Aerodynamikfrage Paddelanstellung

[Sebastian Zwahr]

Hi Leute,
Jetzt sind mal wieder die Aerodynamikgurus hier gefragt:
Hintergrund ist der, daß mein Eigenbau Rotorkopf nicht wendig genug ist...Ich erreiche bei Vollausschlägen die gleichen Werte an den Blättern wie z.B. ein Rappi Kopf, habe auch ne harte Dämpfung drin und die Mischungsverhältnisse sind ähnlich. Blätter sind die gleichen wie auf dem Rappi. Das einzige was sich wirklich unterscheidet ist der Ausschlag der Paddel. Ich erreiche bei mir zur Zeit ca. 20°. Also kanns ja eigentlich nur das sein.....
Es ist ja bekannt daß so ein Rotorblatt mit Anstellung bis ungefähr 15° noch einigermaßen anligende Stömung hat. Wenns darüber hinausgeht reißt die Stömung ab, es gibt keinen Auftrieb mehr und bremst nur noch...Soweit so gut. Wie sieht das jetzt bei den Paddeln aus* Das sollte doch eigentlich das gleiche sein... Warum gibt es aber mehr als genug Rotorköpfe die im Pitchkomp. eine so üble ßbersetzung haben, daß ich die Paddel 45° anstellen kann.... Das dürfte doch eigentlich nur noch Wirbel erzeugen und unendlich Leistung kosten mit bescheidener Wirkung...oder?

Gruß Basti

[Dirk]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Hi Basti,

ich bin zwar kein Aerodynamik-Guru und noch ein absoluter Neuling im RC-Heli Bereich, aber ich habe die Geschichte mit der Aerodynamik mal studiert und probiere es mal (ist halt schon ein paar Jahre her)...

Richtig, ab einem Anstellwinkel von 15°-20° (und mehr) kommt kein Auftrieb mehr dabei herum. Dies ist sicher auch stark abhängig vom Profil. Wirbel, mal abgesehen von den üblichen Randwirbeln etc., gibt es auch schon vorher reichlich (eigentlich schon ab einem Winkel über 6°-8°, je nach Profil) und die Bremsen auch, aber es wird auch viiiiieeeel Auftrieb erzeugt, man kann dann bei einem Flugzeug schön langsam fliegen, wie sich das auf einen Heli auswirkt weiß ich allerdings (noch) nicht. 20° sind also theoretisch schon möglich.

Der höhere Anstellwinkel wird aber benötigt, da so ein Heli ja nun auch steigen und andere Figuren fliegen soll. Beim steigen strömt die Luft nun nicht mehr aus der Rotorkreisebene die Blätter an, sondern von oben, somit benötige ich einen höheren Anstellwinkel an den Blättern. Je schneller ich steige, um so höher muss der Anstellwinkel werden. Das gleich gillt z.B. für eine Rolle. Hier strömt die Luft auf der abtauchenden Seite von unten das Blatt an, auf der auftauchenden von oben. Durch die Kreiselwirkung (Präzession heißt das glaube ich...) ist somit das 90° versetzte Blatt betroffen (welches die Figur "steuert"), also dass vordere, bzw hintere, welches den hohen Anstellwinkel benötigt.

Die 45° einiger Hersteller kann ich mir somit damit erklären, dass es ein extrem wendiger Heli ist / sein soll. Die Paddel sind natürlich von der Fläche kleiner und benötigen somit immer einen höheren Anstellwinkel als die Hauptblätter um den gleichen Auftrieb zu erzielen (schneller drehen können sie ja nicht). Wie sich Vor- und Nachteile durch Wirbelbildung auswirken, weiß ich allerdings nicht genau. Dementsprechend KßNNTE es sein, dass der Anstellwinkel der Paddel (und evtl. auch der Blätter) doch zu klein ist... Auf jedenfall sind die "knatternden" Geräusche beim Heli Wirbelbildung an den Rotorblättern (z.B. durch zu hohen Anstellwinkel) bzw. das durchfliegen von extremen Wirbelfeldern.

So, völlige Verwirrung erzeugt? Dies sind, wie gesagt, alles nur theoretische ßberlegungen und für Helis im speziellen habe ich noch nicht die Ahnung, aber vielleicht hilft es ja, dem Problem näher auf den Grund zu gehen.

Viel Spaß und vor allem viel Erfolg bei der Behebung des Problems

Gruß,

Dirk!

[Sebastian Zwahr]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Hmhh danke schonmal. Die theoretische betrachtung scheint im ersten Augenblick einleuchtend, jedoch habe mir ich gerade mal so überlegt, daß ja die Anstömgeschwindigkeit der Blätter durch die Rotordrehzahl wesentlich höher ist als die Geschwindigkeit die sich ergibt wenn der Heli z.B. Rollt (also ich meine die Bahngeschwindigkeit auf dem Paddelwirkdurchmesser) das bedeutet daß wenn die 45° sinnvoll sein sollten dann müsste die Bahnrollgeschwindigkeit schätzungsweise ein viertel der Rotordrehzahl sein.....und das ist definitiv nicht so.. ;-)
Vielleicht betrachte ich das mal aus dem Schwebeflugzustand aus dem heraus ich einen schnellen Flip fliege. Da wandert der Knüppel schlagartig nach vorne die Paddel sind zyklisch entsprechend angestellt obwohl sich im ersten Moment am Heli noch keine Flip-Bewegung einstellt....(also in den ersten 10tel sekunden). Nach meiner theorie dürfte dann garnix passieren weil die paddel nur Wirbel erzeugen. Durch die zyklische steuerung der Rotorblätter würde es aber dennoch anfangen zu flippen, halt ohne irgendeine Stabilisierung durch die Paddelebene, weil die ja mit ihren selbst produzierten Wirbeln kämpft.... ;-)

Mhmmm und jetzt??

[noch ein Stefan]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Hallo,

der größere mögliche Anstellwinkel der Paddel hängt m.E. (ohne das studiert zu haben oder zu wissen) damit zusammen das die Padddelebene ja frei kippen kann, für die Strömung ist ja nicht der Winkel den das Paddel am Rotorkopf macht ausschlaggebend sondern der den das Paddel gegen seine Anströmrichtung macht und die kann halt durch die bei Auslenkung schrägstehende Paddelebene schonmal alleine 20- 30° von der Drehebene des Rotors abweichen.

Gruß Stefan

[firehead]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Der Grund ist der fogende:

Rotorblätter haben die Funktion, Auftrieb zu erzeugen. Dies geht ab einem bestimmten Anstellwinkel (hängt vom Blatt ab, z.B. Profil) nicht mehr, da die Strömung abreißt.

Die Funktion der Paddel ist eine andere, sie müssen keinen Auftrieb erzeugen, sondern sie wirken wie ein Höhenruder auf die Paddelebene, sind also ein Ruder, das dafür sorgt, dass die Paddeleben aus der waagerechten Lage herausgesteuert wird und damit die Blätter zyklisch angesteuert werden. Höhenruder an Flugzeugen haben auch viel größere Anstellwinkel als beispielsweise 20 Grad (theoretisch wären sogar Winkel bis knapp unter 90 Grad möglich, würde für eine sehr starke Auslenkungskraft sorgen, macht aber auch aerodynamisch keinen Sinn).

Rotorblätter und Paddel lassen sich also nicht so einfach vergleichen!

Gruß Michael

[noch ein Stefan]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Hallo,

ich denke das dein Vergleich mit dem Leitwerk nicht nur hinkt sondern sogar auf dem Sack hüpft. Wenn die Paddel keinen Auftrieb erzeugen müssen was verursacht denn dann die Auslenkung der Paddelstange ?
Bei ungedämpften Höhenrudern bist du vom Ausschlag genauso begrenzt wie bei Blätter, Flächen, ect.. Bei gedämpften Rudern musst du beachten das 1. der AW über die Profilsehne gemessen wird und du 2. Das Profil erheblich verwölbst, da wird es auch nichts mit deinen Monsterausschlägen.

Gruß Stefan

[Sebastian Zwahr]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Hi,
also die erklärung mit dem Ruder ist genau so wie Stefan das geschrieben hat (also auch meiner Meinung nach...) Also die Erklärung mit der Neigung/Kippung der Paddelebene kanns eigentlich auch nicht sein, weil in normalen Flugmaneuvern (z.B. der oben beschriebene Flip) neigt sich die Paddelebene kaum mehr als 10° in eine Richtung...und das ist schon richtig viel....

Wie oft sieht man schon ein Paddel in ne Haube einschlagen...kommt vor aber auch wieder nicht so oft....
Grad beim NT ist die Neigung der Ebene durch die Haube stark begrenzt....

Gruß Basti

[noch ein Stefan]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Hallo,

ich habe bei meinem Rex die Stellen der Paddelwippe geeddingt welche den Ausschlag der Paddelstange begrenzen und habe da deutliche Abdrücke. Bei meinem Acrobat sieht man auch auf beiden Seiten deutliche Markierungen wo die Paddelwippe mit der Schraube vom Zentralstück kollidiert ist. Bei meinen beiden Piccolos (FP/CP) hat die Gfk Platte die den Kopf auf dem Zentralstück hält rechts und links deutlich Abrieb. Bei allen Helis ist der Maximalausschlag deutlich größer, halt so 20 bis 30°, wenn du jetzt noch ca. 20° Paddelausschlag bis zum totalen Strömungsabriss dazuaddierst (Blätter machen ja auch 12° Pitch + zyklisch) dann bist du bei den 40 -50° Paddelausschlag den die meisten Helis so haben.
Wenn du die selbe Wendigkeit haben willst dann brauchst du halt auch die selben Ausschläge, ist ja auch eigendlich wurst warum das funktioniert solange es das tut.

Gruß Stefan

[firehead]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Tut mir leid, Stefan, dann lies dir noch einmal durch, was ich geschrieben habe! Die Paddel tragen zur Auftriebserzeugung (des Helis) nichts bei, das ist nun mal Fakt!

Zweitens habe ich geschrieben, dass die Paddel dafür sorgen, dass die Paddelstange auslenkt (dafür erzeugen sie natürlich Auftrieb).

Drittens ist es sehr wohl möglich, die Paddel auch mit mehr Anstellung zu fliegen (vergleiche mal bitte das Prinzip beispielsweise mit Tailerons, die dafür sorgen, dass das Heck eines Flugzeugs um die Querachse "auslenkt", genauso wie die Paddelstange um ihren Drehpunkt). Ein weiterer Vergleich: die Gewindesteigung lässt sich konstruktiv ebenfalls weiter erhöhen, die Verschiebung der Schraube wird bei gleicher Umdrehung größer, doch der Kraftaufwand steigt, irgendwann macht eine höhere Steigung keinen Sinn mehr (Prinzip der schiefen Ebene: Normalkomponente wird größer als Hangabtriebskomponente!).

Du kannst es glauben oder auch nicht!

[Dirk]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Mhhh, also vielleicht ist es müßig darüber zu diskutieren, ob ein Paddel Auftrieb erzeugt oder nicht. Ohne Auf- / Abtrieb würde er nich nicht auslenken und das erledigt ja die Steuerbrücke. In Ruhe hat er natürlich keinen Anstellwinkel in der Rotorebene, funktioniert ja auch nicht. Da hat Michael schon recht.
Fakt ist aber und das ergibt sich ja jetzt aus allen Beiträgen, dass er durch das Auslenken einen anderen Anströmwinkel hat und somit auch einen anderen Anstellwinkel benötigt als die Rotorblätter.
So ganz bewußt war mir die Sache mit den Paddeln auch noch nicht, aber jetzt, jaaa.

Ist aber auch bei einem Taileron so. Dies fungiert ja als Höhenruder-Querruder Kombination und hat dann auch wieder ganz andere relative Anstellwinkel da das Flugzeug nun auch anfängt zu rollen. 90° macht da wirklich keinen Sinn, ist aber meines Wissens nur in Kampfflugzeugen oder Modellflugzeugen eingebaut da dort eine hohe Wendigkeit und hohe Robustheit gefordert ist.

Hier noch einmal einen kleinen Exkurs in die Aerodynamik: Effektiv wird immer der Anstellwinkel erhöht. Ob es jetzt über die Ruderfläche am Ende eines Flügels ist, der die Wölbung und die Profilsehne verändert, oder ob das Rotorblatt oder der Paddel oder das Taileron gesamt angestellt wird. Nimmt sich alles nichts. Das Ruder muss dafür nur deutlich größer ausschlagen als beim verdrehen der ganzen Fläche oder mir fehlt die Wendigkeit.
Es gibt übrigens Möglichkeiten den Anstellwinkel deutlich über die 20° hinaus zu erhöhen und trotzdem eine "sauber" anliegende Strömung zu haben, aber das funktioniert bei Helis nicht...

Aber klärt das jetzt die Frage mit der benötigten Auslenkung? So rein theoretisch scheint mir, dass dort jetzt einiges an Anstellwinkel benötigt wird (zumindest mehr als 20°)...
Kennt jemand ein gutes Buch über die Aerodynamik eines Helis? Eines welches sich nicht gleich oder nicht nur in Tausend Formeln verliert?

Gruß,

Dirk!

PS: Nich vergessen, noch bin ich Anfänger auf dem Gebiet, aber durch solche Diskussionen kann man nur lernen

[firehead]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Genau Dirk, du hast Recht. 90 Grad oder direkt darunter macht natürlich keinen Sinn, da es den Luftwiderstand in riesigem Maße erhöhen würde! Aber rein theoretisch wäre es eben möglich. Eine Windmühle mit kleinen Winkeln (was verglichen mit der Anströmrichtung der Paddelstange große Winkel an der Paddelstange bedeuten würde) dreht sich schließlich auch um die eigene Drehachse. Dort sind die Anströmgeschwindigkeiten so gering, dass man die Winkel benutzen kann.

Gruß Michael

[jochene]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Hi,

werde auch mal versuchen etwas zum Thema beizutragen.

Die Wendigkeit kann u.a. durch die:
- Länge der Paddelstange
- Gewicht der Paddel
- Grösse der Paddel
- Form der Paddel (dünnes oder dickes Profil und Form der Nasenleiste)
- Mischungsverhältnis zwischen Paddelstange und Blatthalter
verändert werden.

Desweiteren ist die Frage, wie stark neigt sich die Paddelstange im Flug (abhängig von Gewicht, Form der Paddel und Länge der Paddelstange) und wie viel wird der zyklische Auschlag durch Veränderung der Paddellage zurückgenommen?

Bedenkt, ein direkt angelenkter Kopf ist viel agiler als ein Paddelkopf.
Die Paddelstange gibt zwar Stabilität, macht den Heli aber auch träger.

Einfacher Test:
- die Rotorblätter nach hinten klappen und mit einem Gummi am Leitwerk festmachen (Anlage nicht einschalten).
- Paddelstange rauf und runterbewegen - wie bewegt sich die Taumelscheibe?

Dadurch kann man das Mischungsverhältnis zwischen Paddelstange und Blatthalter erkennen.

Veränderungen am Mischungsverhältnis haben ebenfalls einen starken Einfluss auf Stabilität und Wendigkeit.

Gruss
jochen

[Sebastian Zwahr]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Hi Leute,

das ist ja alles schön und gut, aber einer richtige Antwort auf meine Frage hab ich eigentlich immernoch nicht. Wir wissen zwar jetzt daß der öher Anstellwinkel wohl hier und da vorkommt, aber wir wissen nicht warum die Strömung am Paddel scheinbar nicht abreißt und bei Ausschlägen von mehr als 30° wohl doch mehr Auftrieb als Verluste erzeugt. Das mit der Auslenkung (neigung) der Paddelebene ist glaube ich doch nicht korrekt weil: Die Anströmung eines Paddels kommt immer direkt von vorne, weil es sich ja auf ne Kreisbahn bewegt. Gehen wir mal davon aus daß so ein Paddel im Moment 0° anstellung hat. Dann läft es absolut horizontal...alles bestens. Jetzt wird die Paddelebene auf das maximal mögliche ausgelenkt obwohl nix gesteuert wird (z.B. durch Wind oder High-Speed Flug)) . So und jetzt wird das Paddel trotzdem noch absolut von vorne angeströmt. Es steht eben jetzt schief im Raum. aber das spielt für die Anströmung keine Rolle. (Ich kann im Auto ein Rotorblatt zum Fenster raus halten und egal ob das parallel zum Boden oder auch 34° zum Boden hat, die Strömung wird ab einer anstellung von ca 15-20° abreißen und das Blatt in meiner Hand fängt tierisch an zu flattern....)
Also der Winkel des Paddels zur HR-Welle ist nicht mehr 90° aber das ist ja egal, die Anströmung kommt immernoch von vorne. Wird in diesem ausgelenkten Zustand jetzt eine Anstellung eingebracht habe ich relativ zu der ursprünglichen 0° anstellung gegen den Wind trotzdem nur meine 20° Anstellung...nicht mehr und nicht weniger....
Und jetzt* Jetzt bin ich auch noch nicht klüger als vorher....

Gruß Basti

[firehead]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Ehrlich gesagt ist mir nicht ganz klar, welche Auslenkung du meinst. Ich weiß nicht, ob du die Auslenkung der Paddelebene aus ihrer Ruhelage (waagerecht) meinst, was zum Beispiel vorkommt, wenn der Heli im Flug beispielsweise durch äußere Einwirkung bewegt wird. Oder zweitens der Winkel der Paddel beim Ansteuern, wenn ihr Winkel zur gerade anströmenden Luft verändert wird und sie somit die Paddelstange aus der waagerechten Lage bewegen. Also: Winkel der Paddelstange ODER Winkel der Paddel**

Gruß Michael

[Sebastian Zwahr]

Re: Aerodynamikfrage Paddelanstellung

Also mit "Auslenkung" meine ich die Neigung der Paddelebene im Allgemeinen. (Winkel zwischen Paddelstange und Hauptrotorwelle) Und die Paddelanstellung durch Steuerbewegung ist die "Anstellung" bei mir......

Gruß