeln
- Festlegen der Gondel Schwenkachse um zu prüfen, ob diese mit Getriebe, Motor oder Akkus eine Störkante bildet

Gruß Markus
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  • 0014 - Gondel links.jpg
  • 0016 - Gondel Frontansicht.jpg
  • 0015 - Gondel.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

klarisatec

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Freitag, 3. März 2017, 15:41

Die mögliche Position der Akkus

Im wieder führt der Weg in der Anfangsphase ans CAD. So hatte ich den Jive 80 und zwei 6S 5000mAH Lipo Akkus ins CAD übernommen. Die Kabelführung ist noch völlig "planlos". Damit beschäftigte ich mich erst später detaillierter, wenn die Positionen aus geometrischen Notwendigkeiten festliegen. Die Schwenkachse habe ich grob ausgemessen und nur in Form einer einfachen Bohrung in der Gondelhülle dargestellt.

Die Akkus sind so weit wie möglich ans Gondelende gerutscht, denn dort werde ich sie vermutlich als Gegengewicht für eine schwerpunktoptimierte Schwenklagerung brauchen. Ein dadurch entstehender Nachteil sind im Moment sehr große Chassis Seitenteile. Aus Kosten- und Gewichtsgründen wäre ich gerne bei den Abmessungen: 300mm lang, 200mm hoch geblieben. Diese Maße reichen jedoch mit dieser Konstruktion nicht aus, oder nur mit separaten Akkusschienen, doppelten Chassisplatten usw. Doch das führt jetzt noch zu weit... ;)

Bevor ich mich an das Chassis machte, wollte ich noch die Servos für die Taumelscheibenansteuerung grob positionieren. Denn diese Position ist nochmals entscheidend für die Länge der Rotorwelle und somit der genauen Lage des Getriebes innerhalb der Gondel.

Erst danach hatte ich unterschiedliche Chassisaufbauten in Angriff genommen.
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  • 0017 - Akkuposition.jpg
  • 0018 - Akkuposition.jpg
  • 0019 - Akkuposition.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

haschenk

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Beruf: Dipl. Ing.

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Freitag, 3. März 2017, 17:43

Hallo Markus,

du hast dir da ein sein sehr ehrgeiziges Projekt zur Aufgabe gemacht.
Beeindruckend, wie du gleich "in die Vollen" gehst (Größe, Gewicht, Leistung, Konstruktionsaufgaben, Zeit, Kosten....)

Ich will dir ja nun nicht die Freude am Konstruieren nehmen; das allein kann schon viel Spaß machen. Aber hast du dich schon mal schlau gemacht, was Andere schon gemacht und erlebt haben ? In der Fachliteratur und im I'net recherchiert ?

Letzteres bedeutet für mich z.B. u.a. auch im RCG-Forum/Unterforum VTOL zu lesen. Da gibt's eine Menge von Erfahrungen, und diese Leute haben prakt. alle mit viel kleineren und weniger anspruchsvollen Projekten angefangen und daraus gelernt. Und dort gibt's dann auch Sekundär-Links...
Einer davon ist http://www.teamtiltrotor.com/ . Da mal (nicht nur) in deren "history" reinzuschauen ist eigentlich Pflicht.

Deine Berichtsform bereitet mir auch etwas Schwierigkeiten: Mal sprichst von der Vergangenheit, mal in der Gegenwart, mal von der Zukunft. Hast du denn eine "timeline" für dein Vorhaben ? Ich werde auch den Eindruck nicht los, daß du eher einen Heli mit 2 Rotoren an Auslegern konstruierst als einen "Convertiplane"; z.B. bei den Rotoren, die für Schwebe- UND Vorwärtsflug geeignet sein müssen (eines der schwierigsten Probleme).

Ein Detail noch (es gäbe noch mehr), dann höre ich aber schon auf:
Du willst die Akkus in den Gondeln unterbringen. Ist dir klar, daß du dir damit große Massenträgheitsmomente um die Längs- und Hochachse einhandelst, die dir später in der Dynamik Probleme machen werden ? Normalerweise vermeidet man sowas bei Fluggeräten dringendst, wenn's keine absolute Notwendigkeit dafür gibt.

Ich hoffe, daß du meine Fragen/Kritik nicht als "Negativum eines Bedenkenträgers" wertest.

Gruß,
Helmut

klarisatec

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Freitag, 3. März 2017, 22:06

Vorbehalte

Hallo Helmut,

vielen Dank für Deine Antwort. Zuerst einmal sehe ich Kritik generell nicht negativ sondern als Chance etwas zu überdenken und zu verbessern.

Mit Vorbehalten gegenüber so einem Projekt habe ich im Grunde schon gerechnet. Gerne möchte ich Deine Fragen beantworten, doch dafür möchte ich an der einen oder anderen Stelle etwas ausholen.

Bevor ich mich für das Projekt entschieden habe, hatte ich 3 Monate intensiv im Internet recherchiert. Fachliteratur gibt es nur als vereinzelte Berichte in Fachzeitschriften und wenn, dann in England, Italien oder Amerika. Die wenigen Beiträge die ich hier im Forum bisher geschrieben habe bedeuten in "real time" ca. 6 Wochen Freizeit "Arbeit" am CAD. Also keine Angst, den Spaß am konstruieren lasse ich mir nicht so schnell nehmen ... ;)

Das RCG-Forum und die Homepage www.teamtiltrotor.com kannte ich noch nicht, doch das werde ich schnellstens nachholen. Beim groben Überfliegen finde ich jedoch wie so oft bei VTOL Foren den Ansatz eines Multicopters wieder und dies ist -zumindest technisch gesehen- ein riesiger Unterschied zur Steuerung der AW609. Denn die Copter Rotoren habe alle feststehende Rotorblätter und diese werden hinsichtlich ihrer Drehzahl verändert - also Drehzahl gesteuert.
Bei den Tiltrotor Maschinen V-22 und der AW609 ist die Drehzahl (nahezu) konstant und der Vorschub wird durch verstellbare Rotorblätter erzeugt - also Pitch gesteuert.

Das der Bericht hinsichtlich der Zeiten etwas verwirrt ist sicherlich möglich, denn mein Projekt hat ja nicht erst gestern begonnen sondern ziemlich genau vor 4 Jahren. D.h. der beschrieben Stand ist bereits Vergangenheit, es gibt einen aktuellen Stand der sehr viel weiter ist und es gibt noch einige knifflige Punkte in der Zukunft, die noch zu lösen sind.

Die Tiltrotor Fangemeinde ist wirklich sehr klein und oft war es reiner Zufall, dass ich einen ähnlichen "Leidengenossen" kennengelernt habe. Das ist der Grund warum ich hier einen Bericht schreiben möchte, um evtl. doch noch einen heimlichen Tiltrotorfan zu finden. Mein Projekt hat in der langen Zeit wirklich alle Höhen und Tiefen gesehen, ganz wirklich alle. Trotzdem möchte ich Euch nichts vorenthalten, um angehenden Modellbauern Mut zu machen sich auch an Anfangs scheinbar unmögliche Projekte zu wagen und sich trotz Fehlschlägen nicht entmutigen zu lassen.

Wenn ich es einfach haben wollte, dann hätte ich mir ein Osprey V-22 Modell von Rotormast gekauft. Mich hat einfach die technische Lösung nicht überzeugt - da die Schwenkmechanik mittels Zahnstange immer wieder Grund für Abstürze ist.
Das mein geplantes Projekt vermutlich das 10-fache kostet ist wahrscheinlich allen klar. Bei mir ist das finanziell auch nur machbar, wenn sich die Kosten auf mehrere Jahre verteilen - für mich fängt das Hobby Modellbau eben schon bei der Konstruktion an.

Zur gewählten Modellgröße:
Schon mein erster Heli war ein 700-ter. In unserem Verein habe ich damit wirklich entspannt fliegen gelernt und erst sehr viel später einen "hibbeligen" 450-ziger geflogen. Ich würde es jederzeit wieder so machen. Der 700-ter Größe bin ich bis heute treu geblieben und habe bereits 2009 meine erste Zahnriemen Mechanik selbst gebaut.
Das heißt es sind in diesem Bereich bei mir die meisten Erfahrungen, Mechaniken und Ersatzteile vorhanden. So kann ich bei den wichtigsten Komponenten auf vorhandene, erprobte Komonenten zurückgreifen (Taumelscheibe, Mitnehmer, Freilauf, Rotorkopf usw.).
Das Wichtigste: viele Dinge lassen sich in einer kleineren Bauform technisch viel schwerer oder gar nicht umsetzen - so wird´s eben ein kleiner Brummer ... :shy:

Naja, im Grunde hast Du mit den Helimechaniken schon recht - doch es sind ja auch Helimechaniken, eben mit Pitch gesteuerten Rotorblättern. Doch keine Angst, die AW609 wird die Gondeln wie beim Original schwenken können.

Bei der konzeptionellen Herangehensweise ist und war bei mir folgende Reihenfolge geplant (wobei sicherlich auch eine andere Reihenfolge zielführend ist):
- Größe der Rotorblätter festlegen
- Getriebe auslegen
- Motor auswählen
- Gewicht der Gondeln ermitteln (mit oder ohne Akkus)
- Konzept Schwenkantrieb auswählen
- Schwenkantrieb auswählen
- Konstruktion Rumpf
- Konstruktion Fahrwerk
--> fertsch ... ;)

Mit der Positionierung der Akkus hast Du einen ganz wichtigen Punkt angesprochen. Meine Überlegungen die Akkus in den Rumpf zu bringen waren jedoch andere: eine zentrale "Gewichtanhäufung" im Rumpf (Antrieb, Getriebe, Akkus) möchte ich auf jeden Fall vermeiden, da ich dadurch eine "giftigere" Fluglage erwarte. Die Rollachse ist die schwierigste und instabilste Achse, so dass ich durch eine Massenverteilung in die Gondeln eine bewusste Trägheit erzielen möchte. Auch wollte ich lange Zuleitungen vom Rumpf zum Motor vermeiden (Spannungsabfall, hohes Gewicht).

Oje, so viel Text - hoffentlich nicht zu langweilig. Vielleicht ist nun ein wenig mehr Licht im Dunkeln und nun freue ich mich auf Eure Beiträge.

Gruß Markus
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

klarisatec

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18

Freitag, 3. März 2017, 22:18

Abfluggewicht

Auch bezüglich des Abfluggewichtes gibt es eine noch aktuelle "Grobschätzung", denn der Supergau wäre das Überschreiten der 25kg Marke. Dann düfte ich auf unserem Platz mit dem Modell nicht mehr starten, ganz abgesehen vor der speziellen Zulassung.

Also, meine "gewichtigen", groben Gedanken zum Startgewicht ergeben in Summe ca. 19kg und teilen sich wie folgt auf:

- Gondeln inkl. Rotorblätter (2x 3.000g) - 6.000 g
- Fahrwerk - 1.500 g
- Empfänger, zus. Stromversorgung, Kabel, Beleuchtung - 1.000 g
- Schwenkmechanik - 1.500 g
- Rumpf, Chassis, Tragflächen - 6.000 g
- Akkus (4x 6S 5000mAh) - 3.000 g

Bei den grob vermessenen Tragflächen (3 Seiten Ansicht aus dem Internet) komme ich somit auf eine Tragflächenbelastung von unglaublich hohen 515 g/dm², wenn man das Höhenleitwerk als tragendes Profil mitrechnet immerhin noch auf ca. 405g/dm². Das sind durchaus Werte aus der manntragenden Fliegerei... 8(

Ich tröste mich ein wenig mit der Hummel: die dürfte ja aus aerodynamischen und / oder physikalischen Gründen gar nicht fliegen und tut es trotzdem. Wisst ihr warum? - Sie weiß es nicht, darum fliegt sie trotzdem...
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

haschenk

RCLine User

Beruf: Dipl. Ing.

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19

Samstag, 4. März 2017, 19:00

Hallo Markus,

schon wieder ich.... aber es muß sein.
Mir ist schon im deinen vorherigen posts das immense Gewicht von 19 kg aufgefallen, aber ich bin bewusst nicht näher darauf eingegangen. Jetzt sehe ich deine Annahmen für die Teilgewichte....
Die sind alle VIEL zu hoch. Versuche mal, da (im Mittel) auf die Hälfte zu kommen; imho ist das möglich.

Das gilt dann natürlich auch für die Flächenbelastung. Wichtig: Das Höhenleitwerk darfst du NIE (oder nur unter ganz speziellen Umständen) zur tragenden Fläche dazu zählen. Es erzeugt im besten Fall Null Auftrieb, im Regelfall sogar Abtrieb. Das "Zusammenzählen" der Flächeninhalte gibt's nur in urururalten FAI-Bauvorschriften für Modelle; aus einer Zeit, als noch "tragende Höhenleitwerke" durch die Köpfe spukten.
Rd. 500 gr/dm² = 500 N/m² wären natürlich ein Wort... (150 gr/dm² sind mEn für Modelle das FAI-Limit)

Die Formel für die Minimalgeschwindigkeit eines Flugzeugs im Horizontalflug:
v_min = Wurzel( (G/F)*(2/rho)*(1/Ca_max) )

G/F = Flächenbelastung [N/m²]
rho = Luftdichte, hier 1,22 [kg/m³]
Ca_max = max. Auftriebsbeiwert des Flügels (nicht des Profils), hier etwa 0,8 (etwa mit Clark-Y 11%), mit einem Modell-Hochauftriebsprofil etwa 1,0; mit Klappen noch mehr.

Setze mal deine Werte ein und lass' dich überraschen. Und dann auch drandenken: Die Horizontalkomponente des Rotorschubs muß bei der "outbound"-Transition die Masse des Fliegers (mindestens) auf diese Geschwindigkeit beschleunigen.

Zum Rotor/Propeller:
Heli-Rotoren haben idR lange, schmale Blätter mit konstanter Tiefe und ohne Verwindung (das hat Gründe, vor allem fertigungstechnischer Art).
Propeller haben eine größere Blatt-Tiefe und eine starke "Verwindung" (vereinfacht, aber nicht übervereinfacht gesagt, auch das hat Gründe).
Das muß man beim Convertiplane möglichst gut "unter einen Hut" bringen. Schau dir mal die Originalblätter vom Osprey an- die sind so ein Kompromiß. Falls du bei deinem Kipprotor an Heli-ähnliche Blätter denkst- da hast du nur minimale Aussichten.

Ein kleiner Ausflug in die Propellertheorie (für den Horizontalflug):
Die "Maßzahl" für den Betriebspunkt eines Propellers ist der sog. Fortschrittsgrad; dem Sinn nach ist dies das Verhältnis von Anström- (Flug-)geschwindigkeit zu Umfangsgeschwindigkeit. Es gibt verschiedene Definitionen dafür; hier verwenden wir:
J = (60*v)/(n*D) ("J" ist international üblich für den Fortschrittgrad)
v = Fluggeschwindigkeit [m/s]
n = Propdrehzahl [Upm]
D = Prop-Durchmesser [m]

Wenn ich hier mal einsetze: v = 32 m/s, n = 1800 Upm, d = 1,35 m, dann wird J = 0,79. Das ist ein -zumindest im Modellflug- durchaus akzeptabler Wert.

Und dann gibt's eine grobe Faustformel ("Formel von Musil", mW nicht theoretisch herleitbar) für einen optimalen Propeller:
(H/D)_opt = 0,07 + 1,1*J
H = Prop-Steigung [m]
D = Prop-Durchmesser [m]
Für die schon genannten Werte wird dann (H/D)_opt = 0,94; das wäre auch ok. Für D = 1,35 m folgt dann H = 1,27 m

In vieler Hinsicht ist für ein Rotor/Propeller-Blatt die Stelle bei 0,7 (oder auch 0,75) *R repräsentativ; man spricht dann z.B. auch von "(H/D)_0,7". Für den Blattwinkel an dieser Stelle ist dann (ungefähr) tg(beta) = (H/D)/(0,7*pi*D). Für die o.G. Werte wird beta = 23°.
Bei einem Prop würden die beta-Werte in Richtung Nabe zunehmen und in Richtung Blattspitze abnehmen; bei Heli-Blatt wäre dieser Winkel konstant über den Radius (und viel zu hoch). Als Heli-Flieger kennst du ja sicher die üblichen (und noch realisierbaren) Blattwinkel.

Man kann's auch noch anders ausdrücken: Bei einem Fixed-Pitch-Prop für hauptsächlich Schwebeflug (Multicopter) sind H/D von etwa 0,3 - 0,4 optimal; für den Vorwärtsflug von Starrflüglern geht's bei etwa 0,7 los über "quadratische" Props bis zu etwa 2,0 für Speedflug. Die Drehmoment/Drehzahl-Charakteristik des Motors spielt dabei auch eine große Rolle.
Die "finale Lösung" für Convertiplanes sind Verstellpropeller....

Das o.G. ist nur ein ganz minimales "Schnuppern" in die Aerodynamik/Flugmechanik/Propellertheorie; mehr ist in einem Forum nicht möglich, und ich kann da nur auf die Fachliteratur verweisen.
Ich würde an das Dimensionierungs-Problem rangehen als "Propeller, der auch noch zum Schwebeflug taugt" (und nicht umgekehrt) ;-)

Aber zuerst mal sollest du an dein "Gewichts-Problem" drangehen und da kräftig abspecken; dann kriegst du andere Daten für die nachfolgenden Rechnungen, und erst dann lohnt es sich, diese zu machen.

Zum Schluß noch zum "Hummelflug": https://de.wikipedia.org/wiki/Hummel-Paradoxon

Gruß,
Helmut

klarisatec

RCLine User

  • »klarisatec« ist der Autor dieses Themas

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20

Sonntag, 5. März 2017, 13:23

Chassis

Hallo Helmut,

ich bin schwer beeindruckt, wieviel Zeit Du Dir nimmst um mich bei meinem Projekt zu unterstützen. In dem letzten Beitrag sind so viele theoretische Ansätze dabei, dass ich mir diese erst in aller Ruhe durcharbeiten möchte, bevor ich Dir detailliert darauf Antworte.

Auf jeden Fall scheinen wir Grundlegend unterschiedliche Ausgangspositionen zu haben. Du kommst gedanklich von den Flächenmodellen, bei mir sind die Ansätze ganz klar aus dem Hubschrauber Umfeld - für mich ist ein Vergleich hier sehr spannend ... :)

Das Thema Rotorblätter ist für mich das sogenannte i-Tüpfelchen, den Conversion bis zu ca. 40-45° lassen sich durchaus mit ganz konventionellen symmetrischen Rotorblättern fliegen. Lediglich beim 90° Schwenk reicht der erzeugte Vorschub nicht mehr aus. Doch die "twisted blades" stehen im Projekt ganz weit hinten auf meiner Wunschliste, denn es geht ja auch ohne.

Das das mit dem Gewicht durchaus möglich ist, kann man bei einem ähnlich großen Modell der V-22 Osprey von Norbert Schürz sehen und sein Modell ist bereits bei einer 45° Gondel Stellung unglaublich schnell ... 8(



Doch nun zeige ich Euch, wie die Anfänge der Chassis des Gondelaufbaus entstanden sind.

Bevor die Servos positioniert werden konnten (wenn auch nur grob), musste im Gunde die Anlenkung der Taumelscheibe klar sein. Denn erst dann stand fest, ob die Servos an den Chassisplatten oder an separaten Befestigungsteilen angebaut werden mussten.

Um die Abstände bzw. die Position der Servos richtig einzuzeichnen, musste zudem geklärt werden wie der Abstand der Chassisplatten bei den Servos gewählt wird und wie die Taumelscheibe aussehen wird (speziell der Wirk-Ø der Anlenkpunkte).

Also wird die Servopositionierung wohl eine Gemeinschaftslösung verschiedener Themen werden... und die ein oder andere "Extrakonstruktionsschleife" bedeuten.

Zuerst hatte ich im ersten Schritt eine Chassisbreite von 60mm ausgewählt, in der Hoffnung von einigen Standardhelis evtl. das ein oder andere Teil verwenden zu können - Joker, Diabolo, Goblin u.a. haben ja genau diese Breite.

Um weiter ausgehend vom Rotor zu den Servos zu konstruieren, musste ich mich erst nach einer passenden Taumelscheibe umsehen.

Gruß Markus
»klarisatec« hat folgende Bilder angehängt:
  • 0020 - Getriebe.jpg
  • 0021 - Getriebe.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau