zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

[Julian E.]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Tut sie schon in bestimmte Situationen. Und zwar immer dann, wenn durch externe Kräfte versucht wird, das System als ganzes (also die Rotorkreisscheibe) zu beeinflussen.

Nur ist das eben beim Ansteuern des Rotorblattes nicht der Fall, auch wenn nach der Steuerung die Rotorkreisscheibe gekippt ist/wird. Du neigst ja nicht den Mast um das Drehende System zu beeinflussen (denn dann würde z.B. die Kreiselpräzession greifen).

Das verstehe ich eben nicht. Der Heil wird gesteuert, der zyklische Anstellwinkel der Blätter verändert sich, daher wirkt eine Kraft auf den sich drehenden Rotor - wo ist hier der Unterschied zu externen Einflüssen (ich spreche hier vom Modellhubschrauber)?

Evtl. mag sich ja der ein oder andere doch mal den von mir zitierten Artikel von Michael Schreiner durchlesen, ich würde diesen gerne mit in die Diskussion einbeziehen.

[webGandalf]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Ich verfolge das ganze fasziniert. Entdecke Dinge die mir vorher noch gar nicht bewusst waren. Und ich könnte noch nicht annähernd sagen ich habe es verstanden, auch wenn ich durchaus in der Lage bin die beiden physikalischen Gesetzmässigkeiten zu erfassen.

Ich kann es deshalb im Moment nicht begründen, aber ich denke beides wirkt an unseren Helis. Die Frage ist nur welche Gesetzmässigkeit ist für was zuständig.

Als richtig würde ich mal ansehen, dass die Kreiselpräzession eine gewisse Lagestabilität des Helis bewirkt. Würde aber sagen bei der Lageveränderung ist sie nicht ausschlaggebend. Bei der Lageveränderung muss sie sogar durch andere Kräfte überwunden werden, da sie eher für die Lageerhaltung "kämpft". Für die Lageveränderung ist dann die zyklische Blattverstellung zuständig die mit 90°-Vorlauf angesteuert wird. Und genau vor diesem Vorlauf stehe ich im Moment noch staunend. Das er richtig ist beweisen einfach all unsere Helis, die ja so fliegen wie wir wollen. Machen wir uns also mal an das verstehen warum das so ist....

Ich versuche das jetzt mal laut denkend etwas zu sortieren:
Ich kann die Ausführungen zum Pendel von Kevin problemlos nachvollziehen und verstehe dort auch die 90°-Vorlauf der Schwerkraft zur Pendelgeschwindigkeit, aber ich kann das noch nicht wirklich auf die Aerodynamik am drehenden Rotor respektive Blatt übertragen.

Wenn ich einen Karton waagerecht durch die Luft bewege und ihn auch nur ein klein wenig drehe spüre ich augenblicklich, wie die Luft angreift und ihn nach oben oder unten drückt. Aus diesem Experiment würde ich also schliessen für Nick positiv muss das Rotorblatt genau hinten durch Anstellen mehr Auftrieb erzeugen, was bekanntlich nicht stimmt. Kevin (oder eben die Physik) spricht von Anregender Frequenz (Aktion) und angeregter Frequenz (Reaktion). Für mich wird aerodynamisch der grösste Auftrieb auf der rechten Seite erzeugt, wirkt sich dann aber erst hinten am Heli aus.....

Anregende Frequenz ist die Drehzahl, also das Drehen selber. Was dann aber die angeregte Frequenz darstellt ist mir irgendwie noch nicht klar.

Ich frage mich hat das mit den Blattgummis zu tun. Bein T-Rex 500 steht da: Weiss 70°, Schwarz 80°. Beziehen sich diese Gradangaben auf den Vorlauf?
Weiss ist weich entspricht also grosser Dämpfung deutlich grösser 0, schwarz ist hart also kleiner Dämpfung nahe 0.

Wenn also das Blatt angestellt wird entsteht Auftrieb, der sich zuerst mal auf die Gummis auswirkt. Ist also die Schwingung des Blattes im Gummi die angeregte Frequenz?
Wenn ja, bedeutet diese Blattschwingung bei der gleichzeitig hohen Drehfrequenz des Rotors, dass es annähernd 90° Drehbewegung braucht, bis der Auftrieb hinten am Heli seine Wirkung entfaltet?!?

Wenn das so stimmt bin ich schon mal mächtig Stolz auf mich...... Dann habe ich das ganze viel schneller erfasst, als ich mir selber zugetraut habe.....

So jetzt helft mir da mal weiter! Denke genau an diesen Punkten kauen hier noch deutlich mehr Leute rum.

@Ralph:
Für mich ist aber trotzdem noch offen wo genau Du mit Dieter Schlüter nicht übereinstimmst. Kann auf diesem Hintergrund irgenwie nicht sehen was da in seinen Ausführungen falsch sein soll. Habe wohl Tomaten auf den Augen....

[Amok]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Evtl. mag sich ja der ein oder andere doch mal den von mir zitierten Artikel von Michael Schreiner durchlesen, ich würde diesen gerne mit in die Diskussion einbeziehen.

Ich habe sie beide durchgelesen und finde das hier geschriebene dort nur bestätigt.

Was halt wirklich entscheidend ist, ist das man nicht alle Rotorsysteme gleich behandeln kann. Schon gar nicht die Paddel-Helis mit den Rigid-Systemen. Und dann kommt es auch drauf an, ob ein gedämpfter Kopf zum Einsatz kommt, oder eben ein starrer, wie weich die Rotorblätter sind (ob also ein theoretisches Schlaggelenk im Blatt entsteht) usw.

Pauschal wird man keine endgültige Aussage treffen können, da sich je nach dem die physikalischen Grundlagen einfach vermischen (siehe die Paddel-Erklärung).

Das verstehe ich eben nicht. Der Heil wird gesteuert, der zyklische Anstellwinkel der Blätter verändert sich, daher wirkt eine Kraft auf den sich drehenden Rotor - wo ist hier der Unterschied zu externen Einflüssen (ich spreche hier vom Modellhubschrauber)?

Der Unterschied liegt eben darin, wer wo gegen drückt.
Stell dir eine Stange vor, auf der eine Scheibe montiert ist.
Die Stange wird gedreht und die Scheibe oben bildet jetzt einen Kreisel.
Jetzt versuchst du das System an der Stange zu kippen.
Durch die Kreiselpräzession wird die Bewegung des Systems 90° nach dem Impuls erfolgen.

Jetzt ist aber die Rotorkreisscheibe in Hinsicht auf die zyklische Ansteuerung keine Scheibe mehr, sondern muss zerlegt betrachtet werden. Wenn du ein Blatt anstellst, wird dieses Blatt schlagen und überträgt somit von oben her eine Kraft auf die Stange (um mal auf das Beispiel von eben zurück zu kommen). Die Rotorkreisscheibe als ganzes wird zwar dadurch auch geneigt, aber nicht, weil jemand diese Kreisscheibe gekippt hat, sondern weil die Bahn in der die Blätter laufen sich verändert hat.

Wenn ein Schwebender Heli bspw. einen Schub Seitenwind auf den Rumpf abbekommt, ist das eine externe Einstreuung in das System und der Heli würde dann nicht zur Seite weg kippen, sondern je nach Drehrichtung nach vorne bzw. nach hinten (wie eben mit der Stange und der Scheibe beschrieben).

mfg
Amok

[rotation]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Oben hab ich Blödsinn geschrieben ^^
Es handelt sich um ein Pendel und damit ist die Eigenfrequenz von Fliehkraft, also von der Drehzahl abhängig... War gestern zu spät...

Ich kann es deshalb im Moment nicht begründen, aber ich denke beides wirkt an unseren Helis. Die Frage ist nur welche Gesetzmässigkeit ist für was zuständig.

und zu welchem Anteil.

Kevin (oder eben die Physik) spricht von Anregender Frequenz (Aktion) und angeregter Frequenz (Reaktion). Für mich wird aerodynamisch der grösste Auftrieb auf der rechten Seite erzeugt, wirkt sich dann aber erst hinten am Heli aus.....

Anregende Frequenz ist die Drehzahl, also das Drehen selber. Was dann aber die angeregte Frequenz darstellt ist mir irgendwie noch nicht klar.

Die angeregte Frequenz wäre die Eigenfrequenz, in der das Blatt nach oben und unten schwingt. Wie eben bei einem Pendel, wenn man sich die Gravitation durch die Fliehkraft ersetzt. Durch den Anstellwinkel auf der rechten Seite erfährt das Blatt eine Kraft nach oben, die Reaktion, nämlich die maximale Auslenkung des Blatts erfolgt verzögert.

Ich frage mich hat das mit den Blattgummis zu tun. Bein T-Rex 500 steht da: Weiss 70°, Schwarz 80°. Beziehen sich diese Gradangaben auf den Vorlauf?
Weiss ist weich entspricht also grosser Dämpfung deutlich grösser 0, schwarz ist hart also kleiner Dämpfung nahe 0.
Wenn also das Blatt angestellt wird entsteht Auftrieb, der sich zuerst mal auf die Gummis auswirkt. Ist also die Schwingung des Blattes im Gummi die angeregte Frequenz?

Die 80° der Gummis ist nicht der Vorlauf. Es ist eine Angabe der Härte des Gummis:
Härte - Wikipedia
Ansonsten enspricht das genau meinem Verständnis mit der Schwingung.


Ich hoffe das stimmt jetzt soweit...

[Julian E.]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Der Unterschied liegt eben darin, wer wo gegen drückt.
Stell dir eine Stange vor, auf der eine Scheibe montiert ist.
Die Stange wird gedreht und die Scheibe oben bildet jetzt einen Kreisel.
Jetzt versuchst du das System an der Stange zu kippen.
Durch die Kreiselpräzession wird die Bewegung des Systems 90° nach dem Impuls erfolgen.

Jetzt ist aber die Rotorkreisscheibe in Hinsicht auf die zyklische Ansteuerung keine Scheibe mehr, sondern muss zerlegt betrachtet werden. Wenn du ein Blatt anstellst, wird dieses Blatt schlagen und überträgt somit von oben her eine Kraft auf die Stange (um mal auf das Beispiel von eben zurück zu kommen). Die Rotorkreisscheibe als ganzes wird zwar dadurch auch geneigt, aber nicht, weil jemand diese Kreisscheibe gekippt hat, sondern weil die Bahn in der die Blätter laufen sich verändert hat.

Ja ok, das leuchtet ein, wenn man einen Rotkopf mit Schlaggelenken bzw. elastischen Blatthälsen betrachtet. Beim Modellheli ist der Rotkopf bzw. die Rotorebene aber starr (von Dämpfungsgummis und Spiel mal abgesehen).

Hast Du ja auch schon geschrieben, dass letztlich der Aufbau des Rotorkopfes entscheidend ist. Geht man von einem absolut starren Kopf aus, kommt man nicht ohne Kreiseleffekt aus. Unabhängig davon, besteht eine Phasenverschiebung von 90° zwischen der Auslenkung der Paddel und dem Anstellwinkel der Rotorblätter.

Noch was: Im 2. Teil des Artikels von Michael Schreiner befindet sich eine Abbildung eines Rotorkopfes aus der Patentschrift von Dieter Schlüter. Wenn ich es richtig sehe, war hier die Rotorebene ebenfalls kippbar, nicht nur die Paddelebene?

[rosti]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Hallo an alle Wißbegierigen,

ich habe gerade erst mitbekommen, dass webGandalf diesen Thread ins Leben gerufen hat. Klasse! Ich freue mich riesig auf die (sachliche) Diskussion dieses spannenden Themas. Als Verursacher will ich mich da natürlich gerne beteiligen, bin aber momentan wegen einem häßlich vereitertem Zahn nicht wirklich fähig, klar zu denken. Sobald ich wieder klar im Kopf bin, werde ich mir den Thread genau durchlesen und darauf eingehen, wenn ich dann noch etwas Sinnvolles beitragen kann.

Die wichtigsten Dinge wurden hier ja schon genannt. Entscheidend ist, ob und inwieweit man den Rotorkopf als starres System betrachten kann oder nicht. (Ich tendiere zu der Ansicht, dass der Rotorkopf eines modernen Modellhelis im wesentlichen als starr betrachtet werden kann.) Die Frage, ob die wirkende Kraft von "außen" einwirkt oder vom Rotor selbst verursacht wird ist dagegen aus physikalischer Sicht gegenstandslos. In beiden Fällen handelt es sich um eine Wechselwirkung zwischen Rotorkopf und "Umwelt", die Wirkung ist identisch.

Viel Spaß am Lernen und Diskutieren - bis später
Ralph

[webGandalf]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Als Verursacher will ich mich da natürlich gerne beteiligen, bin aber momentan wegen einem häßlich vereitertem Zahn nicht wirklich fähig, klar zu denken. Sobald ich wieder klar im Kopf bin, werde ich mir den Thread genau durchlesen und darauf eingehen, wenn ich dann noch etwas Sinnvolles beitragen kann.

Ohh man, dann wünsche ich erst mal gute Besserung, und warte geduldig bis es Dir wieder besser geht.

[Amok]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Die Frage, ob die wirkende Kraft von "außen" einwirkt oder vom Rotor selbst verursacht wird ist dagegen aus physikalischer Sicht gegenstandslos. In beiden Fällen handelt es sich um eine Wechselwirkung zwischen Rotorkopf und "Umwelt", die Wirkung ist identisch.

Die Wirkung ist zwar identisch, aber die entscheidenden Unterschiede sind eben, ob es durch die Kreiselpräzession oder wegen der Phasenverschiebung passiert. Und das ist ja Thema

mfg
Amok

[w_else]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Die Wirkung ist zwar identisch, aber die entscheidenden Unterschiede sind eben, ob es durch die Kreiselpräzession oder wegen der Phasenverschiebung passiert. Und das ist ja Thema

mfg
Amok

Und genau dazu wirst du niemals eine eindeutige Aussage finden/machen können, weil beide Theorien ihre Berechtigung haben. Für mich ist zwar die Erklärung mit dem angeregten Fliehkraftpendel die einleuchtendste, weil man damit auch einen Phasenwinkel kleiner 90° erklären kann. Es gibt aber auch sehr kompetente Stimmen die sagen, man könnte dies auch mit der Kreiselpräzession.

Grüße
Walter

[Piloto]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Dieses Thema finde ich auch wieder einmal äußerst interessant. Gut daß man sich von China aus ein bisschen beteiligen kann :-).

Aussage: "Die Steuerung eines Hauptrotors in eine neue und gewollte Lage erfolgt nur mechanisch durch die zyklische Blattverstellung und nicht durch irgendwelche Kreiselkräfte."

Dieser Meinung bin ich nicht. Ein Helirotor ist meiner Meinung nach ein Kreisel und die Lageänderung wird durch eine Kraft von außen verursacht. Dabei ist es egal, ob man die Blätter zyklisch anstellt oder mit Pressluft von unten gegen den drehenden Rotor bläst. In beiden Fällen drückt die Luft gegen die Rotorblätter und verursacht die Lageänderung, im Idealfall natürlich in einem Winkel von 90 Grad.

Leider haben wir aber einen "Schlabberkreisel" mit den biegenden Blättern. Je nachdem, wo der größte aerodynamische Druck ansteht und sich der Schwerpunkt sowie die größte Flexibilität befindet, haben wir hier schon eine gewisse Winkelverschiebung. Jetzt muß auch noch der Rumpf mitgenommen werden und je nach Härte des Schlaggelenks und Rumpfmasse tritt eine zusätzliche Dämpfung auf, die den Winkel zumindest hier verkleinert.

Nachdem wir den Heli vorwärts geneigt haben, soll die Kreiselebene für den Vorwärtsflug möglichst nicht mehr geändert werden und man könnte mit dem Stick eigentlich wieder auf neutral gehen. Bewegt sich aber der Heli, wird das vorlaufende Blatt zu sehr angeströmt und der Pilot drückt den Knüppel nach vorne, um dies zu kompensieren und den Rotor in der gewünschten Neigung zu halten. In dieser Phase wirken meiner Meinung nach keine Kreiselkräfte mehr, da der Rotor die Lage beibehält.... bis zur ersten Kurve oder Flugfigur.

Gruß
Bruno

[webGandalf]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Hallo Bruno

...die Lageänderung wird durch eine Kraft von außen verursacht.

Diesen Punkt kann ich nicht nachvollziehen. Für mich würde eine Kraft von aussen dann wirken, wenn der schnell drehende Rotor durch kippen seiner Achse in eine gewisse Richtung gedrückt würde. Das wäre für mich eine Kraft die von ausserhalb des rotierenden Systems kommt. Das Verstellung des Blattanstellwinkels kann man sicher in gewisser Weise auch als eine Kraft von ausserhalb betrachten, die Kraft die aber dann durch das Schlagen des Blattes entsteht und für die Kippbewegung zuständig ist, kommt für mich aus dem rotierenden System selber heraus. Ohne die schnelle Drehung würde das Blatt durch den veränderten Anstellwinkel nicht zu schlagen beginnen. Also ist es ein Kraft die vom rotierenden System selber ausgeht. Sehe ich das so falsch?

[Amok]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Ok, neuer Gedankengang, neues Beispiel

Eine M10 Mutter an einem Bindfaden, der wiederum an einem Bleistift befestigt ist.
Der Bleistift steht senkrecht zur Erde und wird gedreht. Die Mutter wird beschleunigt und nach außen getrieben, der Bindfaden ist stramm und "steht Waagerecht" zum Bleistift.

Frage 1: Ist das jetzt ein Kreisel?

Frage 2: Was passiert, wenn man den Bleistift neigt?

Wenn das Konstrukt ein Kreisel wäre, müsste sich die "Kreiselfläche" oben ja 90° verspätet neigen. Ich behaupte aber, das egal wie der Bleistift geneigt wird, die Mutter an ihrer Schnur weiter in der alten Bahn läuft.

So würde sich auch ein Rotorblatt verhalten, egal was der Rumpf unten macht.
Jetzt wird aber das Blatt selbst "angestubst" und ausgelenkt (durch die zyklische Steuerung).

Also nehmen wir wieder unseren Bleistift mit dem Bindfaden und der Mutter und "drücken" jetzt an einer Stelle (Zyklisch) gegen den Bindfaden.

Frage 3: Was passiert dann, bzw. an welcher Stelle schwingt die Mutter am weitesten aus?

mfg
Amok

[Julian E.]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Diesen Punkt kann ich nicht nachvollziehen. Für mich würde eine Kraft von aussen dann wirken, wenn der schnell drehende Rotor durch kippen seiner Achse in eine gewisse Richtung gedrückt würde. Das wäre für mich eine Kraft die von ausserhalb des rotierenden Systems kommt. Das Verstellung des Blattanstellwinkels kann man sicher in gewisser Weise auch als eine Kraft von ausserhalb betrachten, die Kraft die aber dann durch das Schlagen des Blattes entsteht und für die Kippbewegung zuständig ist, kommt für mich aus dem rotierenden System selber heraus. Ohne die schnelle Drehung würde das Blatt durch den veränderten Anstellwinkel nicht zu schlagen beginnen. Also ist es ein Kraft die vom rotierenden System selber ausgeht. Sehe ich das so falsch?

Die Blätter schlagen ja aufgrund des unterschiedlichen Auftriebs, der vom veränderten Anstellwinkel herrührt. Durch die Schlagbewegung entsteht keine Kraft, die Blätter schlagen, weil eine Kraft wirkt.

[Piloto]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Hallo Bruno


Diesen Punkt kann ich nicht nachvollziehen. Für mich würde eine Kraft von aussen dann wirken, wenn der schnell drehende Rotor durch kippen seiner Achse in eine gewisse Richtung gedrückt würde. Das wäre für mich eine Kraft die von ausserhalb des rotierenden Systems kommt. Das Verstellung des Blattanstellwinkels kann man sicher in gewisser Weise auch als eine Kraft von ausserhalb betrachten, die Kraft die aber dann durch das Schlagen des Blattes entsteht und für die Kippbewegung zuständig ist, kommt für mich aus dem rotierenden System selber heraus. Ohne die schnelle Drehung würde das Blatt durch den veränderten Anstellwinkel nicht zu schlagen beginnen. Also ist es ein Kraft die vom rotierenden System selber ausgeht. Sehe ich das so falsch?

Verstehe, was du meinst. Meiner Meinung nach ist in dem rotierenden System nur die Drehenergie und die welche die von der Rotorwelle bei Abfall der Drehzahl zugeführt wird. Bei einer Anstellwinkeländerung drückt dann der Auftrieb der Luft den Rotor aus der Lage. Im Vacuum wäre keine Reaktion. In der Luft ohne Drehzahl auch nicht. Für mich ist es die Luft von außen, die den Rotor aus der Lage drückt. Auch wenn man die Kraft als eine aus dem Rotor sehen würde, ohne
Gegenkraft würde er sich nicht bewegen. Vielleicht müßte ich sagen, die Gegenkraft der Luft ändert die Lage des Rotorkreises.

[webGandalf]

AW: zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession

Die Blätter schlagen ja aufgrund des unterschiedlichen Auftriebs, der vom veränderten Anstellwinkel herrührt.

Aber nur durch die Drehbewegung in welcher die eigentliche Kraft steckt.
Die Drehfrequenz ist dann ja auch die sogenannte anregende Kraft welcher mit annähernd 90 Grad die angeregte Kraft folgt welche die Neigung des ganzen rotierenden Systems zur Folge hat.

Durch die Schlagbewegung entsteht keine Kraft, die Blätter schlagen, weil eine Kraft wirkt.

Jaein....
Da bin ich mit Dir nicht ganz einverstanden. Recht hast Du, dass da eine anregende Kraft drauf wirkt, aber es wird dann dadurch auch eine angeregte Kraft erzeugt. In diesem Schlagen oder Schwingen steckt schon Kraft und nicht zu wenig. Vergleiche das mal mit einer schwingenden Gittarensaite. Wenn da keine Kraft drinn wäre, würde es nicht zu einem Ton kommen, da der Resonanzkörper nicht angeregt werden könnte.

Ich bin mit Dir einig, dass der Rotor als gesamtes als Kreiselsystem angesehen werden kann, die Kreiselpräzession aber eher für eine gewisse Lagenstabilisierung zuständig ist als für die präzise Steuerung.