Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

[m.a.r.t.i.n]

ich habe mir das mit dem Aufbäumen immer so vorgestellt:
Ein Heli braucht beim Schweben mehr Energie, als in Vorwärtsfahrt, weil ein "Downwash" entsteht - Der Heli erzeugt sich einen Abwinden, gegen den er ankämpfen muss. In Vorwärtsfahrt, tauchen die Rotorblätter ständig in frische Luft ein, die noch nicht nach unten strömt. Und weil die Luft vorne frischer ist als hinten, hat der Heli auch vorne mehr Auftrieb als hinten und bäumt sich auf.
Stimmt das so - zumindest oberflächlich?
Ich kann daraus nämlich nicht ableiten, wie man das Aufbäumverhalten bei Flybarless reduziert...

Wer weiß mehr?
danke
lg
Martin

[DerMitDenZweiLinkenHänden]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Es hat mit der Geschwindigkeitsdifferenz des nach vorn laufenden Blattes zum nach hinten laufenden Blatt zu tun (die natürlich nur während des Vorwärtsfluges entsteht).
Daraus entstehen Auftriebsunterschiede, die zum hochnicken führen.

Beim FBL beseitigt man IMHO nicht die Ursache, sondern die Auswirkung.

Kurt

[m.a.r.t.i.n]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Es hat mit der Geschwindigkeitsdifferenz des nach vorn laufenden Blattes zum nach hinten laufenden Blatt zu tun (die natürlich nur während des Vorwärtsfluges entsteht).
Daraus entstehen Auftriebsunterschiede, die zum hochnicken führen.

Beim FBL beseitigt man IMHO nicht die Ursache, sondern die Auswirkung.

Kurt

Hallo,

danke schonmal!
die vorwärtsdrehende Seite hat mehr Auftrieb als die Rückwärtsdrehende, weil einmal der Fahrtwind zusätzlich anströmt und einmal die Anströmung verringert.
Heißt das, dass sich der Effekt auch phasenverschoben auswirkt?

Das würde bedeuten, dass ein Wegdrehen um die Längsachse im Vorwärtsflug nicht dadurch begründet ist...

mit FBL meinst du die Elektronik. Ich habe an Mehrblattköpfe ohne Elektronik gedacht...

lg
Martin

[Fly-So-High]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Heißt das, dass sich der Effekt auch phasenverschoben auswirkt?

lg
Martin

Jepp so isses genau 90° verschoben kommt der Effekt an wenn ich mich nicht irre.

Marcel

[m.a.r.t.i.n]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Klingt logisch und nachvollziehbar. Schließlich andert man ja auch seitlich den Anstellwinkel und somit den Auftrieb um eine Nickbewegung zu erzeugen...

Aber gibt es nun auch ein natürliches seitliches Wegkippen (um die Längsachse) im Vorwärtsflug? Eigentlich nicht oder?

Welche Möglichkeiten gibt es nun, einen Rotor mechanisch aufbäumstabiler zu machen? Drehzahl erhöhen ist klar. Durch die hohe Anströmgeschwindigkeit durch die Drehzahl, erzeugt der Fahrwind relativ nur einen sehr geringen Unterschied zwischen links und rechts.

Nopost123 hat hier erwähnt, dass auch die Kreisflächenbelastung mit eine Rolle spielt:

http://www.rc-heli.de/board/showpost.php?p=1019449&postcount=136

Das kann ich so noch nicht ganz nachvollziehen.
Um eine höhere Kreisflächenbelastung aus zu gleichen, gibt es 2 Möglichkeiten:
1) Drehzahl erhöhen
2) Pitch erhöhen

Punkt 1) wirkt sich ja positiv aus, und würde heißen höhere Flächenbelastung bessere Aufbäumstabilität erzeugt.

Bei Punkt 2) bin ich mir nicht so sicher. Hat eine unterschiedliche Anströmgeschwindigkeit, bei kleinem Anstellwinkel weniger Einfluss als bei großem Anstellwinkel?

Oder hat es einen ganz anderen Grund wieso sich höhere Kreisflächenbelastung negativ auswirkt?

Wie kann man den Rotor sonst noch optimieren? Und wieso funktionieren diese "Tricks"?

Vielen Dank,
lg
Martin

[JMalberg]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

...
die vorwärtsdrehende Seite hat mehr Auftrieb als die Rückwärtsdrehende, weil einmal der Fahrtwind zusätzlich anströmt und einmal die Anströmung verringert.
Heißt das, dass sich der Effekt auch phasenverschoben auswirkt?...

Jepp so isses genau 90° verschoben kommt der Effekt an wenn ich mich nicht irre.

Was wie wir hier im Forum bereits mehrmals recht tiefgründig diskutiert haben aber nichts mit einer Präzession zu tun hat.

...
Aber gibt es nun auch ein natürliches seitliches Wegkippen (um die Längsachse) im Vorwärtsflug? Eigentlich nicht oder?

Eigentlich doch, denn bei paddellosen Helis ist dies enorm und wird nur mit mech. oder elektr. Gyroskope gegengesteuert, was ohne diese der Pilot machen muss.

[m.a.r.t.i.n]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Was wie wir hier im Forum bereits mehrmals recht tiefgründig diskutiert haben aber nichts mit einer Präzession zu tun hat.

Eigentlich doch, denn bei paddellosen Helis ist dies enorm und wird nur mit mech. oder elektr. Gyroskope gegengesteuert, was ohne diese der Pilot machen muss.

In deinem Wikipedialink steht: "Die Trägheit der rotierenden Kreiselmasse bewirkt bei -Störungen- durch Krafteinwirkung F1 an der Kreiselachse eine Ausweichbewegung, als wirke am Angriffspunkt der Störkraft eine um 90° in Rotationsrichtung -weitergedrehte- Kraft F2 (tangential zur Drehbewegung). "

Genau das passiert: Der Auftrieb der durch den Fahrtwind auf der Seite entsteht ist die äußere Kraft F1. Die 90° versetzte Ausweichbewegung ist das Aufbäumen...

Ich bin mir bei der Präzzesion aber auch unsicher. Ich weiß das es sie gibt, ein bißchen wie sie wirkt, aber so richtig will sie nicht rein in mein Köpfchen...

Was ist deiner Meinung nach die Ursache fürs Aufbäumen??
lg
Martin

[JMalberg]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Puh, das ist höchste Physik bei der heir aus dem Forum nur eine Handvoll Leute wie Samuelis mit diskutieren können. Ich für mein Teil kann es dann nur noch verstehen ohne mich wochenlang in die Büttner'sche Fachliteratur einzuarbeiten (Das Buch liegt zwar hier bei mir rum, verstaubt aber ähnlich wie Gödel-Escher-Bach nach den ersten 50 Seiten lesen)

Soweit ich es verstanden habe, sind die RC-Heli-Köpfe eben keine starren Kreisel sondern haben ihre Schlaggelenke (Blattlagerwelle mit Gummi und elastische Blatthalter). Somit ist es nicht mit Präzession erklärbar, sondern vielmehr mit Schwingungen. Aber da bewege ich mich auf dünnem physikaleischem Wissenseis

Such mal hier nach "Präzession"; etwa 2006 war das Thema.

[Sebastian]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Zitat Dieter Schlüter
von www.dieterschlüter.de unter Leserfragen

Hallo
ich bin 15 Jahre alt und fliege RC Heli und habe folgende Frage:
Mir hat ein Pilot eines Großhubschraubers vor einiger Zeit erklärt, dass durch die Kreiselkräfte die Rotorblätter ca. 90° vor der Stelle, an der die Rotorkreisfläche gehoben wird, verstellt werden.
Aber da Sie in ihrem Buch "Hubschrauber ferngesteuert" schreiben, dass die Kreiselkräfte fälschlicherweise zur Erklährung der zyklischen Blattsteuerung herangezogen werden, wollte ich Sie fragen, ob Sie mir das genauer erklären können. Das Buch habe ich schon vor langer Zeit gelesen, als ich noch keinen Heli hatte. Es hat mich sehr viel weiter gebracht.
Viele Grüße
Stephan Soeder

Meine Antwort

Hallo Stephan,
Deine Frage beantworte ich gerne denn sie taucht immer wieder auf, wird auch immer wieder diskutiert und immer wieder wird die "Kreiselpräzession" fälschlich als Grund für die zyklische Blattverstellung angegeben. Speziell bei den "Großen" wird das immer wieder so weiter gegeben nur weil das mal vor vielen Jahren so (falsch) zu erklären versucht wurde.

Unter Kreiselpräzession versteht man die physikalische Eigenschaft eines Kreisels dem Kippen seiner Achse um 90° zur Kipprichtung auszuweichen.

Anders gesagt: Kippt man einen Kreisel von sich weg nach vorn so wird er dieser Bewegung je nach Drehrichtung um 90° nach rechts oder links ausweichen. Aber genau das will man bei einem Hubschrauber möglichst nicht.

Beim Hubschrauber will man die Rotorblätter so steuern, das sie zusammen in einer neuen Ebene (Rotorkreisfläche) laufen. Das erreicht man ausschließlich durch die Blattverstellung, also das Steuern der einzelnen Blätter in eine neue Position. Und das geschieht "zyklisch" bei jeder Rotorumdrehung ausschließlich durch die mechanische Anlenkung an der Taumelscheibe und nicht durch irgendwelche Kreiselkräfte.

Generell gilt: Will man die Rotorkreisfläche in Flugrichtung nach vorne neigen, muss das nach vorne laufende Blatt mechanisch so nach unten gesteuert werden, das es in Flugrichtung gesehen vorne die tiefste Position erreicht und das nach hinten laufende Blatt so nach oben gesteuert werden, das es hinten die höchste Position erreicht. Das gilt analog für alle anderen Flugrichtungen genau so. Das die dazu erforderliche Neigung der Taumelscheibe 90° zum Rotorblatt beträgt ist rein mechanisch bedingt.

Mal anders:
Den Heli von oben betrachten, der Rotor ist eine Uhr und dreht sich rechts herum. Vorne ist 12 Uhr, rechts 03 Uhr, hinten 06 Uhr, links 09 Uhr. Der Heli schwebt, die Rotorwelle steht senkrecht, die Blätter haben rund um die Uhr angenommen 5° Anstellwinkel um den Heli in der Schwebe zu halten. Jetzt soll der Rotorkreis 3° nach vorne geneigt werden. Das sieht dann für das vordere Blatt so aus:
12 Uhr: 5°+0°=5°
01 Uhr: 5°+1°=6°
02 Uhr: 5°+2°=7°
03 Uhr: 5°+3°=8° (stärkste zyklische Verstellung positiv)
04 Uhr: 5°+2°=7°
05 Uhr: 5°+1°=6°
06 Uhr: 5°+0°=5°
07 Uhr: 5°-1°=4°
08 Uhr: 5°-2°=3°
09 Uhr: 5°-3°=2° (stärkste zyklische Verstellung negativ)
10 Uhr: 5°-2°=3°
11 Uhr: 5°-1°=4°
12 Uhr: 5°-0°=5°
Das hintere Blatt beginnt zur gleichen Zeit bei 06 Uhr.

Ich habe das bei einem Symposium mal mit einer alten CD demonstriert auf die ich mit Klebeband zur Darstellung der Rotorblätter ein Kreuz geklebt hatte. Von der Seite betrachtet sieht man genau, wie bei dem obigen Beispiel das eine Blatt bei 09 Uhr am stärksten negativ, bei 03 Uhr am stärksten positiv läuft.

Diese zyklische Blattverstellung erfolgt nur für die Phase der Steuerung des Rotors in eine neue Lage. Dem Heli passiert zuerst einmal garnichts. Hier geht es um den Hauptrotor. Der und nur der soll seine Lage und damit Zugrichtung ändern. Ob der Heli dem folgt ist eine ganz andere Story und abhängig davon, wie "lose" oder "fest" er am Rotor befestigt ist. Gesteuert wird immer nur die Differenz zwischen Heli und Rotor, egal in welcher Position der Heli fliegt bzw. sich der Rotor befindet.

Trotzdem wirken beim Hubschrauber auch gewisse Kreiselkräfte und zwar dann, wenn - zum Beispiel durch eine Boe oder eine besondere Fluglage - von außen her Kräfte auf den Rotor einwirken die ihn in eine andere Lage zwingen wollen. Dabei kann es dann vorkommen, daß der Rotor mit einer durch die Präzession verursachten Kraft (unbeabsichtigt) um 90° versetzt.
Generell gilt:
Die Steuerung eines Hauptrotors in eine neue und gewollte Lage erfolgt nur mechanisch durch die zyklische Blattverstellung und nicht durch irgendwelche Kreiselkräfte.

Freundliche Grüße,
Dieter Schlüter

Ich kann dir sehr empfehlen dir die Schlüter-Bibel zu kaufen,da steht sehr viel darüber drin.
Dieter Schlüter, "Hubschrauber ferngesteuert" ISBN 978-3-7883-4126-8


Gruß Sebastian

[orangedrummer]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Präzession bedeutet, dass die Kräft im Kreisel 90° verspätet wirken. Eine Kraft auf 12h wirkt beim rechtsdrehenden Kreisel also auf 3h.
Richtig?

So. Nun die Frage: Es dreht sich also hier angeblich nicht um das Phänomen der Präzession.

Dann verstehe ich aber nicht, warum die Blätter im Beispiel von Herrn Schlüter für "Nick nach vorn" nicht einfach hinten und vorne angesteuert werden. Sondern auf 3 und 9h?
Ich finde ja, das würde durch die Präzession sehr gut erklärt werden?

[m.a.r.t.i.n]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Zitat Dieter Schlüter
von www.dieterschlüter.de unter Leserfragen




Ich kann dir sehr empfehlen dir die Schlüter-Bibel zu kaufen,da steht sehr viel darüber drin.
Dieter Schlüter, "Hubschrauber ferngesteuert" ISBN 978-3-7883-4126-8


Gruß Sebastian

Schreibst du Bibel, weil man diese glaubt oder nicht glaubt - und so etwas wie Beweise nicht angeführt sind?

Schlüter beschreibt in deinem Zitat, dass die 90° Verschiebung nicht aufgrund der Präzession stattfinden, sondern auf mechanische Ursachen zurück zu führen sind auf die er leider nicht weiter eingeht - zumindest nicht in dem Zitat!
Aber es ist auch egal ob es Präzession ist, oder etwas anderes was diese Phasenverschiebung hervorruft.
beim zyklischen Steuern wird zuerst der größte Auftrieb durch den Anstellwinkel erzeugt, und dann ca. 90° später ist dann das Blatt erst oben.

An der Stelle, wo jetzt der Auftrieb durch den Anstellwinkel am größten ist, kommt jetzt noch eine Brise Gegenwind dazu, die den Auftrieb nochmals erhöht. Dass dann das Rotorblatt 90° später noch höher ist, ist eigentlich schon ein logischer Schluss.

Aber wie gesagt. Ich bin mir auch nciht ganz sicher, ob die 90° Phasenverschiebung auch für die Gegenwindkomponente auswirken...

lg
Martin

[mguw]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Welche Möglichkeiten gibt es nun, einen Rotor mechanisch aufbäumstabiler zu machen? Drehzahl erhöhen ist klar. Durch die hohe Anströmgeschwindigkeit durch die Drehzahl, erzeugt der Fahrwind relativ nur einen sehr geringen Unterschied zwischen links und rechts.

Martin

Hallo Martin

Es gibt noch einen andere art dieses aufbäumen zu veringern, wie bei großen helis.

Das funktioniert so: Das verlaufende Blatt hat mehr anströmung und auftrieb und biegt somit die kopfdämpfung nach oben. Das andere Blatt macht das Gegenteil. Der so entstehende mechanische flex kann benutzt werden um den anstellwinkel des vorlaufenden Blattes zu verringern und den anderen erhöhen und somit das aufbäumen zu verringern.

such begriff ist delta3. http://www.scotiabladerunners.ca/delta.htm

gruss

Marcel

[m.a.r.t.i.n]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Hallo Marcel,

danke für den Interessanten Artikel. Was ich am Delta3 trotzdem nicht verstehe ist die 90°Verschiebung:
1) Fahrtwind erzeugt Auftriebsdifferenz zwischen links und rechts
2) Rotor neigt sich nach hinten "...A gust of wind over the nose (head wind gust) will cause the main rotor rotor disk to tip aft because the advancing blade flaps up 90 degrees later from this increase in lift...."
3) Weil jetzt der Abstand zwischen Taumelscheibe und Rotor jetzt vorne größer ist als hinten, wirkt auch der delta3 Effekt an der Nickachse
4) auch der delta3 Effekt hat die 90° Verschiebung - also müßte er eine Rollbewegung erzeugen...

Ich habe den Text aber auf die schnelle auch nicht komplett verstanden weil mir einiges an Fachvokabular fehlt..
lg
Martin

[mguw]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Hallo

Martin, selber habe ich den artikel, nicht gelesen nur schnell raus gegoogelt als hinweis.

1) ok
2) ok
3) ok
4) ne, weil die anlenkung ja auch 90° davor ist (leading edge). In 3) sagst du "Weil jetzt der Abstand zwischen Taumelscheibe und Rotor jetzt vorne größer ist als hinten" und das ist ja schließlich ein normales nick nach vorne steuern, also was erwünscht ist, oder ?

gruss

Marcel

[AlexanderG]

AW: Warum neigt ein Rotor zum aufbäumen?

Halt Kollegen,

der Delta-3-Winkel hat keinerlei Phasenverschiebung. Als Physiker bin ich ein Freund der Vereinfachung. Lass uns folgendes annehmen: der rechtsdrehende Heli (mit Paddelstange und ohne elektronische Stabilisierung) schwebt stationär gegenüber der Luft, die ihn umgibt. Eind Windstoß kommt von vorne auf den Heli zu. Das vorlaufende Blatt, ab dem Zeitpunkt, ab dem es über das Heckrohr kommt, bis zum dem Zeitpunkt bis es über die Haube kommt, hat mehr Auftrieb und das andere Blatt weniger Auftrieb. Das bedeutet, der Rotorkreis neigt sich nach rechts, ähnlich einer entsprechenden Rollbewegung.

Wäre die Anlenkung der Rotorblätter genau in der Mitte der Rotorachse würde keine Gegenbewegung stattfinden. Die Delta-3-Anlenkung versetzt aber die Anlenkung etwas ausserhalb der Mitte der Rotorachse, so dass das Blatt zu einer Gegenbewegung gezwungen wird, da unsere Taumelscheibe ja fest steht. Dadurch ändert sich sofort der Anstellwinkel des Blattes. Das vorlaufende Blatt hat dann einen etwas kleineren Anstellwinkel, das rücklaufende Blatt einen etwas größeren Anstellwinkel. Also keinerlei Phasenverschiebung (Präzesion) , da hier kein Kreiseleffekt genutzt wird.

Der Delta-3-Winkel kann sowohl stabilisieren (F3C) als auch de-stabilisierend (F3N) genutzt werden.

Cheers


AlexG