Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

[beetlejuice]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Spannende Diskussion! Ein Beispiel aus der (modellflug-)Praxis: Wenn ich meinen Apachen in großer Höhe nach vorne kippe (Nase zum Boden) und für eine senkrechte Rolle voll Roll gebe tut sich erstmals gar nichts! Erst mit zunehmender Vorwärtsgeschwindigkeit (oder weil ich aus Angst Pitch einsteuere) dreht er sich. Im Loop das selbe, oberer Totpunkt mit 0 Pitch nur langsame Drehung, im Rest vom Loop deutlich agiler.
Blätter sind steif, aber die Blatthalter sind einzeln und sehr weich gelagert.

Hab ich bei meinen Besenstielen noch nicht so krass beobachtet.

[Johnny]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Blätter sind steif, aber die Blatthalter sind einzeln und sehr weich gelagert.

ßberraschung. Das gibt dir eine ewig lange Totzone bei 0 Collective, in der die Blätter kein Drehmoment auf den Kopf übertragen können. Erhöhst du den Rotorschub und damit die g-Kräfte, werden die Blätter (bzw deren Lagerwellen) in die Dämpfung gedrückt und können viel früher (mit weniger Cyclic) ein Drehmoment ausüben.

[Julian E.]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Ich möchte hier zum Thema Heli-Steuerung noch mal diesen Artikel in die Runde werfen:

http://www.heli-x.info/documents/HeliSteuerung1.pdf

http://www.heli-x.info/documents/HeliSteuerung2.pdf

[jumphigh]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

und wie sieht´s beim Heckrotor aus

Zumindest bei einem Motorheck wirkt ein Drehmomentausgleich.

Nehmen wir einen rechtsdrehenden Hauptrotor und einen Heckpropeller, der nach hinten dreht. Fliegt man bei so einem Motorheck eine Rechtskurve, beschleunigt der Heckpropeller und dreht stärker. Es entsteht ein zusätzliches/verstärktes Drehmoment in Richtung des Luftstromes, d.h. von hinten entlang der Helilängsachse gesehen nach rechts gerichtet. Dazu bildet sich ein Gegendrehmoment nach links an der Zelle aus. Dadurch kippt die Nase leicht nach unten, die Rotorscheibe folgt dem Mast und der Heli beschleunigt.

Bei einer Linkskurve verlangsamt sich das Motorheck, das Gegendrehmoment an der Zelle bewirkt das Hochziehen der Nase und damit ein Abbremsen. Da könnte man damals sehr gut bei den Picco-Z sehen: Rechtsrum wurde man schneller, linksrum bremste es. Das Heck steht wohlgemerkt gerade, auch wenn es da gewisse zusätzliche Tuningmaßnahmen gibt.

Zusätzlich bewirkt der schnellere Heckrotor bei Rechtskurven einen insgesamt erhöhten Drehimpuls, was der gesamten Stabilität des Helis zu gute kommt. Linksrum verringert sich der Gesamtdrehimpuls, der Flug wird instabiler. So bewerte ich es zumindest bei meinem Solo Pro 130. Piro links kippt schneller ab.

[<<Philipp>>]

Ganz schön viel:

Da hier nun so einige über die Kreiselpräzession schreiben, kann bestimmt jemand meine obige Frage beantworten.

Nimm ein Rad von einem Fahrrad an den Achsstummeln in linke und rechte Hand, versetze es mit dem Daumen in Drehung. Jetzt simuliere eine Lenkbewegung. Das Rad wird nicht willig dieser Bewegung folgen, sondern seitlich schräg wegtaumeln.

Präzession, Kreiseleffekt, Corioliskraft, alles das Gleiche, Ausdruck eines physikalischen Grundprinzips, der Massenträgheit.

Setz Dich im Geist auf ein Hochrad, fahr damit geradeaus. Jetzt lenk nach rechts, und betrachte dabei den Massepunkt, der sich in diesem Moment am höchsten Punkt des Rades, genau in der Lenkachse befindet. Gerade ist er exakt in Fahrtrichtung, von hinten unten nach oben gekommen und hat nichts anderes im Sinn als genau diese Bewegungsrichtung beizubehalten, will nur weiter schnurstracks nach vorn. Du zwingst ihn aber auf eine Bahn nach rechts, was er nicht will. Er zieht gegen Deinen Willen nach links, kippt das ganze Rad nach links, und damit hast Du Deine Präzession, Kreiselkraft, Coriolis...

Fürs Radfahren, mit Motor oder ohne, ist das sehr praktisch: Beim Reinlegen in die Kurve braucht´s nicht allein Fliehkraft auf die ganze Fuhre, damit man nicht umfällt, auch die Präzession der Laufräder sorgt für eine aufstellende Kraft.

Und um jetzt die Geschichte mit den 90° Wirkrichtung der Präzession im Zusammenhang mit der zyklischen Steuerung noch weiter zu hinterfragen bzw. zu widerlegen:
Der sauber zu zeichnende 90° Vektor stimmt theoretisch, solange sich nichts bewegt. Was bei einem weitgehend freien System passiert, sieht man an einem klassischen Kreisel: Der taumelt wild in alle Richtungen. So soll man einen Heli steuern?

Es kommt immer darauf an, wann die Energie dem System zugeführt wird!

Und WIEVIEL davon!

Bei den klassischen Resonanz-David-gegen-Goliath-Gschichtln geht´s ja immer darum, dass eine kaum zu glaubend geringe Energie gewaltige Wirkungen entfaltet:
Ein paar müde Krieger oder ein sanftes Lüfterl bringen Brücken zum Einsturz, ungeschickt gerippte Curbs lassen Radaufhängungen an Formel 1 Boliden brechen, minimale Schubser des Ankers halten die Unruh in Schwingung, ermöglichen tagelange Laufzeiten aus der minimalen Energie, die man im Federhaus einer Armbanduhr speichern kann.

Wennst mit einer gigantischen Hydraulik an einer Betonkonstruktion rüttelst, brauchst Dir über ihre Eigenfrequenz kaum Gedanken machen, Du wirst sie so oder so zerbröseln.

Der oben erwähnte Presslufthammer wird sich zwar theoretisch, praktisch aber völlig unbedeutend in seiner Anregungsfrequenz von dem Pendelchen einer Tischuhr stören lassen.

Erstens habe ich noch nie etwas über die Dimensionen der Energien im hier besprochenen System finden können, und aus dem Bauch heraus gebe ich der Eigenfrequenz des Rotorblattes keine guten Chancen gegen die wirkenden aerodynamischen Kräfte.

Zweitens hat zwar die Drehzahl, die ja beim RC Heli in einem weiten Bereich variieren kann, solchen Einfluss auf die Schwingung des Rotorblattes, dass sich Anregungs- und Eigenfrequenz gleich stark ändern, Masse und Dimension des Blattes beeinflussen die Eigenfrequenz jedoch unabhängig von der Drehzahl. Du kannst aber auf ein und den selben Heli ziemlich unterschiedlich dimensionierte Blätter schrauben, Roll bleibt trotzdem Roll, Nick bleibt Nick.

Insofern, Resonanz in der zyklischen Steuerung, einige wenige Grad Achsendrehung vielleicht, fertig!

Alleine, dass du hier überhaupt andeuten willst, irgendjemand wäre der Meinung, der Anstellwinkel der Rotorblätter würde die Höhe direkt regeln, ist ziemlich belustigend.

Das ist auch gewollt absurd!

Du hast völlig recht, Anstellwinkel und Geschwindigkeit sind nicht fix korreliert. Aber der direkte Zusammenhang ist natürlich klar vorhanden.

Anstellwinkel und Auslenkung haben aber direkt definitiv nix miteinander zu tun, trotzdem rechnet man mühsam herum und macht seltsame gedankliche Turnübungen, warum dann ein um 90° versetzter Zusammenhang da sein sollte!

Betrachten wir´s mathematisch:
Zeichne den Verlauf der Blattauslenkung als Sinuskurve. Um von Weg gegen Zeit die Geschwindigkeit zu berechnen, braucht´s das Differential. Aus Sinus wird Cosinus, und schon hast Du die 90°, die ein simpler Betrachtungsfehler ins System bringt!

Noch einmal richtig herum:

Maximaler zyklischer Pitch entspricht maximaler vertikaler Blattgeschwindigkeit, was (diesmal integriert) die dazu 90° versetzten maximalen Auslenkungen produziert.

Plusminus ein bisserl Resonanzeffekt genau das, was man will. Ganz simpel, oder?

Mittlerweile erkläre ich es mikroskopisch, dynamisch über die Impulsänderung der abgelenkten Massen.

So stelle ich mir das auch vor. Und der Bernoulli saugt ja ebenfalls nur Luftmasse von oben nach (außer in einem zu engen Windkanal), was den gleichen Effekt hat wie nach unten gedrückte Luft. Nur zum Rechnen ist dieses einfache Modell halt nicht ausreichend.

Ich möchte hier zum Thema Heli-Steuerung noch mal diesen Artikel in die Runde werfen: ...

Hab ich auch interessant gefunden, nur bei dieser dogmatischen Behauptung bin ich ausgestiegen:
"Beim Abstand Null (des Schlaggelenks von der Rotorachse) ist die Eigenfrequenz genau die Drehfrequenz des Hauptrotors."
Wieso? Blattmasse und -dimensionen beeinflussen die Eigenfrequenz auch.

LG, Philipp

[buell47]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Wer will sich das jemals alles durchlesen?

Wäre es nicht besser, ihr macht ne Telefonkonferenz, da lassen sich solche Dinge doch garantiert besser diskutieren, als hier unter dem banalen Threadtitel ein neues Heli-Wiki zu eröffnen? [emoji6]

PS.
Ich glaube Philipp ist in dieser Materie der Schlauste [emoji4] [emoji106]

[<<Philipp>>]

Danke für die Blumen!

Aber wie gesagt, mir geht´s weder ums Recht haben noch ums Diskussionen gewinnen!

Diesem schier undurchdringlichen Nebel rund um die zyklische Steuerung begegne ich halt öfter, wie in diesem Thema hier auch wieder. Hab mich extra deswegen im Forum angemeldet, um mitschreiben zu können.

Dass sich dann ein kompetenter RC-Helianer findet, macht das Plaudern natürlich umso interessanter.

Natürlich könnte ich heimlich mit jumphigh weiter diskutieren. Bringt aber der Gemeinschaft nix. Dass das Lesen der langen Ergüsse Zeit braucht ist klar. Man schreibt aber auch lang dran. Wenn´s ginge, würde ich mich eh kürzer fassen. Und wer nicht will, muss sich ja den Aufwand nicht antun!

LG, Phil

[Johan]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Wer will sich das jemals alles durchlesen?

Ich z.B., auch wenn ich nicht alles verstehe finde ich das Brainstorming gerade klasse!

LG Jo

[jumphigh]

AW: Ganz schön viel:

Und WIEVIEL davon!

Nein! Auch die Energiemenge ändert nichts an der grundsätzlichen Tatsache, dass das angeregte System immer mit der Frequenz der Anregung schwingen wird. Hätte man ein ungedämpftes System, würde trotzdem die geringste Anregung in Resonanz zu einer unendlichen Amplitude, also einer unendlichen Energie führen. Wir lösen die prinzipielle DGL einer gedämpften Schwingung mit harmonischer Anregung:

x''+2*r*x'+omega_0^2*x=F*sin(omega*t) mit x'=dx/dt, x''=d^2x/dt^2

Ansatz für eine spezielle Lösung der inhomogenen DGL ist x=B*sin(omega*t+phi). Man errechnet für die Amplitude B:

B=F/sqrt((omega^2-omega_0^2)^2+4*r^2*omega^2)

Wäre keine Dämpfung vorhanden (r=0), geht das gegen Unendlich für omega gegen omega_0, egal wie stark die Anregung F war.

Die Lösung der obigen DGL ist nun die Summe aus der speziellen Lösung und der Lösung der homogenen Gleichung. Diese ist jedoch eine exponentiell abklingende Schwingung, so dass nach einer gewissen Einschwingzeit nur noch die spezielle Lösung wirkt.

Der oben erwähnte Presslufthammer wird sich zwar theoretisch, praktisch aber völlig unbedeutend in seiner Anregungsfrequenz von dem Pendelchen einer Tischuhr stören lassen.

Ach so, so herum hättest du es gerne. Wenn es die Standuhr schafft, die Meißelspitze des Hammers zu bewegen, wird auch dieser wie das Uhrenpendel schwingen.

und aus dem Bauch heraus gebe ich der Eigenfrequenz des Rotorblattes keine guten Chancen gegen die wirkenden aerodynamischen Kräfte.

Es geht doch gar nicht um die materialbedingten Eigenschwingungen der Blätter! Die lenken wie Pendel um das Schlaggelenk aus, und die Eigenfrequenz dieser Schwingung hängt direkt von der Drehzahl des Rotors ab. Denn die (haupt-)rücktreibende Kraft dieser Schwingung ist eine Komponente der auf die Blätter wirkenden Zentripedalkraft. Und diese hängt von der Kreisfrequenz ab. Es kämpft also nicht die innere Stabilität des Blattes gegen die aerodynamischen Kräfte, sondern die Zentripedalkraft. Deshalb bilden auch die Blätter bei angelegtem Kollektivpitch einen Konus aus.

Du kannst aber auf ein und den selben Heli ziemlich unterschiedlich dimensionierte Blätter schrauben, Roll bleibt trotzdem Roll, Nick bleibt Nick.

Der Typ der Blätter hat nur Auswirkungen auf die Stärke der Schwingung durch ihr verschiedenes Trägheitsmoment für die Rotation um das Schlaggelenk. Damit nimmt man aber nur Einfluss auf die möglichen Amplituden (=Stärke der Steuerwirkung), nicht aber auf die Frequenz der Schwingung oder die Phasenverschiebung. Andere Blätter ändern also nicht die Steuerung, sondern nur die Stärke.

Plusminus ein bisserl Resonanzeffekt genau das, was man will. Ganz simpel, oder?

Ich verstehe es nicht, was du da rechnest. Zu Lösen ist die DGL einer Schwingung. Die theoretische Lösung sowie die Auswirkungen auf Amplitude und Phase ist bekannt. Trotzdem ist es nicht ganz simpel! In Realität stört die Kleinwinkelnäherung sin(x)=x, es treten höherharmonische Schwingungen auf etc. pp.

Ich habe hier ein Skript des IAG der Uni Stuttgart, was leider heute nicht mehr frei zu finden ist sowie einen Link zu Bittners Buch bei Google Books (ab Seite 71).

Und der Bernoulli saugt ja ebenfalls nur Luftmasse von oben nach (außer in einem zu engen Windkanal), was den gleichen Effekt hat wie nach unten gedrückte Luft.

Ich meinte eher die "gängige" Theorie beim Flügel mit Profil, wo die Luft auf der Oberseite beschleunigt wird und der statische Druck dadurch abnimmt, so dass von der Unterseite eine Kraft als Auftrieb wirken kann.

[<<Philipp>>]

Flugmechanik der Hubschrauber (ich hab die dritte Auflage), Bittner, Seite 84, erster Satz:
"Dem Rotorblatt werden die Schwingungen von den Luftkräften aufgezwungen, in periodischer Form, verursacht durch Anströmung und Ansteuerung. Usw."

Im Kapitel 5 geht´s um die Schlagbewegung, wie sie - nach meinem Verständnis - durch Schwingungen und Resonanzen beeinflusst wird, die dadurch entstehenden Gefahren, die dadurch verursachten Einflüsse auf die primär aerodynamisch erzwungenen Schlagbewegungen des Rotors.

Deswegen Pendel und Presslufthammer:
Aneinander fixiert (analog dem vom Luftstrom umfassten Rotorblatt) wird der Hammer, mit und ohne Pendel mit praktisch der selben Frequenz arbeiten.

LG, Philipp

[jumphigh]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Im Kapitel 5 geht´s um die Schlagbewegung , wie sie - nach meinem Verständnis - durch Schwingungen und Resonanzen beeinflusst wird, die dadurch entstehenden Gefahren, die dadurch verursachten Einflüsse auf die primär aerodynamisch erzwungenen Schlagbewegungen des Rotors.

Die Schlagbewegung wird durch die periodische ßnderung des Anstellwinkels der Blätter bei zyklischer Verstellung der Taumelscheibe ausgelöst. Man hat eine harmonische Zwangskraft auf die Blätter, die um das Schlaggelenk pendeln können. Dadurch entsteht die Schwingung, die zur Schiefstellung des Rotorkreises/-kegels führt, welche zum einen Momente auf den Mast überträgt und den Luftstrom bzw. Kraftvektor in eine Richtung anders als senkrecht nach unten lenkt.

Mit anderen Worten: Blattschlagen durch periodische Anstellwinkeländerung ist doch genau "die primär aerodynamisch erzwungenen Schlagbewegungen des Rotors". Ohne ständige Anregung gäbe es kein Blattschlagen, d.h. keine Auf- und Abbewegung des Blattes während eines Umlaufes.

[<<Philipp>>]

Einverstanden!

Und wenn Bittner auch von "der Einsteuerung sehr genau mit 90° Phasenverschiebung folgenden Maxima" spricht (Kap. 3.2.2), erklärt er das natürlich nirgends mit Präzession. Den Zusammenhang zwischen Anstellwinkel und Auslenkung hat er anscheinend so selbstverständlich intus, dass er gar nicht weiter darauf eingeht.

Mit "Einsteuerung" meint er den Punkt maximaler zyklischer Blattanstellung, obwohl eine Einsteuerung im Sinne von Zufuhr blattauslenkender aerodynamischer Kräfte ja nahezu während des ganzen Rotorumlaufs stattfindet.

Mit anderen Worten: Blattschlagen durch periodische Anstellwinkeländerung ist doch genau "die primär aerodynamisch erzwungenen Schlagbewegungen des Rotors". Ohne ständige Anregung gäbe es kein Blattschlagen, d.h. keine Auf- und Abbewegung des Blattes während eines Umlaufes.

Wir finden ja doch zusammen! Und um es salopp formuliert noch einmal zu verdeutlichen, die Blätter werden da aerodynamisch so rauf und runter gedroschen, dass Resonanzphänomene in der Regel nicht im Vordergrund stehen oder sogar weitgehend untergeordnete Bedeutung haben. Siehe dazu die "Lockzahl" (Kap. 5.5.2). Ich kann mir auch gut vorstellen, dass sich die Verhältnisse zwischen personentragendem Gerät und unseren RC Zwergen hier doch ein bisserl unterscheiden!

LG, Philipp

[jumphigh]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Mit "Einsteuerung" meint er den Punkt maximaler zyklischer Blattanstellung, obwohl eine Einsteuerung im Sinne von Zufuhr blattauslenkender aerodynamischer Kräfte ja nahezu während des ganzen Rotorumlaufs stattfindet.

Ja, das denke ich auch. Der Anstellwinkel der Blätter bekommt nicht nur einen "Schlag" an zwei Stellen, sondern wird natürlich durch die TS ständig geändert. Trotzdem betrachtet man gerne nur die Hoch-/Tiefstellung der TS als zyklische Einsteuerung.

Wir finden ja doch zusammen! Und um es salopp formuliert noch einmal zu verdeutlichen, die Blätter werden da aerodynamisch so rauf und runter gedroschen, dass Resonanzphänomene in der Regel nicht im Vordergrund stehen oder sogar weitgehend untergeordnete Bedeutung haben.

Wir waren auf einem guten Weg und nun versaust du es wieder. Es wird sogar von einem Resonanzrotor gesprochen, eben weil- in Abhängigkeit von den Schlaggelenken- das ganze System immer in oder nahe an der Resonanz betrieben wird. Genauer liegt die anregende Frequenz immer unterhalb der Eigenfrequenz. Das führt zu nahezu maximalen Ausschlägen mit einer Phase unterhalb von 90°. Ich habe von 78° aufwärts gehört.

Ich habe einen Auszug aus dem Skript der Uni Stuttgart angehangen. Dort findet man auf Seite 7 die Eigenfrequenz der schwingenden Blätter (0<=a<1). Seite 8 bringt den Begriff Resonanzrotor. Ich verweise aber auch auf Seite 3! Die bisherigen Betrachtungen sind nur für den langsamen Schwebeflug gültig. Mit Geschwindigkeit ändern sich die Kräfte auf die Blätter und die Anregung ist nicht mehr so schön harmonisch resonant. Dies führt dazu, dass die größten Auslenkungen weitab von den 90° stattfinden.

[Polten Sepp]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

[<<Philipp>>]

Hm ...

Genauer liegt die anregende Frequenz immer unterhalb der Eigenfrequenz.

Ja. Und in welcher Frequenz schlägt aber das Blatt? Genau im Takt des Blattumlaufs, oder? Würde der Rotor in einer anderen Frequenz als der anregenden schlagen, dann würde die zyklische Steuerung ständig um den Rotor laufen, statt brav die Zellenachsen einzuhalten.

Ich sag ja nix gegen die Existenz von Resonanzen und auch nicht, dass die nicht mitspielen würden. Sie verschieben aber nur das Maximum der Auslenkung ein bisserl. Resonanzrotor heißt Eigenfrequenz gleich Anregung, im Takt der Umdrehung, hoffentlich gedämpft, sonst knallt´s. Chef bleibt trotzdem immer die aerodynamische Anregung.

In diesem Dokument geht´s rein um die Massen bezogenen Schwingungen. Oder siehst Du da irgendwo die aerodynamischen Kräfte durch die zyklische Pitchveränderung?

Noch einmal, siehe Lockzahl. Was sagst Du dazu?

LG, Philipp