Leszek1963

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41

Dienstag, 7. März 2017, 23:41

Hallo Markus!
Das ist schon ganz andere Liga was Du da machst. Mit CAD kann ich absolut nicht umgehen und auch die Größe liegt nicht in meinem Bereich.
Es ist aber sehr interessant. Man lernt halt nie aus. Ich lese gerne weiter mit.

Viele Grüße Leo :w

haschenk

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42

Mittwoch, 8. März 2017, 01:40

Hallo,

@Gerhard
Ich bin weitgehend mit deiner Meinung konform; nur die Klappe am V22-Flügel dürfte keine Fowler-Klappe sein, sondern eine einfache Spaltklappe. Die Klappen (Markus hat sie den Bildern nach auch vorgesehen) dienen 2 Zwecken:
1. Sie verkleinern die im Rotorstrahl liegende "blockierende" Fläche;
2. Sie erhöhen den Auftriebsbeiwert des Tragflügels.

Die Strömung am (aus verschiedenen Winkeln angeblasenen) Flügel ist nicht ganz so "unberechenbar" wie du denkst; aber natürlich sehr komplex und bereichsweise abgelöst. Durch grobe (!) Vereinfachung kann man dazu auch grundlegende Erkenntnisse gewinnen, was aber natürlich für die Berechnung eines manntragenden Fliegers nicht ausreicht. Dafür gibt's Windkanäle und ein "ausgefuchstes" Versuchswesen, das dann die Berechnungsunterlagen schafft. Ich hänge mal 2 Bilder von solchen Versuchen an.

An dieser Stelle wäre auch zu sagen:
Die V22 war eine Co-Entwicklung von Bell und Boeing, und das Meiste des know-hows ist bis heute "confidential". Der Osprey hatte aber einen kleineren Vorläufer, die XV-15; das war eine Entwicklung von Bell und der NASA. Daher gibt es sehr viel mehr Info dazu; insbesondere von der NASA gibt es Versuchs- und Entwicklungsberichte, Studien usw. in größerer Anzahl; die liegen auf dem "NTRS"-Server der NASA; man muß sich nur die Mühe machen und danach suchen.
Und nochmal:
Im VTOL-Unterforum vom RCG-Forum gibt es Erfahrungsberichte, Daten usw. Wer sich da nicht "schlau" macht, darf sich später nicht ärgern, wenn er dieselben Erfahrungen nochmal machen muß.

@Markus
In deiner Re-Zahl-Berechnung ist irgendwo ein Fehler um eine Zehnerpotenz.
Für Modellbauer gibt's eine ganz einfache und hinreichende Formel für die Re-Zahl von Tragflügeln:
Re = v * t * 70
v = Anströmgeschwindigkeit in [m/s], t = Flügeltiefe in [mm]
Für deine 85 kmh = 23,6 m/s und t = 275 mm wird Re = 454.513, also rd. 455.000. Das ist schon was, z.B. etwa wie an den Flügelspitzen von Segelflugzeugen, und von der Größenordnung her etwa doppelt so viel wie bei den meisten Modellen.
Solange deine Flächenbelastung aber bei rd. 500 gr/dm² liegt, wirst du die 85 kmh nicht erreichen können (Formel dazu habe ich schon weiter oben angegeben).

Zum Thema "scale speed" hänge ich einen kleinen Aufsatz von Bob Boucher (Fa. Astro Flight) an. Da "scale speed" bzw. "Scale-Geschwindigkeit" auch für viele andere Modelle (Fahrzeuge, Eisenbahnen...) ein Thema ist, wirst du bei Google/Wikipedia mehrfach fündig.

Noch ein Buchtip: Siehe Anhang #4, Senkrechtstarter....
Es ist kein Buch über die neuesten Entwicklungen, sondern zu den Grundlagen (da gibt's mehr als du denkst), Konstruktions-Beispiele, rel. viel über die deutschen Entwicklungen der 60er- und 70er-Jahre, jede Menge Literaturangaben etc. Erstaunlich, daß dieses Buch immer noch bei Amazon angeboten wird.

Flügelprofil:
Meine Wahl wäre das NACA 2415 (mit Klappe), ein im Modellflug zig-fach bewährtes "Allround-Profil" mit gutmütigen Eigenschaften. Zwar "nur" 15% dick, aber dafür hat man sichere, gemessene Daten bei kleinen Re; sogar mit Klappenausschlägen. Ein CFK-Holm lässt sich doch auch anders realisieren als mit einem (runden) Rohr...
Die Titelseite des Buchs, in dem diese Messungen zu finden sind, zeigt Anhang #5.
2 Seiten Diagramme dann im folgenden post; im Buch gibt's noch mehr, auch Koordinaten.

Nur so am Rande: Das Windkanal-Modell vom NACA 2415-K24 war eines von 3 Modellen, die damals für Dieter Althaus angefertigt habe: Andere Modellbauer haben auch zu den gemessenen Profilen beigetragen.


Gruß,
Helmut
»haschenk« hat folgende Bilder angehängt:
  • XV-15 Windkanal.jpg
  • XV-142 Windkanal.jpg
  • Buch Senkrechtstart.jpg
  • Buch Profilpolaren.jpg
»haschenk« hat folgende Datei angehängt:
  • ScaleSpeed.pdf (326,47 kB - 6 mal heruntergeladen - zuletzt: 10. März 2017, 09:06)

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (8. März 2017, 01:47)


haschenk

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43

Mittwoch, 8. März 2017, 01:50

Und jetzt noch die 2 Diagramme,
s. Anhang.
»haschenk« hat folgende Bilder angehängt:
  • NACA 2415_1.jpg
  • NACA 2415_2.jpg

klarisatec

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44

Mittwoch, 8. März 2017, 16:00

NACA - Profile

@Helmut

Vielen Dank für die Menge an Interessanten Büchertipps, Links und Gedankenansätze. Das Buch von X.Hafer und G.Sachs "Senkrechtsstartertechnik" konnte ich bereits etwas günstig in gebrauchter Ausführung erwerben… :ok:

Heute früh, als ich Deinen Beitrag gelesen habe war die Freude riesig. Besonders interessant ist der Link zum NASA Server. Bei meinen englisch Kenntnissen und der Menge an Informationen, bin ich sicherlich noch Jahre mit Lesen beschäftigt … :shy:

Suchen im Internet ist im Grunde ja ganz einfach, doch irgendwann fehlt es an den richtigen (z.T. englischen) Suchbegriffen um auf solche speziellen Server zu stoßen. Vor einem halben Jahr wusste ich noch nicht einmal, das Google länderspezifische Suchseiten verwendet und somit die Trefferauswahl einschränkt. Du siehst ich lerne dazu – jeden Tag ein wenig.

Ganz klar, die berechnete Re-Zahl hat natürlich eine Null zu viel und müsste die Größe 4,9 * 10^5 haben.

Minimalgeschwindigkeit im Horizontalflug:
Um die Theorie etwas besser zu verstehen, habe ich die Werte in die Formel aus dem Beitrag #19 eingegeben. Vielleicht ist das für die Mitlesenden etwas langweilig, doch für mich ist es eine wichtige Wiederholung.
v_min = Wurzel( (G/F)*(2/rho)*(1/Ca_max) )

eingesetzte Werte:
G/F = Flächenbelastung [N/m²] = 490,5 [N/m²]
rho = Luftdichte, hier 1,22 [kg/m³]
Ca_max = max. Auftriebsbeiwert des Flügels
= 0,8 [-]


Im Ergebnis komme ich auf eine notwendige Minimalgeschwindigkeit von 31,7 [m/s], also die von Dir genannten ca. 32 [m/s]. Mit der Formel zur Berechnung der Re-Zahl: Re = v_min * t * 70 komme ich unter Verwendung der errechneten Minimalgeschwindigkeit von 31,7 m/s auf einen Wert von ca. 6,1*10^5 und das wäre für eine turbulente Umströmung sicherlich ein guter Wert.

Doch die von mir angenommene Geschwindigkeit der AW609 mit 85 km/h (ca. 23,6 m/s) würde auf Grund der Berechnung der Minimalgeschwindigkeit nicht ausreichen, denn es müssten theoretisch min. 114 km/h (31,7 m/s) sein. Um hier also wenigstens ein rechnerisches Gleichgewicht herzustellen, dürfte das Modell eine max. Flächenbelastung von 271,8 N/m² erreichen. D.h. ich müsste meine Konstruktion auf einen Wert von ca. 10,3 kg abspecken.
Alter Schwede ... 8( und nun? Das wäre ja nahezu eine Halbierung des geplantes Gewichts. Im Augenblick sehe ich das als sehr knifflige Aufgabe an. Zur Verdeutlichung habe ich die wichtigsten Gewichtsangaben der beiden Rotorantriebe aus vorhandenen Hubschrauber Modellen zusammengetragen:

- Motoren 850g
- Regler 210g
- Akkus Antrieb 2905g
- Akkus Empfänger 205g
- Rotorwellen 390g
- Rotorköpfe 600g
- Rotorblätter 780g

Allein die Summe aus diesen Komponenten ergibt ein Gewicht von ca.: 5.940g. Zusammen mit Getriebteilen, Servos, Taumelscheiben, Kabeln, Fahrwerk, Schwenkantrieb usw. kommen sicherlich nochmals ca. 1.800g hinzu. Aus den restlichen ca. 2.500g einen fast 2.700mm langen Rumpf mit 300mm Durchmesser, ein T-Leitwerk und beide Flächen zu bauen wird mehr als sportlich - also quasi olympisch ... :)

Trotzdem oder gerade darum werde ich die Herausforderung annehmen – naja, und evtl. schafft das Modell ja mit den noch zu entwickelnden Rotoren / Propellern etwas mehr als die angenommenen 85 km/h... ;)

NACA Profilvergleich
In einer groben Skizze habe ich das vorgeschlagene Tragflächenprofil NACA2415 und das bisher angedachte NACA63-3-618 gegenübergestellt. Die Zeichnung zeigt, dass sich das vorgesehene Rohr mit Ø40mm nicht im NACA2415 Profil unterbringen ließe. Doch ein etwas kleinerer Ø (z.B. 35mm) könnte noch funktionieren. Das würde natürlich auch wieder etwas an Gewicht einsparen. Ich werde das Profil auf jeden Fall im Auge behalten und nach passenden Halbzeugen (Rohre, Lager usw.) Ausschau halten.
»klarisatec« hat folgende Datei angehängt:
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

45

Mittwoch, 8. März 2017, 16:31

Tut mir leid, aber ich kann da meinen Mund nicht halten . . . :ansage:
Die Zeichnung zeigt, dass sich das vorgesehene Rohr mit Ø40mm nicht im NACA2415 Profil unterbringen ließe. Doch ein etwas kleinerer Ø (z.B. 35mm) könnte noch funktionieren.
Ein (rundes) Rohr quasi als Hauptholm ist wirklich nicht optimal. Bietet es doch dort, wo die max. Spannungen auftreten - also den Aussenfasern - praktisch kein Material.
Ich weiss schon, das Rohr drängt sich im Zusammenhang mit der zentralen Gondelverstellung auf. Das muss aber deswegen nicht eine Rohr-in-Rohr Konstruktion sein.
Ein (Aussenrohr) mit ausreichender Festigkeit bzw. Dimensionierung bringt nur unnötiges Gewicht. Drum wirst du im Großflugzeugbau- behaupte ich jetzt mal ganz frech - kaum einen Rohrholm finden. Ideal ist ein Kastenholm, da er gegenüber einem I-Träger-förmigen Holm iauch mmer noch reichlich torsionssteif ist.

Zurückkommend auf eine Styrofläche - Aussenrohr komplett streichen. Innenrohr, also das Torsionsrohr punktuell 2 x lagern, die Biegesteifighkeit des Tragflügels durch aussenliegende Kohlerovings (evt. auf eine dünne Lage Stützmaterial auf Ober- und Unterseite z.B. aus leichtem Sperrholz) herstellen. Als Torsionsrohr würde ich mich um ein entsprechendes Carbonrohr umsehen, dieses sollte aber schon "gewickelt" sein. Evt. sogar Angelrutenrohling, sowas nehmen die Modellsegelschiffsbauer als Mastmaterial.

Natürlich geht's hier nicht ohne die Möglichkeiten der spanabhebenden Bearbeitung, also Fräsen und Drehen !

klarisatec

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46

Mittwoch, 8. März 2017, 16:46

Tragflächen komplett

Nach dem groben Erstellen der Tragflächenbeplankung waren die konstruktiven Tätigkeiten an den Gondeln und den Flächen vorerst abgeschlossen. Die Querruder bzw. Landeklappen sah ich als lösbare Aufgabe an und stellte diese zurück um mich auf die wichtigen und kniffligeren Aufgaben zu stürzen...

Nach der Fertigstellung der linken Tragfläche konnte ich die rechte Seite anpassen, kopieren, spiegeln und überarbeiten... Im Zusammenbau sah die Relation der Ø40-er Tragflächenrohre ganz annehmbar aus. Doch wie bereits geschrieben wird dies später eventuell nochmals auf ein Rohr mit einem Ø35mm reduziert werden. Die letzten beiden Bilder zeigen die Frontansicht mit den Gondeln einmal im "airplane mode" und zum anderen im "heli mode".

Die nächste, große (und wichtige) Aufgabe war der Schwenkantrieb der Gondeln, vor allem aber dessen mechanische und elektrische Anbindung. Hier sollten dann auch bald erste praktische Arbeiten und Versuche anstehen.

Gruß Markus
»klarisatec« hat folgende Bilder angehängt:
  • 0077 - Tragflächenbeplankung.jpg
  • 0078 - Gondelanbindung.jpg
  • 0080 - Tragflächen mit Gondeln.jpg
  • 0081 - Frontansicht Airplane.jpg
  • 0084 - Frontansicht Heli.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

klarisatec

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47

Donnerstag, 9. März 2017, 08:43

Zeitreise

Hallo Gerhard,

Deine bzw. Eure Tipps und Verbesserungsvorschläge sind allesamt gewünscht, willkommen und notiert. Ich hoffe ganz sehr dass es nicht den Anschein hat, dass ich einfach Lern- und Beratungsresistent an meinem Projekt weiterarbeite. Im Hintergrund konstruiere ich bereits gedanklich eine neue Fläche mit dem Profil NACA2415 und einer klassischen Holmkonstruktion. Gebt mir noch ein wenig Zeit, bis ich Euch diesen Stand zeigen kann. Denn auch wenn ich hier im Moment viel schreiben kann, bleiben mir unter der Woche nur ganz wenige, abgezählte Stunden für dieses Hobby übrig (tolle Familie mit vier Kindern, renovierungsbedürftige Haus aus 1952 und ein weiteres tolles, aber zeitintensives Hobby als Dirigent einer Blaskapelle …)

Doch wie schon geschrieben möchte ich Euch ja ein wenig in der Vergangenheit abholen und mit Euch eine kleine Zeitreise zum heutigen aktuellen Projektstand unternehmen. Also das, was ihr bisher gesehen habt war der Konstruktionsstand vom März 2013. Seitdem gab es eine Menge an Weiterentwicklungen und neuen Erfahrungen von denen ich gerne berichten möchte. Vielleicht kann der eine oder andere Tiltrotor Fan ein paar Anregungen verwerten.

Da ich bisher nur in Heli Foren unterwegs war und sich viele neue Fragen aus dem Bereich der Flächenfliegerei stellen, habe ich mich entschlossen Euch um Rat zu fragen. Bisher ja für mich mit großem Erfolg. Die Heli Gemeinde besteht zunehmend aus Modellkäufern und Modellfliegern, die nach Speedhelis lächtzen und deren Boliden vor Stromstärken und leistungshungrigen Antrieben fast platzen - auch ein Trend, aber eben nicht meiner. Die klassischen Modellbauer werden leider dort leider immer weniger und wenn, sind es Spezialisten für Scale Helis die bei Flächenproblemen nur bedingt weiterhelfen konnten.

Doch nun zurück zum Modell:

Die Idee ein tragendes Rohr in der Fläche zu verwenden hatte zusätzlich noch folgenden Grund. Um das Modell irgendwann einmal auf den Flugplatz transportieren zu können muss es teilbar sein – außer man hat einen 7,5t Lkw in der Garage stehen… ;)

Meine Planung war lediglich eine Trennfläche zwischen Rumpf und der Mechanik inkl. der beiden Flügel zu bauen. So muss man die Schwenkmechanik nicht ständig demontieren und kann zusätzliche Teile für eine Trennfläche einzusparen. An diesem besagten Tragrohr Ø40mm wollte ich dann die beiden Flächen an einem zentralen Chassis aufnehmen und befestigen – also ohne trennbare Steckung der beiden Flügel, allerdings noch mit einer kleinen „Drehmomentstütze“.

Doch als nächstes hatte ich mir Gedanken zum Schwenkservo der beiden Gondeln gemacht, denn das musste ja dann in der Mitte irgendwie Platz finden, die Schwenkwelle anlenken und würde vermutlich nicht einfach ein Standardservo sein.
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

48

Donnerstag, 9. März 2017, 09:51

Servus Markus !

Dass ein Rohrholm deiner Vorgabe nach Zerlegbarkeit sehr entgegenkommt ist mir natürlich klar, ist ja sowieso fast Standard bei größeren Modellen, schon aus Gründen der Einfachheit.
Trotzdem gibt's mMn da noch ein kleines Poblem, nämlich die leichte V-Form deiner Flächen. Ideal wäre ein durchgehendes gerades Rohr, und das wäre wahrscheinlich auch einfach zu realisieren, wenn da nicht die Sache mit der Gondelverstellung wäre. Ob sich DAS ausgeht kannst du nur an Hand deiner Konstruktion feststellen. Wenn ja ist's fein, wenn es sich räumlich nicht ausgeht müsste das Rohr im Rumpf einen der V-Form entsprechenden Knick haben - nicht schön . . .
Schau doch auch bei den Kollegen der Flächenfliegerei vorbei ! Dort gibt's wahrscheinlich einen Haufen Tips und Anregungen, schließlich ist dein Projekt gut zur Hälfte dort beheimatet !

Aufgrund deiner Schilderung deines sozialen Umfeldes kann ich hinsichtlich deines in alle Richtungen verzweigten Engagements ausw eigener Erfahrung nur eines empfehlen : Behalte stets deine Familie im Auge ! Wenn deine Aktivitäten einmal "nur" mehr geduldet werden ist's schon fast zu spät . . .
Nix für ungut - ist halt schon sehr privat . . .

OK - andrerseits, solange die Flamme der Begeisterung (noch) brennt werden wir sie nicht unnötigem Sturm aussetzen . . .

Schöne Grüße
Gerhard

klarisatec

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49

Donnerstag, 9. März 2017, 10:33

Das Schwenkservo

Servus Gerhard,

ich lese schon bei Flächenforen mit, doch auch dort ist es manchmal schwer Lösungen zu speziellen Fragen zu finden. Vermutlich hängt das sicherlich auch damit zusammen, dass ein Tiltrotorflugzeug eben ein Zwitter ist, halb Fisch – halb Fleisch, halb Flugzeug halb Hubschrauber. Ganz viele, viele Kommentare gingen vor einigen Jahren in die Richtung: „nicht machbar“, „ich solle erst einmal Fläche fliegen lernen“, usw.

Ich sehe wir haben ganz ähnliche "Lebens-" Schwerpunkte. Keine Sorge, dieses Projekt ist für mich einfach zum Abschalten und Entspannen, wenn es die Zeit zulässt und ich auch Lust dazu habe. Aus diesem Grund war es von Beginn an als Langzeitprojekt ausgelegt, was natürlich auch dem finanziellen Aspekt sehr entgegen kommt. Meine Frau hat ihre Kanninchenzucht und ich die AW609 … alles bestens.

Bei der Winkelstellung der beiden Flächen wollte ich zu diesem Zeitpunkt so nahe wie möglich am Original bleiben. Um es vorweg zu nehmen, die Pfeilung ist geblieben doch die beiden Schwenkachsen sind mittlerweile parallel ausgerichtet …
Die Konstruktion der Gondelmechaniken spielte natürlich eine bedeutende Rolle. Prinzipiell gab und gibt es die Möglichkeit entweder beide Gondeln einzeln zu verdrehen oder aber beide gemeinsam über eine starre Verbindung.

Wichtig ist auf jeden Fall, dass sich die Gondeln absolut gleichmäßig und parallel bewegen. Die Steuerung im Schwebeflug wird später komplett über die Taumelscheiben übernommen, d.h. die Winkelstellung der Gondeln wird zur Fluglagensteuerung nicht verändert.
Dies ist ein ganz wichtiger Unterschied zu den vielen Tiltrotor Konstruktionsansätzen mit drehzahlgeregelten Antrieben, wie z.B. bei Quadrocoptern.

Das V-22 Osprey Modell von Rotormast hat eine „geteilte“ Schwenkachse und steuert jede Gondel einzeln über ein separates Servo in Verbindung mit einer Zahnstangenkonstruktion an. Nachteile dieser Konstruktion sind (das hatte ich schon einmal gepostet) ein erhöhter Steuerungsaufwand zur Synchronisation der beiden Schwenkwinkel und Endlagen, eine fehlende Selbsthemmung beim Ausfall eines Servos bzw. Defekt der Zahnstange und somit eine absolut unkontrollierbare Fluglage.

Die starre Schwenkachse beider Gondeln garantiert hingegen ein absolut synchrones Schwenken und hat auch beim Ausfall des Servos den Vorteil, dass das Modell mit der Stellung der Rotoren gelandet werden könnte. Voraussetzung hierfür ist eine selbsthemmende Konstruktion natürlich keine vollständige horizontale Stellung der Gondeln. Wie die verschiedenen Konstruktionen gewichtsmäßig zu bewerten sind, ist ohne einen detaillierten Ansatz im CAD schwierig.

Die ursprüngliche Annahme, das Schwenken über ein einfaches Servo zu gestalten, hat auf den zweiten Blick folgende Nachteile:
- zu geringe Verstell- und Haltekräfte (auch mit HV "superstark" Servos)
- keine Selbsthemmung bei einem möglichen Getriebeschaden
- evtl. zu hohe Stromwerte beim Halten der Gondelposition
- eine viel zu hohe Drehgeschwindigkeit, die nur bedingt über die Steuerung angepasst werden kann
- hohe Belastung und hoher Verschleiß einiger Getriebe, da nur um 90° verdreht wird

So entstand die Idee selbst ein „Servo“ aus vorhandenen mechanischen und elektronischen Komponenten zu konstruieren.
Nach längerem Suchen im Netz hatte ich einige industrielle Spindelantriebe gefunden, die eine eigene Konstruktion in diesem Bereich erübrigen würden und sicherlich kostengünstiger wären, als eine eigene Fertigung von Einzelteilen. Außerdem waren diese Produkte bewährt, so dass ich recht schnell eine verlässliche Lösung hatte.

Im Bild 1 habe ich geeignete 12V Aktuatoren gegenübergestellt, die sich mit einer entsprechenden Leistungselektronik wie ein herkömmliches Servo betreiben lassen.
Die favorisierte ADE Lösung hatte den Scharm zweier im kurzen Abstand angeordneten Aufnahmepunkte. Der Vorteil waren kurze, also auch leichte Anschlussteile. Ein kleiner Nachteil der Konstruktion war jedoch die relativ große Bewegung des gesamten Spindelgetriebes beim Schwenken. Größere Nachteile hinsichtlich der veränderlichen Schwerpunktslage erwartete ich nicht. Allerdings musste ein größerer Bewegungsfreiraum im Rumpf eingeplant werden. Vom Gesamtgewicht her ist der Antrieb allerdings unerreicht – also im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten.

Um die angedachte 12-15 sec Schwenkzeit für den max. 90° Winkel einzuhalten, musste die Hublänge der Spindel in einem Längenbereich von ca. 75-100 mm liegen.

Doch um weiter im CAD arbeiten zu können, musste wohl oder übel als nächstes so ein Getriebe her. Also hatte ich nicht lange gefackelt und direkt im Werk eines bestellt.
»klarisatec« hat folgende Bilder angehängt:
  • 0086 - Übersicht Spindelgetriebe.jpg
  • 0087 - ADE Datenblatt.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

klarisatec

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50

Donnerstag, 9. März 2017, 11:00

Das Spindelhubgetriebe

Die Lieferung war trotz einiger Extrawünsche super schnell und so konnte ich am darauf folgenden Wochenende das Getriebe ins CAD übernehmen.

Die wichtigsten Daten:
- Hub 100mm
- Hubgeschwindigkeit je nach Spannung 3,5mm / 5mm pro Sekunde
- Spannungsversorgung 12V / 24V
- Stromaufnahme ca. 2A
- Haltekraft 1.200 N
- Geometrie: um die Gondeln 90° innerhalb einer Zeit von 12-15 Sek zu schwenken, wird ein Hebelarm von ca. 65 - 70mm Länge benötigt
- Gewicht (gewogen): 554g

Nachdem der Antrieb nun zur Verfügung stand, hatte ich mich um eine CAD Lösung des Schwenkens gekümmert. Das sollte eine der kniffligeren Aufgaben in diesem Projekt werden.
»klarisatec« hat folgende Bilder angehängt:
  • 0088 - ADE Spindelantrieb.jpg
  • 0090 - Spindelhubgetriebe.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

klarisatec

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Donnerstag, 9. März 2017, 11:12

Anbindung Spindelhubgetriebe

Der Einbau des Schwenkgetriebes stellte sich dann wie befürchtet tatsächlich als eine der kniffligeren Aufgabe heraus. Das größte Problem waren die schräg zueinander angeordneten, tragenden Achsen der beiden Tragflächen - wer hätt´s gedacht... und Gerhard hatte es ja auch schon gesehen.

Mit der Kupplung Uni-Lat hatte ich eine 30g leichte und zugleich drehsteife Kupplung gefunden, die beide Achsen sicher verbinden könnte. Doch mit der Chassis Konstruktion und der Verbindung beider Schwenkarme am Spindelhubgetriebe war ich noch überhaupt nicht zufrieden. Daher legte ich zu diesem Zeitpunkt eine Pause ein und ging nochmals einen Schritt zurück. Ich würde den Winkel beider Schwenkwellen parallel ausrichten um "gerade" Achsen verwenden zu können. Leider musste ich hierzu am Winkel zwischen den beiden Tragflächen etwas "schummeln", so dass der Scale Faktor leiden würde. Doch einen Versuch ist es wert und die Funktion hier ganz klar vor. Die überarbeitete Lösung sollte dann hoffentlich stabiler und kompakter aussehen.

Doch möchte ich Euch natürlich auch diesen "groben" Stand nicht vorenthalten.
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  • 0091 - Schwenkmechanik - 1.jpg
  • 0092 - Schwenkmechanik - 2.jpg
  • 0093 - Schwenkmechanik - 3.jpg
  • 0094 - Uni-Lat Kupplung.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

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Donnerstag, 9. März 2017, 11:40

Neue Winkelstellung der Tragflächen

Ca. zwei Wochen später hatte ich den Entwurf mir der veränderten Winkelanordnung der Tragflächen erstellt. Mit dieser Variante hatte ich nun auch deutlich besseres Bauchgefühl. Die Tragflächen wurden zwar um ca. 120g schwerer, allerdings konnte ich das Mehrgewicht durch die gesparten Verbindungs- und Kupplungsteile wieder einsparen. Gleichzeitig waren auch die Trägheitsmomente um die beiden maßgeblichen Belastungsachen bei der neuen Lösung um ca. 15% höher.

Anbei zeige ich Euch die Konstruktion der überarbeiteten Tragflächen und einem nun deutlich stabileren und steiferen Chassis. Die Befestigung war mit kleinen und leichten Klemmstücken vorgesehen, die eine schnelle und positionsgenaue Montage und Demontage der Tragflächen sicherstellen sollten. Zentriert werden sollten die CfK-Tragrohre mit genuteten Aluminium Drehteilen, die nach der Ausrichtung mit den CfK Teilen verklebt werden.

Das zweite, dünnere Cfk-Rohr war der erste Schritt zur Verdrehsicherung der Tragflächen. Die Anbindung dieses Rohres sollte die "Drehmomentbremse" gegen Verdrehen der Tragflächen werden.

Anschließend ging´s nochmal an die Überarbeitung der Aufnahme und Lagerung des Spindelhubgetriebes.
»klarisatec« hat folgende Bilder angehängt:
  • 0098 - Tragfläche 2 Tragrohre - 1.jpg
  • 0099 - Tragfläche 2 Tragrohre - 2.jpg
  • 0100 - Tragflächenverbindung.jpg
  • 0101 - Tragflächenaufnahme im Rumpf.jpg
  • 0102 - Tragflächenbefestigung Rumpf Rückseite.jpg
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klarisatec

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Donnerstag, 9. März 2017, 12:20

Winkelstellung Spindelhubgetriebe

...und so sah nun die Schwenkmechanik in verschiedenen Winkelstellungen aus. Durch die neue Tragflächenkonstruktion war die Anzahl der Teile überschaubar geblieben und auch die Steifigkeit der Chassiskonstruktion hatte deutlich zugenommen.

Die Funktion des dargestellten Servos ist im Grunde gar keine. Es handel sich um ein "ausgeschlachtetes" Servo, denn es werden Getriebe und Motor werden ausgebaut. Es bleibt nur das Potentiometer übrig, welches die beiden Endstellungen des Spindelantriebes bestimmen und vorgeben sollen.

Der wichtigste Teil der CAD-Konstruktion war bis dahin fertig. Denn mit dieser Mechanik wollte ich einen Trainer (ohne Flächenbeplankung und Rumpf) bauen, der alle Fähigkeiten zum Schweben hat. Bevor es im Projekt weiter gehen sollte, musste also dieser Modellstand einen Beweis seiner Leistung- und Funktionsfähigkeit antreten. Bis dahin ahnte ich noch nicht, wie lange das dauern sollte ...

Als nächstes plante ich einen kleinen Versuchsstand aufzubauen, um zu klären ob und wie sich das Spindelhubgetriebe in der Praxis verhalten würde. Außerdem juckte es gewaltig in den Modellbaufingern, endlich auch mit dem praktischen Teil zu starten.
»klarisatec« hat folgende Bilder angehängt:
  • 0103 - Schwenkantrieb 1.jpg
  • 0104 - Schwenkantrieb 2.jpg
  • 0105 - Schwenkantrieb 3.jpg
  • 0106 - Schwenkantrieb 4.jpg
  • 0107 - Schwenkantrieb 5.jpg
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Donnerstag, 9. März 2017, 13:08

Drehpotentiometer

Um die Endlagen des Spindelhubgetriebes festzulegen bedarf es eines Drehpotentiometers, was min. die notwendige 90° Drehbewegung zurückmeldet.

Zuerst hatte ich mich nach Potis aller Art erkundigt - im Grunde Cent-Artikel, doch wo und wie soll ich das zuverlässig und stabil befestigen? Dann kam mir eine ganz andere Idee... hat nicht auch jedes Servo ein eigenes Poti... ?

Rasch hatte ich mal meine "Krabbelkiste" bemüht und beim Hallenfliegen Fliegerkollegen nach defekten Servos "angehauen". Dabei war völlig egal, ob mit defekter Platine, defektem Getriebe usw. Alter Schwede kam da eine Menge Zeugs zu Tage... :nuts:

Um etwas ausprobieren bzw. testen zu können, hatte ich zwei Servos als Freiwillige ausgewählt und "operiert", ein etwas "älteres" C4021 und ein "neueres" BLS251. Keine Angst, sie hatten nichts gespürt - 3 Bier, zwei Klare, ein Glühwein... :ok:

Mit operieren ist gemeint: alles was nicht gebraucht wurde und das Servo nur unnötig schwer macht, fliegt raus, also:

- Getriebe raus
- Motor raus
- Führungsstifte raus usw.

Zuerst kam das C4021 dran. Der einzige Kniff ist, man muss die Rückwand des Motors aus Kunststoff raushebeln (geht relativ einfach) und dann das Motorgehäuse an den Schlitzen z.B. mit einer Sprengringzange herausdrehen - aber vorsichtig, das Kunststoffgehäuse ist empfindlich.

Was übrig blieb ist ein "Leistungspoti" für das "Leistungsservo" - gerade mal 27g schwer.
»klarisatec« hat folgende Bilder angehängt:
  • 0110 - C4021 vor der OP.jpg
  • 0111 - C4021 ohne Getriebedeckel.jpg
  • 0112 - C4021 Demontage Motor.jpg
  • 0113 - C4021 Einzelteile Poti.jpg
  • 0114 - C4021 was übrig bleibt.jpg
Vario Bell 230, Joker 3, T-Rex 450, AW609 im Bau

klarisatec

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Donnerstag, 9. März 2017, 13:24

Drehpotentiometer

...dann kam das BLS251 dran.

Die Demontage war etwas aufwendiger, da man an der Unterseite aufpassen muss nichts aus der Platine herauszubrechen bzw. das Alugehäuse zu zerstörten.

Den Motor hatte ich abgeklemmt und die Motorteile vom der Ritzelseite her vorsichtig herausgeklopft. Jetzt seht ihr mal einen Brushlessmotor in seinen Einzelteilen, denn so oft sieht man das ja (zum Glück) nicht. Lauter Passscheiben....

Das Gewicht war auf Grund des Alugehäuses natürlich etwas höher als beim C4021 - das "erleichterte" BLS251 bringt es immerhin noch auf 46g.

Was besser oder schlechter funktioniet sollten die anstehenden Versuche mit dem Spindelhubgetriebe zeigen. Obwohl ich vermutete, dass die Potis sich nicht sehr unterscheiden würden, denn die größeren Entwicklungsfortschritte bei der Servoentwicklung fanden in der Vergangenheit sicherlich bei der Elektronik, Software und den Motoren stattgefunden - und nicht bei den Potis.
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  • 0115 - BLS251 Demontiert.jpg
  • 0116 - BLS251 die Platine an der Unterseite.jpg
  • 0117 - BLS251 die Platine.jpg
  • 0118 - BLS der Motor.jpg
  • 0119 - BLS251 das Leistungspoti.jpg
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Donnerstag, 9. März 2017, 13:56

Die Elektronik für das Leistungsservo

Eine Woche später war die Benedini Servoelektronik angekommen. Die Elektronik ist geeignet für 6V Steuerspannung, kann aber auch für HV, also 7,4V bestellt werden.

Die Installationsarbeiten für den Testaufbau am Antrieb und an der Hardware beschränkten sich vorwiegend auf Lötarbeiten und gingen gut von der Hand. Die Kabel wurden alle großzügig abgelängt. Eine spätere Optimierung war schon alleine aus Gewichtsgründen dringend erforderlich.

Eine von Benedini vorgeschriebene Motorentstörung kann entfallen, da der ADE Spindelantrieb diese bereits "on board" hat.

Die Spannungsversorgung der Spindeleinheit erfolgt mit knapp 24V - d.h. die Spannung eines 6S Lipo oder aber zwei vorhandene 3S Lipos aus meinem 450-ziger. Diese wurden einfach in Reihe geschalten und sind auch später vom Platz her besser im Rumpf unterzubringen. Die Kapazität des Akkus für den Testaufbau musste ja nicht wirklich hoch sein, so dass die vorhandnen Lipos mit 2200mAH herhalten konnten.

Eine Sicherung zum Schutz gegen zu hohe Motorströme sollte später noch in der Plus-Leitung eingefügt werden.

Sodele, als nächstes baute ich einen "Steuerungsprobeaufbau" zusammen, um später an dieser Stelle nicht von bösen ßberraschungen heimgesucht zu werden. Als "Platine" hatte ich einfach eine alte Möbeltüre verwendet.
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  • 0120 - Leistungselektronik Benedini.jpg
  • 0121 - Leistungselektronik Spindelantrieb.jpg
  • 0122 - Installation Benedini Servoelektronik.jpg
  • 0123 - Installation Drehpoti.jpg
  • 0124 - Aufbau Spindelantrieb.jpg
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Freitag, 10. März 2017, 07:28

Testaufbau Spindelhubgetriebe

Für das Spindelhubgetriebe hatte ich aus der Reste- und Kruschtelkiste ein paar alte CfK-Chassisteile zurecht gesägt, so dass das Getriebe vernünftig auf der Holzplatte aufgebaut werden konnte. Nur so ließen sich die Drehmomente, die beim Umschalten der Drehrichtung entstehen, sicher aufnehmen. Auch zur Einstellung der Hardwareparameter (Totband und Verstärkung der Benedini Servoelektronik) musste der Antrieb zusammen mit dem Drehpoti-Servo ausprobiert werden.

Da die Servofrage ja bereits geklärt war (siehe Beitrag #23), hatte ich kurzerhand vier Taumelscheiben Servos bestellt. Hierfür bastelte ich eine provisorische Aufnahme, aus einer alten nicht mehr gebrauchten Holzkiste eines Kinderreisespiels. Somit waren die wichtigsten Antriebskomponenten aufgebaut.
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  • 0038 - Lagerbock Spindelantrieb 3.JPG
  • 0036 - Lagerbock Spindelantrieb 1.JPG
  • 0028 - Servogestell 2.JPG
  • 0029 - Servoaufbau Holzgestell.JPG
  • 0031 - Servoaufbau.JPG
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Freitag, 10. März 2017, 07:41

Testaufbau

Als Empfänger kam und kommt bei mir ein Futaba R6014HS zum Einsatz. Nach verschiedenen Überlegungen, welche Steuerspannung zum Einsatz kommen soll (6V oder 7,4V) und ob evtl. gar ein BUS-System geeignet wäre, bin ich auf Grund der "Einfachheit" der Komponenten (wieder) bei 6V gelandet.

Kernpunkte waren:
- der angedachte V-22 Controller von Rotormast ist nur für 6V zugelassen
- bei einem S-BUS System können nur wenige Kabel eingespart werden
- die Komponenten sind nicht durchgehend für S-BUS geeignet
- die Kosten des S-BUS Systems waren einfach noch viel zu hoch
- wo möglich werden Aktuatoren eingesetzt die nicht bis 7,4V zugelassen sind

Als Akkuweiche setzte ich das DSPI RV von Emcotec ein, welches neben einer redundanten Spannungsversorgung auch eine optimale Stromversorgung der Servos gewährleistet.

Parallel dazu wurde natürlich fleißig an den Fertigungszeichnungen gearbeitet, damit es auch bald mit den mechanischen Teilen losgehen konnte.
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  • 0032 - Steuerung 1.JPG
  • 0035 - Steuerung 4.JPG
  • 0145 - Stiftschalter montiert.JPG
  • 0149 - Spindelantrieb kpl. - 1.JPG
  • 0150 - Spindelantrieb kpl. - 2.JPG
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Freitag, 10. März 2017, 08:00

Controller

Ungefähr 4 Wochen später war mein Fliegerkollege Peter in den USA um eine Werkzeugmaschine in Betrieb zu nehmen. Er brachte mir den Controller von Rotormast mit - meine bis dahin größte Investition. So waren alle wichtigen Steuerungskomponenten vorhanden und der Aufbau konnte auf seine Funktion hin getestet werden.

Bei der Erstinbetriebnahme des Spindelhubgetriebes ist unbedingt darauf zu achten, dass alle Polungen richtig angeschlossen sind. Ansonsten kommt es durch die hohen Kräfte am Spindelantrieb zum "Schwund" an nachgiebigen Bauteilen die evtl. anschließend neu gefertigt werden müssen. Denn so schnell kann man den Akku gar nicht wieder abziehen ... ;)

Beim Einstellen des Servoarmes beim Drehpoti (umgebaues Servo) ist auf Symmetrie der Drehbewegung zu achten, dann läuft der Spindeltrieb weich in die Endlagen ohne diese zu überfahren. Denn ansonsten wird Antrieb wieder ein Stück zurückgeregelt.

Die Qualität der Wiederholgenauigkeit der Endlagenpositionen (und somit der Winkelstellung beider Gondeln) wollte ich mir erst später in Verbindung mit der Rotormast Steuerung ansehen, doch die ersten Eindrücke sahen vielversprechend aus.
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  • 0126 - Rotormast 20.jpg
  • 0125 - Rotormast 10.jpg
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Freitag, 10. März 2017, 08:32

Fertigungsteile

Das Projekt war zum damaligen Stand ca. 6 Monate alt und der Aufbau der ersten Teststeuerung machte mir Mut an dem Projekt weiterzuarbeiten.

Da ich aus Platzgründen leider keine eigenen Metallbearbeitungsmaschinen besitze war von Beginn an klar, dass ich alle Fertigungsteile zukaufen musste. Da ich nicht sehr viele eigene Projekte baue, würden sich diese Maschinen einfach auch nicht „rechnen“, wenn man das im Hobbybereich überhaupt sagen kann. Zum anderen jedoch hätte ich gar nicht die Zeit gehabt alle Teile selbst zu produzieren, denn ich war froh hin und wieder Zeit für die Konstruktion am CAD zu finden.

Über verschiedene Foren habe ich unglaublich nette und hilfsbereite Modellbaukollegen kennengelernt. Darunter auch unglaublich begnadete Zerspanungskünstler die mir unzählige Teile für einen erschwinglichen Preis gefertigt haben. Ohne diese Unterstützung hätte das Projekt sicherlich noch um einiges länger gedauert... :ok:

Rückblickend kann ich sagen, dass die Entscheidung die Teile zuzukaufen für mich genau richtig gewesen war.

Die Steuerung schien technisch machbar und der Tiltrotor – Virus hatte mich voll im Griff. Meine Entscheidung stand fest – ich wollte den nächsten Schritt gehen und einen Trainer aufbauen. Das Ziel war, den Trainer in die Luft zu bekommen um damit stabile Schwebeflüge absolvieren zu können. Erst danach wollte ich mich um Rumpf, Leitwerke und Tragflächen kümmern.

Doch nun zeige ich Euch die ersten Chassis-Teile der beiden Gondelkonstruktionen.
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  • 0137-1 - U-Profil Taumelscheibenführung.jpg
  • 0138-1 - L-Profil Drehpoti Servo.jpg
  • 0139-1 - U-Profil Aufnahme Jive.jpg
  • 0139-2 - U-Profil Chassis.jpg
  • 0141-1 - Lagerböcke.jpg
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