unmögliches wird wahr?

[pchubi]

unmögliches wird wahr?

... Das ein Heli beim Vorwärtsflug zum Rollen neigt, liegt ausschließlich am stärkerem AUFTRIEB der am vorlaufenden Blatt (bzw. Blättern) wirkt (ohne Gegensteuern od. -trimmen). Der Auftrieb wirkt unmittelbar! Das bevorzugte Rollen zu einer bestimmten Seite hängt damit übrigens direkt zusammen ... warum wohl? Der Heckrotor ists jedenfalls nicht ...

Die Aufbäumtendenz hängt ebenfalls mit -erhöhtem- Auftrieb an der Vorderseite der Rotorfläche zusammen ...

Aha, dann frage ich nochmal: "Wieso sollte es einen Unterschied machen, ob der vermehrte Auftrieb durch zyklisch Pitch oder durch größere Anströmgeschwindigkeit verursacht wird?"

Das mußt Du uns jetzt schon genauer erklären. Das war ja auch die frage in dieser Diskussion!

Wohlgemerkt: Fakt ist, daß Du, um die Heli-Nase zu heben, beim Rechtsdreher links mehr Auftrieb durch zyklisch Pitch erzeugen mußt. Ich bin sehr gespannt auf Deine Ausführungen.

[pchubi]

unmögliches wird wahr?

Hallo Hermann,
ich kannte den Text, muß aber ehrlich sagen, daß ich weder damals, noch jetzt die Passage mit dem Drehen des Heckrotors um den Heli oder des Helis um den HeRo nachvollziehen kann.

IMHO kommt die Rolltendenz im Vorwärtsflug durch einen ganz anderen Effekt zustande...
Aber warten wir erstmal ab, wie pikay das erklärt

[pikay]

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Jaja das habe ich mir schon gedacht, dass ich sooo leicht nicht davon komme.

Stefan:
Aha, dann frage ich nochmal: "Wieso sollte es einen Unterschied machen, ob der vermehrte Auftrieb durch zyklisch Pitch oder durch größere Anströmgeschwindigkeit verursacht wird?"
Ich sehe da auch keinen gravierenden Unterschied ... wie war der Zusammenhang der Fragestellung?
(Hab ich, glaub ich, völlig überlesen)

Stefan:
Das mußt Du uns jetzt schon genauer erklären. Das war ja auch die frage in dieser Diskussion!
In der anderen Diskussion habe ich auch ein PDF-File "angeboten" da steht alles wichtige drin. Hat es jemand gelesen?

Stefan:
Wohlgemerkt: Fakt ist, daß Du, um die Heli-Nase zu heben, beim Rechtsdreher links mehr Auftrieb durch zyklisch Pitch erzeugen mußt. Ich bin sehr gespannt auf Deine Ausführungen.
Ist ja richtig. Sag ich auch nix dagegen.
(nicht ganz ernst gemeinte) Gegenfrage: Warum bricht ein schwebender Heli bei einer seitlichen Wind-Böe nicht nach vorn oder hinten aus, sondern eben seitlich? Laut Kreiseltheorie sollte der doch ...*

Stefan:
Habe gerade Dein Posting gelesen. Rolltendenz im Vorwärtsflug?
Wie ich schon vorher sagte: mehr Auftrieb am vorlaufenden Blatt + weniger Auftrieb am rücklaufenden. In der Summe macht das gehörig was aus ...

Alle:
Aber mal ganz dumm gefragt. Was genau soll ich jetzt im Detail erklären? Mach ich natürlich gerne, nur brauch ich ne eindeutige Fragestellung, sonst reden wir aneinander vorbei...

[pchubi]

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Na gut:

1. Es wurde die Behauptung aufgestellt, daß der Heli eine Rolltendenz im Vorwärtsflug hat, weil die relative Blattspitzengeschwindigkeit unterschiedliche Auftriebswerte links und rechts hervorruft.
Ich behaupte, daß die unterschiedlichen Auftriebswerte ein Aufbäumen hervorrufen. Ich muß das jetzt nicht nochmal erklären

2. Du sagst weiterhin, (warum soll das nicht ernst gemeint sein, ist ja durchaus praxisnah) daß eine Seitenwind-Anströmung den Heli seitlich ausbrechen läßt.
Ich behaupte, daß er vielleicht einen seitlichen Versatz wegen des Rumpfwiderstandes erfährt, dabei aber sicherlich, je nach Rotor- und Windrichtung rauf oder runter nickt.

Peter, wenn Du anderer Meinung bist, könnten wir ja dies als Grundlage nehmen und Du kannst Deine Ansicht entsprechend untermauern.

Dein PDF habe ich gelesen, jedoch einen Widerspruch gefunden. Mal sehen, ist schon im Papierkorb... da:
zuerst wird die Präzession und der 90° Versatz erklärt und auf S.48 wird selbiges sofort wieder komplett über Bord geworfen und eine Rolltendenz behauptet. Das ist für mich nicht logisch.

Der Grund, der für mich eine Rolltendenz im Vorwärtsflug erklären könnte wäre dieser Effekt.
Zitat: "The downward flow at the rear of the rotor disk causes a reduced angle of attack, resulting in less lift. Increased angle of attack and more lift is produced at the front portion of the disk because airflow is more horizontal.
Aus einem erhöhten Auftrieb vorn und verminderten hinten, ergibt sich eine Rollneigung (links oder rechts, je nach Rotor-Drehsinn). In dem Erklärungstext fehlt IMHO diese Auswirkung noch. Es wird lediglich von Vibrationen gesprochen.

(Eigentlich gehörte diese Diskussion jetzt in den anderen Thread.)

[pikay]

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Hallo Stefan,

Deine "Diskussions-Grundlage ist gut, sehr gut!
Den "transverse flow effect" kenn ich ... Leider hat der wenig mit dem Rollen zu tun.

Ob Du´s mir nun glaubst oder nicht. Das Rollen bewirkt "einzig und allein" die asymetrische Auftriebsverteilung. Ich habe auf einem anderen PC noch ein paar Links zum Thema. Bevor ich mir nun die Finger wund schreibe, lass ich Dich (und euch) noch bis Morgen mit einer ausführlichen Antwort warten. OK?

zu meiner Frage: Natürlich hast Du mit dem hauptsächlichen "wegdrücken" des Rumpfes Recht ... aber nach vorne oder hinten nicken? ... hmmm mal sehen vielleicht fällt mir da bis morgen was gutes "dagegen" ein. Wir wollen doch diese Behauptung nicht so einfach im Raum stehen lassen. Gell? )

Und du hast nochmal Recht. Wir sollten besser im anderen Thread weitermachen.
Was meint der Moderator dazu?

[Jürgen S]

unmögliches wird wahr?

ich muß mich auch mal einmischen.

Stefan hat natürlich Recht und der Peter ist auf dem Holzweg.

Unterschiedliche Auftriebsverteilung (durch unterschiedlich angeströmte Blätter) im Vorwärtsflug gibt eine Aufbäumtendenz.

Schweben mit Seitenwind gibt ein seitliches Schieben durch den Rumpfwiderstand und ein Rollmoment durch die (vorne und hinten)unterschiedliche Anströmung.

Nicht berücksichtigt sind die Auswirkungen des Heckrotors und der Aerodynamischen Kräfte durch Rumpf und Leitwerke. Diese können den Windauswirkungen entgegenwirken oder sie sogar verstärken.

Das Zauberwort hierbei heist Kreiselpräzession, das haben wir aber in einem andern Fred.

Gruß Jürgen

[pchubi]

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Hallo,
ich muß mich nochmal kurz melden; habe mir das nochmal kurz überlegt: In Punkt 2 habe ich mich natürlich um 90° geirrt. Es muß heißen: Seitenwindanströmung bewirkt eine Rollneigung des Helis (damit hat auch Jürgen Recht&#33. Sorry für die Verwirrung!

Man kann sogar generell sagen, daß der Heli immer vom Wind weg rollt, egal, ob Links- oder Rechtsdreher. Im Prinzip ist das ja das Gleiche wie das Aufbäumen bei Vorwärtsfahrt. Ob das Hubi-Gehäuse untendran nach vorn, links, rechts oder sonstwohin schaut, ist der Rotorscheibe ja egal. Lediglich die Windwiderstandsverhältnisse durch den Rumpf sind dadurch etwas anders und der HeRo verfälscht das Bild, aber darum geht es uns hier ja nicht.

[Ralf Härle]

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@ Martin Achter

Ich vermute mal ganz stark, daß die Ingenieure ein Kreiselsteuerungssystem für den Momentausgleich eingebaut haben. Dieses System wurde bis jetzt nur in Satelliten verwendet, um sie um ihre eigenen Achsen zu drehen, ohne anfällige Manövrierraketen zünden zu müssen. Das Prinzip ist simpel: Im Sateliten sind drei Elektromotoren eingebaut (für jede Raumachse einen), die eine Masse antreiben (vermutlich ein schweres Gewicht). Beschleunigt der Motor, so wird der Satelit (3. Newton'sches Gesetz) in die Gegenrichtung gedreht. Bremst der Motor das Gewicht wieder ab, dreht sich der Satelit in die andere Richtung. Zu beachten ist dabei, daß nicht die Drehgeschwindigkeit des Kreisels ausschlaggebend ist, sondern seine positive, bzw. negative Beschleunigung. Damit muß die Masse des Kreisels gar nicht einmal so hoch sein, wenn die Beschleunigungskraft entsprechend groß ist.

Wenn Du nochmals genau überlegst, kommst Du drauf, daß dieses Prinzip im Heli zur Kompensation des Hauptrotor-Drehmoments nicht funktionieren kann:
Der Hauptrotor übt ein ständiges Drehmoment auf den Rumpf aus. Um dieses zu kompensieren, müßte ein Kreisel entweder ständig beschleunigt oder abgebremst werden ---> schwer machbar, um die physikalische Höchstgeschwindigkeit von c nicht zu überschreiten, mal ganz abgesehen von der technischen Realisierbarkeit...
Im Satelliten werden diese Drehmomentänderungen ja nur kurzzeitg benötigt, daher kann es dort auch funktionieren.

Gruß Ralf ;-)

[Martin Achter]

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Hi Ralf!

Das ist mir im Nachhinein auch gekommen. Aber die von Dir benutzte Begriffskombination "technisch nicht realisierbar" existiert in meinem Wortschatz nicht!!!

Zum einen wirkt das Moment des Hauprotors nicht ständig in die selbe Richtung (Sink-/Steigflug&#33, zum anderen wird im Vorwärtsflug so gut wie kein (ich sage nicht "gar kein"&#33 Drehmomentausgleich benötigt aufgrund des Windfahneneffektes, der vom Heck ausgeht (und dieser HeRo-lose Heli ist heckflügelmäßig ja ganz ordentlich bestückt&#33. Das heißt also, daß man in diesen Kreisel einen "Drehzahlhaushalt" einrichtet. Und jetzt überleg' mal, wie lange es dauert, den Kreisel auf c zu beschleunigen. Wichtig ist ja nicht wie schnell sich der kreisel dreht, sondern welche Kraft auf ihn ausgeübt wird! Auf alle Fälle ist der Tank des Helis leer, bevor der Kreisel auch nur 0,1 c (um mal von der Relativistik fern zu bleiben...) erreicht. Und beim Nachtanken, kann man den Kreisel ja wieder "herunterfahren"!

Das ist jetzt alles nur ne Behauptung und von mir nicht wissenschaftlich begründet. Ich laß' das mal jetzt so im Raum stehen, da ich morgen früh raus muß...

Also denn, gute Nacht allerseits!

P.S.: Falls es dieses System noch nicht im Helieinsatz gibt, und es dennoch funktionieren sollte, nehme ich alle Patentrechte schon einmal für mich in Anspruch... !!!

[pchubi]

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Also gut, überschlagen wir mal grob:
Wenn der zu stabilisierende Heli unter der Rotorscheibe auch nur 500 kg Masse hat und Du auch nur 10 min damit schweben willst, mußt Du eine Schwungmasse mit gleichem Trägheitsmoment, also grob gesagt auch irgendwas so um 500 kg Masse 10 min lang entgegengesetzt mit gleichem Drehmoment beschleunigt rotieren. Die Turbinchen haben 200 kW Leistung, nehmen wir 1/4 zum Schweben, nur als Rechenbeispiel = 50 kW.
Nun brauchen wir noch das Massenträgheitsmoment unserer Schwungmasse: Radius? z.B. halber Rotorradius: 2 m. Wirksame Masse? Jetzt nehmen wir mal idealisiert einen Ringkreisel, der ist besser als eine Scheibe. Und damit der arme Hubi nicht so viel schleppen muß, machen wir die Schwungscheibe ein wenig leichter als geplant: 200 kg. Also Massenträgheitsmoment: (2 m)² * 200 kg = 800 kg m². Jetzt wirds langsam spannend: Wir fangen an, zu drehen und nach 10 min ist die reingesteckte Energie, also 50 kW * 10 * 60 s = 30 MJ vollkommen in Rotationsenergie umgewandelt. Demnach ist die Drehzahl dann: 1/(2*PI)*Wurzel(2*30 MJ/(800 kg m²)) = 43,6 / s, also 2616 RPM.

Na, wer sagt's denn, wenn ich mich nicht irgendwo verhaspelt habe, ist die Enddrehzahl doch noch weit von c weg. Jetzt müssen nur noch ein paar andere Kleinigkeiten gelöst werden:
- Wie steuert man einen Heli, der einen so mächtigen und damit lagestabilisierenden Kreisel im Bauch hat?
- Zum Antrieb des Schwunggewichts muß die Turbine insgesamt die doppelte Leistung haben.
- Um das Gewicht des Schwunggewichts zu heben, muß die Turbine ebenfalls zusätzliche Leistung haben.
- Um die größere und schwerere Turbine zu heben, muß sie ebenfalls mehr Leistung haben.
- Um das Mehr-Drehmoment, wegen der Mehr-Leistung zu kompensieren, brauchen wir natürlich ein schwereres Schwunggewicht.
- Um das Gewicht des schwereren Schwunggewichts zu heben...

aber das kriegen wir leicht in der Patentschrift unter.

Und einen riesigen Vorteil hat diese Technik: Bei Turbinenausfall, kann man mit der gespeicherten Energie 10 min Autorotieren! 8)
Her mit dem Patentanmeldeformular!
Ich hab's: Wir machen die Schwungmasse in der Form eines zweiten Rotors unter dem ersten Rotor und treiben ihn entgegengesetzt an :rolleyes: - Gibts schon? Ohhh ?(

[Martin Achter]

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Servus Stefan!

Ich glaube, Du hast da irgend etwas vertauscht mit den Massen?!?
Die Masse des Hubschraubers ist nicht unbedingt Ausschalggebend für das Hauptrotormoment. Wichtig ist die Kraft, die auf dem Hauptrotor lastet, und die ist davon abhängig, welchen Auftrieb der gerade erzeugt! Die entsprechende Gegenkraft wirkt auf die Hubschrauberkabine!

Jetzt mal zur benötigten Energie:

Ein 1:1 Heli hat ja auch keine extra Turbine, um den Heckrotor anzutreiben!!! Und die Kraft, die der E-Motor des Kreisels aufbringen müßte, wäre auch nicht höher, als die eines Heckrotores!

Wegen des Schwunggewichtes:

Die Trägheit berechnet sich aus J=m*v => Erhöhe die Rotationsgeschwindigkeit, und reduziere damit die benötigte Masse (und wir sind immer noch weit von 0,1 c entfernt).


Und nun zur Steuerbarkeit:

Wie steuert man einen Heli, der einen so mächtigen und damit lagestabilisierenden Kreisel im Bauch hat?

Ich glaube der mächtigste Lagestabile Kreisel den ein Hubschrauber nur haben kann, ist seine Turbine, oder!?!
Turbinendrehzahl: 20000-40000 U/min
Gewicht Welle mit Schaufeleln: geschätzt 80 - 100 kg

Hat zumindest einen wesentlich höheren Drehimpuls, als was Du für deinen 200 kg - Kreisel herausgerechnet hast!


Um ßbrigen: Hast Du schon mal ein Unfallvideo gesehen, von einem Heli, bei dem der HeRo ausgefallen ist? Da wird dir bestimmt auffallen, wie langsam sich die Kabine um die eigene Achse dreht, obwohl der HeRo absolut stillsteht. Gerade beim Rundflug ist es ja auch so, daß die Heckrotorsteuerung nahezu wirkungslos ist. Das wäre eine Möglichkeit, den Kreisel sogar im Flug wieder auf ein niedrigeres Drehzahlniveau zu bekommen!

[Daniel Jetschin]

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also da ist aber nicht wirklich so ein kreisel drinne,das muss was anderes sein

[pchubi]

unmögliches wird wahr?

Hallo Daniel,
also, ich geh' davon aus, daß es am Heck irgendwo einen wahrscheinlich relativ kleinen Luftaustritt gibt - vielleicht als Düse oder so.

Hallo Martin,
vertauscht, hab' ich das mit den Massen nicht, nur am Anfang irgendwo einen Startwert gesucht und wie Du gesehen hast, hab ich den ja in meiner Rechnung noch verringert. In die Formeln kannst Du natürlich beliebige Werte einsetzen. Geringere Schwungmassen ergeben halt höhere Drehzahlen.

Energie:
Der konventionelle Heckrotor benötigt wesentlich weniger Energie, als ein Schwungrad, weil der Rotor nur eine statische Kraft aufwendet, ohne Weg zurückzulegen (W=F*s, s=0). Da fallen nur Reibungsverluste an. Bei der Schwungmasse steckst Du echt Energie rein (die Du evtl. später auch wieder raus holen könntest).

Turbinenrotationsträgheit:
Ja, die Turbine ist sicher ein beachtlicher Kreisel. Ich könnte mir vorstellen, daß man das beim Fliegen auch spürt. Was sagen da eigentlich unsere Turbinen-Piloten dazu? Im Vergleich mit meiner angenommenen Schwungmasse (die hatte ja 800 kg m²), hat die Turbine mit Deinen Werten vielleicht eine effektive Rotationsmasse von 50 kg (Teile nahe an der Welle gehen weniger ein) bei einem mittleren Radius von - weiß nicht - 80 cm ? Ergibt: (das Massenträgheitsmoment errechnet sich übrigens aus r² * m und ist unabhängig von der Drehzahl) (0,8 m)² * 50 kg = 32 kg m². Das sind 4 % von 800 kg m².

Drehimpuls:
Für die erschwerte Steuerbarkeit mit einer Schwungscheibe an Bord ist nicht der Drehimpuls, sonder die auftretende Präzessionskraft des Kreisels verantwortlich (quer zur Drehachse). Diese ist nach meinem Verständnis nicht abhängig von der Drehzahl; oberhalb einer gewissen Mindest-Drehzahl.

Heckrotorsteuerung:
Es gab ja von Ikarus ganz früher sogar mal einen Heli ganz ohne He-Rotor, nur mit Leitwerk. Der konnte nur mit viel Fahrt richtig fliegen. Hab' mich allerdings immer gefragt, wie man den startet und landet ?(

Heckrotorausfall:
Ja, ich hab da ein Video vor Augen, aber da tut sich noch einiges! Du darfst nciht vergessen, daß so ein großer Hubi mehrere Tonnen Masse hat.

Niedrigeres Drehzahlniveau:
Wird nur gehen, wenn Du es schaffst, die Rotationsenergie irgendwie in den Rotor zu stecken.

[UlrichB]

unmögliches wird wahr?

Hi,

finde es ja spannend, was sich hier in den letzten Tagen getan hat...

Heckrotorausfall:
Ja, ich hab da ein Video vor Augen, aber da tut sich noch einiges! Du darfst nciht vergessen, daß so ein großer Hubi mehrere Tonnen Masse hat

ich kenne das video ja nicht ... aber ist es nicht so, daß der Pilot bei einem Ausfall des HeRo den Antrieb auskuppelt und eine Autorotationslandung versucht?
Das würde doch bedeuten, daß der Hubschrauber durch den Ausfall erst mal in Rotation versetzt wird, aber nur solange die Rotationsgeschwindigkeit zunimmt, bis der Pilot reagiert ... wenn der Antrieb dann entkoppelt ist, dreht sich die Kabine natürlich weiter und wird dann aufgrund der trägheit weiterdrehen, bis die Rotationsenergie aufgebraucht ist, oder der Pilot gegengesteuert hat, was er aber im Fall eines HeRo ausfalls vielleicht nicht mehr kann, hängt ja davon ab, was alles kaputt gegangen ist...

und was die Diskussion über das Rollen/asymmetrische Aufriebsverteilung angeht ...
ich muß da dem peter (pikay?) recht geben ... es kommt durch die asymmetrische auftriebsverteilung zu einem rollmoment ... mein prof hat mal gesagt, daß die theoretische höchstgeschwindigkeit eines Hubschraubers dadurch gegeben ist, daß er das auftretende ROLLmoment aufgrund der asymmetrischen Rotoranströmung noch aussteuern können muß.
Er meinte, eine Rotorkreisfläche verhält sich im Vorwärtsflug immer mehr wie eine Tragfläche ... und beim Hochgeschwindigkeitsflug ist die Auftriebsverteilung auf dem Rotor extrem asymmetrisch ... es kann soweit gehen, daß der gesamte Auftrieb nur noch auf der vorlaufenden Seite erzeugt wird (zumindest theoretisch und man nichts dagegen unternimmt&#33, wenn die Blattspitzengeschwindigkeit in die Größenordung der Anströmung kommt...
es ist zwar schon recht lange her und er war nun nicht der Hubschrauberexperte, aber was den Flugzeugentwurf anbelangt schon ziemlich beschlagen...

Man muß dabei bedenken, daß die Auftriebskraft am Blatt sofort wirkt, aber die maximale Auslenkung des Blattes um 90° verschoben ist, also die Lageänderung der Rotorkreisfläche mit einem 90°-Versatz erfolgt. Aber die Kraft liegt sofort an und wird über die Rotorblätter in den Rotormast und damit in die Zelle geleitet und damit rollt der Hubschrauber, allerdings nickt er natürlich auch auf!
Um diesen Effekt auszugleichen, also die asymmetrische Auftriebsverteilung, wird mit der zyklischen Blattverstellung der Anstellwinkel derart verändert, daß das vorlaufende Blatt einen kleineren Anstellwinkel hat und das rücklaufende einen größeren,damit in der Summe der Auftrieb auf beiden Rotorhälften wieder gleich wird. Und erreicht wird das durch drücken des Knüppels ... es werden also zwei Fliegen mit einer Klappe erschlagen:
Zum einen das Aufnicken (Knüppel drücken) und das Rollen (vorlaufendes Blatt Anstellwinkel reduzieren, Knüppel drücken).

Ich denke mal, was wir nicht vergessen dürfen ist, daß dieser Effekt beim Modellhubschrauber mit seinen hohen Kopfdrehzahlen und damit Umfangsgeschwindigkeiten und den doch normalerweise eher sehr geringen Vorwärtsgeschwindigkeiten nicht so ausgeprägt zu beobachten ist wie bei einem großen Hubschrauber im Reiseflug... und ich behaupte mal, daß die Tendenz zum Aufnicken größer ist, bzw. deutlicher zu spüren ist als das Rollen, zumal ja auch beide Bewegungen mit der gleichen Steuerbewegung ausgesteuert werden

so, jetzt erst mal Schluß und Deckung!

Gruß Uli

P.S.: noch ein kleiner Nachtrag ... die Schlaggelenke, die die großen Helis alle haben, sollen genau diese Rollbewegung im Vorwärtsflug verhindern oder zumindest verringern. Soll heißen, daß das Rollen um die Längsachse nur bei Hubschraubern mit starrer Blattanlenkung (also ohne Schlaggelenke) ein Rolle spielt.

[Jens Reckendorf]

unmögliches wird wahr?

Hallo Leute,

um auf die eigentliche Frage zurückzukommen: Man muss nur die Patentschrift lesen. Ich muss allerdings zugeben, dass sie nicht ganz leicht zu finden (wenn man nicht weiß, wo man suchen muss) und noch schwerer zu lesen ist - aber es sind ja Bilder dabei . Es läuft auf zwei schlitzförmige Düsen am Heckausleger (auf den Bildern nicht zu sehen) und die speziell geformten Leitwerke hinaus. Also keine Kreisel, Antigravitation oder so. Schade eigentlich...

Viele Grüße, Jens