Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

[<<Philipp>>]

Resonanz 6:

Jetzt versuche ich noch die Kurve von der Resonanz zur erzwungenen Schwingung zu kriegen und setze dazu ein Kind auf eine Schaukel:

Es sitzt bewegungslos (unrealistisch, man muss sich hier jetzt trotzdem bemühen, es sich so vorzustellen) und schwingt hin und her. Das würde eine Weile so gehen, also haben wir da ein wenig gedämpftes System.

Papa will seinen Spross energiesparend weiter schaukeln lassen, also nützt er die Resonanz, speist periodisch aus dem System entwichene Energie wieder ein. Ein Schubs pro Zyklus, wo ist egal, solange die Geschwindigkeit des Schubses zu der vom Kind passt, es soll ja die harmonische Schwingung nicht allzu sehr gestört werden.

Wir haben also eine resonante harmonische Pendelschwingung, ständige Umwandlung von maximaler potentieller Energie vorne und hinten in kinetische am tiefsten Punkt und wieder zurück. Energieverluste des Systems werden regelmäßig ausgeglichen, das System schwingt in seiner Eigenfrequenz. Trotz geringer Dämpfung läuft es nicht in die Resonanzkatastrophe, Papa checkt ja dauernd die Amplitude, speist nur ein, was verloren geht.

Wenn Papa jetzt auf die Idee kommt, die Schaukel schneller oder langsamer schwingen zu lassen, dazu noch das ganze in einer Sinusfunktion zu halten, sollte er besser die Länge der Seile (die Eigenfrequenz) verändern, sonst wird´s mühsam!

Papa produziert dann nämlich eine erzwungene Schwingung, und das bedeutet:

Einerseits kann er jetzt nicht mehr, wie im Resonanzfall, irgendwann einen kleinen Schubs ins System schicken, sondern muss während der gesamten Schwingung kontinuierlich Energie zu- und abführen, Kind und Schaukel permanent bremsen und beschleunigen, ständig andere Bewegungen erzwingen als von selbst ablaufen würden.

Andererseits ist das Timing anspruchsvoll, wenn am Ende wieder so etwas wie eine Sinusschwingung entstehen soll.

Man kann die Sache an zwei (drei, vier) Eckpunkten aufhängen:
Null Geschwindigkeit an den Umkehrpunkten (Sinus Maxima), maximale Geschwindigkeit unten (Sinus Nulldurchgang).

Damit wird klar, dass die Anregung auch von der Geschwindigkeit her passen muss, langsam an den Maxima, schneller an den Nulldurchgängen. Die jetzt nicht mehr nur schubsende Hand, sondern die nun schwingungserzwingenden Hände können ohne Geschwindigkeitsdifferenz zum schaukelnden Kind keine Kraft übertragen. Anders als bei der Resonanz muss die Sache dazu noch nicht nur in einem schmalen Anregungsbereich stimmen, sondern während der gesamten Schwingungsdauer.

So, genug mit Nachwuchs, zurück zum Rotor - nach dem Sonntagsfrühstück!

LG, Philipp

[<<Philipp>>]

Rotor, aber vorher ...

... muss ich noch einmal zur Schaukel zurück:

"Die maximale Auslenkung folgt der Anregung mit 90° Phasenversatz"

Das mag für bestimmte Konfigurationen gelten, beim schaukelnden Kind (Anregung an der schwingenden Masse) habe ich Probleme mit dieser Aussage:

Erstens, wie mache ich den Punkt der Anregung fest, weil punktuell kann sie nicht sein, muss sich immer über einen Zeitraum erstrecken.

Zweitens, gerade in der Resonanz ist es völlig egal, wo in der Phase ich schubse, solange ich passend zur momentanen Bewegung schubse.
Ich kann genau am bis kurz nach dem Umkehrpunkt anregen, der wohl typischste Schaukelschubser. Es geht aber auch rund um den Nulldurchgang, oder über eine gewisse Strecke in der Aufwärtsbewegung, oder, oder, ....

Also wie kann ich da überhaupt von einem bestimmten phasischen Zusammenhang von Anregung und Auslenkung sprechen?

LG, Phil

[<<Philipp>>]

Rotor, endlich!

Schaukel weg, Blatt her, Achse um 90° gekippt, Schlagbewegung:

Auch diese Bewegung, harmonische Schwingung oder nur so ähnlich, hat die gleiche energetische Basis wie schaukelndes Kind oder Uhrpendel, ständige Umwandlung von potentieller Energie in kinetische und retour.

Damit gibt´s auch hier die Maxima (von Auslenkung und zugleich potentieller Energie) und die Nulldurchgänge (Nulllage, Null potentielle Energie, dafür maximale kinetische).

"Kinetisch", da kommt Bewegung ins Spiel, Geschwindigkeit, und da sollte klar sein, dass ich mir - wenn ich in ein sich bewegendes System Energie einleiten will - mir Gedanken über die Geschwindigkeit machen muss, mit der ich meine Kraft wirken lasse.

Will ich mit einer Luftschraube Kräfte entwickeln, nehme ich für geringe Geschwindigkeiten eine mit geringem Anstellwinkel, für hohe Geschwindigkeiten eine mit großem Anstellwinkel.

Klar, worauf ich hinaus will?

Egal, ob ich mein Rotorblatt nur hin und wieder schubsen muss, weil es ohnehin aufgrund von Resonanz annähernd so schwingt, wie ich will, oder ob ich es permanent zwingen muss, den von mir gewünschten Takt einzuhalten, die dazu erforderlichen Anstellwinkel des Blattes müssen zu seiner momentanen vertikalen Geschwindigkeit passen!

Und damit ergibt sich zwingend:
Um Null an den Maxima, viel Pitch an den Nulldurchgängen. Was sonst?

Dazu zwei (gedankliche) Experimente:

Erstens:

Rotor zyklisch ausgelenkt, aber nicht wie üblich durch die zyklische Blattverstellung, sondern durch eine Kulissenkonstruktion, wie immer die aussieht (z.B. Blech mit sinusförmiger Nut, zu einem Zylinder gewickelt, in diesem Zylinder dreht sich mit gleicher Achse der Rotor, greift mit Stiften an den Blattenden in die Nut). Der Rotor vollführt also bei Rotation eine typische Schlagbewegung, aber völlig unabhängig von aerodynamischen Kräften. Es ist da jetzt auch egal, ob das in Resonanz geschieht oder erzwungen ist, der Rotor hat keine Wahl, die mechanische Führung gibt gnadenlos den Takt an.

Und jetzt stellen wir uns die Frage, wie man den Anstellwinkel der Rotorblätter steuern müsste, um KEINERLEI vertikale aerodynamische Kräfte entstehen zu lassen, das System aerodynamisch NICHT anzuregen:

Null an den Maxima und maximal an den Nulldurchgängen, also die Profilsehne (eines symmetrischen Profils) immer in der Rotorkreisebene. Was sonst?

Damit haben wir also den Ablauf der zyklischen Blattverstellung, bei der keine anregenden Kräfte erzeugt werden. Will ich doch Kraft ausüben, muss ich von dieser Nullkraft Lage abweichen.

Schwingt das Blatt in Resonanz, reicht es, hin und wieder, irgendwo im Umlauf kurz einmal von Nullkraft auszulenken, einen kurzen Energiepuls zu setzen.

Muss ich es zwingen, braucht es ständige Abweichungen von diesem "zyklischen Nullkraftpitch".

Also ist der Ablauf der zyklischen Blattansteuerung, wie wir ihn an allen Helikoptern finden, ein ganz logischer und natürlicher Prozess, für den es keine anderen Erklärungen braucht. Schon gar keine wie die Phasenverschiebung in der Resonanz, siehe vorigen Beitrag.

Zweitens:

Bekannt, hat wohl jeder schon gemacht, sich dabei Rügen der Eltern eingefangen, gefährlich, stimmt ja:

Auto fährt, Fenster auf, Hand raus, mit der Handfläche Flügel spielen. Kein Anstellwinkel, Hand bleibt auf gleicher Höhe, Anstellwinkel drängt Hand rauf oder runter, viel davon schnell, wenig langsam.

Man kann natürlich auch ein Rotorblatt raushalten und durch harmonische ßnderung des Anstellwinkels den Lauf des Blattes in zyklischer Auslenkung aus seiner Rotation in eine Ebene heraus wickeln. Es wird im wesentlichen dabei bleiben: Nullpitch oben und unten, maximal in der Mitte zwischen oben und unten.
Auch wenn man nach irgendeinem nicht harmonischen Ablauf, auch einem völlig chaotischen, den Anstellwinkel ändert, bleibt der Zusammenhang: Anstellwinkel korreliert mit Geschwindigkeit quer zur Profilsehne.

Abschließend:

So unverfälscht verhält sich das alles natürlich nur ohne Masse. Wenn sich das reale, massebehaftete Blatt einmal in eine Richtung bewegt, will es durch Trägheit weiter. Schwer und schnell braucht viel Kraft, um es von einer Umkehr der Bewegungsrichtung zu überzeugen.
Und da sind wir dann wieder bei dem schon wiederholt angesprochenen Verhältnis aller wirkenden Kräfte.
Deshalb beobachtet man im wirklichen Leben die Phasenverschiebungen zwischen Pitch und Auslenkung, ein paar wenige Grad, sicher keine 90!

LG, Philipp

[Polten Sepp]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Ich glaube trotzdem das die Kreiselpräzession für den Steuervorlauf verantwortlich ist.

[<<Philipp>>]

OT!

Das Thema Glauben behandeln wir hier jetzt aber wirklich nicht!

LG, Phil

[<<Philipp>>]

DFC etc.

Zu den Low Speed Vibrationen bei hart und spielarm geführten Blattlagerwellen passen die ßberlegungen zu Schlaggelenkabstand und Dämpfung der Schlagschwingung sehr gut.

Deswegen danke für die Frage, Thomas!

SOWOHL Schlaggelenkabstand ALS AUCH Dämpfung werden durch die üblichen "Dämpfungsgummis" beeinflusst.

Mit den POM Buchsen des DFC Kopfes bekommt man einerseits eine Reduktion der Dämpfung und andererseits einen gewissen Abstand des "Schlaggelenks" zur Rotorachse. Ein Gelenk im eigentlichen Sinn des Wortes ist ja nicht vorhanden (was man im Interesse der direkten Steuerreaktionen so haben will). Je nach Biegeverhalten des Rotors kann man aber irgendwo ein "fiktives Gelenk" annehmen, das bei unterschiedlich aufgebauten Blättern mehr oder weniger Abstand zur Rotorachse haben kann.

Zutat Nummer eins für spürbare Resonanzschwingungen: Geringe Dämpfung - Vorhanden!

Zutat Nummer zwei für Resonanz: Zur Eigenfrequenz passende Anregung - Findet sich irgendwo an einem Heli!

Jetzt ist ja nur bei einem zentralen Schlaggelenk die Eigenfrequenz der Schlagschwingung gleich der Umlauffrequenz des Rotors. Entfernt sich das Schlaggelenk von der Rotorachse, wird die Eigenfrequenz höher.
Geht diese Eigenfrequenz in Resonanz, ist die Schwingung NICHT MEHR SYNCHRON zum Rotorumlauf.

Ergebnis ist eine zyklische Blattauslenkung, die aber um die Rotorachse dreht. Der ganze Heli beginnt zu "wobbeln", weil er ständig wechselnd, um die Hochachse kreisend, minimal auf Roll und Nick angesteuert wird.

Dass das nur bei gewissen Drehzahlen auftritt, speziell bei niedrigen, kann verschiedene Gründe haben:
- Lage des "fiktiven Gelenks" und die davon abhängige Eigenfrequenz der Schlagbewegung. Beeinflussbar durch unterschiedlich biegesteife Blätter.
- Die Lage des Blattschwerpunktes beeinflusst die Eigenfrequenz.
- Die Frequenz der Anregung hat mit der Drehzahl zu tun, muss zur Eigenfrequenz passen.
- Dieses "Wobbeln" geht ja stufenlos in den Bereich der Luftresonanz über, also können Schwingungen innerhalb des ganzen restlichen Helis überlagern, das Phänomen verstärken, es aber auch auslöschen.
- Bei hohen Drehzahlen nimmt die Geschwindigkeit der schlagenden Blätter zu, was die Dämpfung der Schwingung durch Luftkräfte erhöht. Die erhöhte Dämpfung reduziert, bzw. verhindert die Ausbildung einer spürbaren Resonanz Amplitude.

Ersetzt man die POM Buchsen durch Gummis, passieren zwei Dinge:
- Die Dämpfung wird erhöht. Schlecht für Resonanzen!
- Es bildet sich so etwas wie ein zentrales Schlaggelenk. Die Blattlagerwelle kann ja jetzt durch die Nachgiebigkeit der Gummis auf der einen Seite runter, auf der anderen den gleichen Betrag rauf, was einer Kippung um eine mittige Achse entspricht.

Zentrales Schlaggelenk bedeutet, dass die Eigenfrequenz der Schlagbewegung dem Rotorumlauf entspricht. Damit bleiben diese Schwingungen - so sie aufgrund der Dämpfung überhaupt noch entstehen - stabil in einer Ausrichtung stehen, drehen sich eben nicht um die Hochachse. Dadurch bewirken sie vielleicht eine geringe Tendenz, dass der Heli in irgendeine Richtung kippt, was bei der üblichen Instabilität des Helikopter Fluges gar nicht weiter auffällt. Entweder der Pilot steuert es automatisch aus, oder das FBL System übernimmt das.

Dass die Sache mit dem zentralen Schlaggelenk möglicherweise der Clou daran sein könnte, hat Jan Henseleit beim ersten TDR gezeigt. Um Low Speed Wobbeln zu eliminieren, hat er den sogenannten "Wackelkopf" kreiert. Harte Buchsen, aber mit etwas Spiel eingebaut. Damit bekommt er das Beste aus zwei Welten, direkte Steuerreaktionen, trotzdem kein Wobbeln bei niedrigen Kopfdrehzahlen.

Wackelkopf bei Aligns DFC geht aber schlecht, weil das die starre Blattanlenkung überlasten und zu Brüchen führen kann. Da muss es hart UND möglichst spielfrei sein!

Es gibt übrigens genug T-Rex Piloten, die DFC mit sehr niedrigen Drehzahlen fliegen und trotzdem keine Probleme mit unerwünschten Schwingungen haben. Wie gesagt, dazu braucht´s den richtigen Mix an Zutaten.

Zwei Anmerkungen noch:

Erstens, wie schon erwähnt, hat das Wobbeln auch mit Luftresonanz zu tun. Da kommt´s zu Schwingungen, die den ganzen Heli beuteln, deswegen ist es nicht egal, wie der diese Schwingungen aufnimmt, was an Schwingungsfähigem angeregt wird, zur Beruhigung beiträgt, oder zu einem katastrophalen Ende führt. Von da her gesehen hat das Problem eigentlich nichts mit der zyklischen Steuerung zu tun, und das führt zu

zweitens, denn auch wenn der Heli wobbelt, bleibt er in der Regel ganz normal steuerbar. Oft genug bemerkt man die Schwingungen nur im Schwebeflug, während der meisten Manöver fallen sie dann gar nicht auf.
Daran sieht man aber wieder, dass Resonanz zur zyklischen Steuerung anscheinend (oder offensichtlich) nicht notwendig ist. Die Eigenfrequenz des Rotors manifestiert sich in einer störenden Resonanz, gesteuert wird mit einer erzwungenen Schwingung anderer Frequenz, trotzdem funktioniert alles bestens!

LG, Philipp

[ThomasC]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Sodele, da samma wida

Ich glaube trotzdem das die Kreiselpräzession für den Steuervorlauf verantwortlich ist.

Ich hab nicht mal die Kreiselpräzession verstanden. Glauben tu ich aber auch nix wenn ich net grad in die Kirche dafür gehe (meide ich seit Jahren konsequent ). Denke, da muß ich mich doch mal intensiver mit Physik befassen.

[MENTION=60618]Phi[/MENTION]l: ich glaub, ich lass einfach meine Signatur so stehen ziemlich komplexe Sache. Aber ich hab mir mit Absicht ein schwieriges Hobby mit vielerlei Wissensbereichen rund um Aviation, Physik, Chemie, Elektrotechnik und Steuermotorik ausgesucht. Da gibt es wesentlich langweiligere Hobbies ...

Gruß vom Hangar

ThomasC

[<<Philipp>>]

Auf den Punkt gebracht, ...

... zumindest der Versuch, ganz kurz geht nicht:

Bisher gab es unheimlich viel Text von mir, der jedenfalls meine Gedanken, mein bisher eher diffuses Unbehagen zu diesem Thema geordnet hat, andere werden beim Lesen sicher schnell Lust und ßberblick verloren haben. Deswegen jetzt auch die Zusammenfassung zuerst, die Details dazu danach, in ein paar Punkten gegliedert:

Zyklische Ansteuerung eines Rotors erzeugt eine Schwingung, das Blattschlagen. Diese Schwingung kann erzwungen sein, oder in unterschiedlichem Ausmaß in Resonanz gehen.

Durch Resonanz verändert sich hauptsächlich der Energiebedarf der Schwingung, muss dem Rotor (bei geringer Dämpfung) weniger Energie zugeführt werden, um die Amplitude der Schlagbewegung gleich zu halten.

Da die Energie direkt in die Masse des Rotorblattes eingeleitet wird und nicht über Schwingungen, die auf die Rückstellkräfte wirken, sind keine Phasenverschiebungen beschreibbar, wie sie für das klassische Modell mit an umlaufendem Exzenter hängendem Federpendel typisch sind.

Die Zufuhr von Energie erfolgt durch den Aufbau aerodynamischer Kräfte. Dazu wird das Blatt von seinem "Nullkraft Pitch" ausgelenkt, ein Anstellwinkel zu seiner Rotationsebene aufgebaut.

Schon ohne aerodynamische Kräfte zu entwickeln, ist der Ablauf des zyklischen Pitch so, wie man ihn typischerweise beobachtet:

Am höchsten und tiefsten Punkt der geneigten Rotorebene kein Anstellwinkel, mittig dazwischen maximale Anstellwinkel, gleich dem Winkel zwischen Rotorebene und -achse.

Erforderliche Kräfte entstehen durch Abweichungen von diesem grundlegenden Pitchverlauf. Sie sind aber offensichtlich in der Praxis so gering, dass sie erst bei genauerer Betrachtung auffallen. Massenkräfte und die Verdichtbarkeit der Luft führen zu geringen Phasenverschiebungen, die dann durch einige wenige Grad Steuervor- oder -nacheilung kompensiert werden müssen.

Das Erklären einer nur scheinbaren Voreilung von ungefähr 90° bei der zyklischen Rotorsteuerung durch Resonanz oder Präzession ist weder notwendig noch richtig!


Punkt 1, Resonanz theoretisch:

Da wird immer sofort von Phasenverschiebungen gesprochen, und ruckzuck werden entsprechende Formeln ausgepackt. Dabei geht man aber von diesem Modell aus. Eine harmonische Schwingung überträgt permanent Energie in ein anderes harmonisch schwingendes System, ein Federpendel.

Die Energiezufuhr erfolgt hier über die Feder!

- Erstens besteht eine elastische Verbindung der schwingenden Systeme, die Phasenverschiebungen überhaupt erst möglich macht.
-Zweitens sind das zwei Sinusschwingungen, wo ich Phasenverschiebung exakt definieren kann.

Punkt 2, Resonanz praktisch:

Viele klassische Beispiele - die Unruh einer Uhr, das Kind auf der Schaukel, Soldaten auf der Brücke - funktionieren aber anders:

Die Energiezufuhr erfolgt direkt in die schwingende Masse und das auch nur während eines Teils der Schwingungsphase, keine Spur von harmonisch!

Die Ankergabel auf die Ellipse der Unruh, Papas Hand auf den Kinderrücken, Soldatenstiefel auf die Brückenfahrbahn, immer sind das zeitlich begrenzte Impulse.

- Erstens ist also die Anregung nur selten eine harmonische Schwingung, wirkt meist nur in einem Teil der Schwingungsphase des angeregten Systems, kann in unterschiedlichsten Phasen der Schwingung erfolgen, und das mit einem direkten Impuls, der keine nennenswerte Phasenverschiebung zulässt.
- Zweitens kann man wegen des variablen Zeitpunkts eines anregenden Impulses keinerlei fixen phasischen Zusammenhang zwischen Anregung und Amplitude der angeregten Schwingung herstellen. Und wenn ich es wirklich schaffe, der schwingenden Masse harmonisch und auf direktem Weg Energie zuzuführen, dann muss das zwingend weitgehend phasensynchron erfolgen!

Punkt 3, Resonanz am Rotor:

Die Feder in diesem System ist die Fliehkraft, sie ist bei gleicher Drehzahl und gleicher Masse konstant, kann also keine Schwingung anregen.

Im Zusammenhang mit zyklischer Steuerung bleibt zur Anregung nur die Luftkraft, die natürlich direkt am Rotorblatt wirkt!

Damit wird klar, das in der gesteuerten Schlagbewegung schwingende Rotorblatt gehört in die Gruppe von Unruh, Kind, Brücke, wenn es um die Beschreibung eines Resonanzphänomens geht. Eine Phasenverschiebung wie beim klassischen Federpendel Experiment findet hier nicht statt.

Punkt 4, erzwungene Schwingung:

Es muss permanent Energie in das System eingebracht werden, um es in eine annähernd harmonische Schwingung zu versetzen, ich will ja dauernd dass es etwas anderes tut, als es selbst will. Ganz anders ist die resonante Schwingung, da kann ich zwar ebenfalls permanent Energie zuführen (wie im oben verlinkten Experiment), gelegentlich schubsen reicht aber. Irgendwie "erinnere" ich das System ja nur daran, das weiter zu tun, was es ohnehin will.

Auch hier gibt´s den Unterschied zwischen der Anregung über die Feder im System oder direkt an der schwingenden Masse. Im einen Fall treten wieder deutliche Phasenverschiebungen auf, im anderen Fall nur geringe, je nach Art der Kraftübertragung und Messung.

Punkt 5, wie Energie ins Rotorblatt kommt:

Natürlich ist die aerodynamische Energie gemeint, die es dazu bringt, eine Schlagbewegung auszuführen.

Zäumen wir es von hinten auf, wie kommt KEINE Energie ins System?

Beim Rotor ohne zyklische und kollektive Ansteuerung ist das ganz einfach, das Rotorblatt (mit symmetrischem Profil) hat rundherum Pitch Null, erzeugt keinen Auftrieb, keinen Abtrieb. Das ist der "Nullkraft Pitch", die Profilsehne des Blattes liegt immer in der Ebene des Rotorkreises. Außer dem unvermeidlichen Widerstand wirken keine aerodynamischen Kräfte.

Stellen wir uns jetzt ein Rotorblatt vor, das zyklisch ausgelenkt ist, bei dem das Blatt aber nicht aerodynamisch zum Schlagen gebracht wird, sondern durch irgend eine andere Kraft, egal welche, kann auch eine wundersame Resonanz sein.

Wie muss hier die zyklische Veränderung des Anstellwinkels ablaufen, damit KEINE aerodynamischen Kräfte auftreten, weder Auf- noch Abtrieb entsteht, um das Blatt bei seiner zyklischen Auslenkung nicht zu stören?

Antwort:
Wieder braucht´s den Nullkraft Pitch mit der Profilsehne des Blattes in der jetzt schräg zur Rotorachse liegenden Rotorkreisebene.

Man kann´s auch einfacher sagen, das Blatt fährt immer ohne Anstellwinkel durch die Luft.

Dieser Pitch ist an den am weitesten ausgelenkten Punkten des Blattes Null, in der Mitte dazwischen hat er beidseits sein Maximum, den gleichen Winkel wie die ganze Rotorscheibe zur Rotorachse hat.

Das kommt einem doch vertraut vor, oder?

Will ich aerodynamische Kräfte auf ein Rotorblatt wirken lassen, dann muss ich von diesem Nullkraft Pitch abweichen, es ausgehend DAVON auslenken, Auftrieb in die eine oder andere Richtung erzeugen.

Will man Beziehungen zwischen wirkenden aerodynamischen Kräften und den dadurch verursachten Auslenkungen des schlagenden Rotorblattes analysieren, kann man keinesfalls nur den simplen zyklischen Pitch in Relation zur Rotor(wellen)achse als Ausgangswert nützen! Nur der in Bezug zur Neigung der Rotorebene gegen die Rotorachse korrigierte Pitch liefert eine korrekte Aussage darüber, wohin das Blatt gerade gesteuert wird.

Man kann erwarten, dass wenn die zyklische Blattschwingung in Nähe der Resonanz erfolgt, der zyklische Pitch stets sehr nahe am Nullkraft Pitch läuft, es ist ja dann nur wenig anregende Energie erforderlich.
Bei hoher Dämpfung, massereichen Blättern, ungünstiger Resonanzlage muss dann entsprechend stärker aus der Nullkraft Lage heraus angesteuert werden.

Jedenfalls muss man schon ein bisserl genauer hinschauen, um zu sagen, wo welche Kräfte entstehen!

Resonanzen, Massenträgheit und die Kompressibilität der Luft als kraftspendendes Medium können natürlich zu gewissen Phasenabweichungen führen. Wenn man sich alternativ eine sinusförmige Zwangsführung mittels Kulisse zur Anregung der Schlagbewegung vorstellt, wird klar, dass es damit weniger Probleme geben wird, exakte Abläufe zu erzeugen, als wenn man sich dazu an einem nachgiebigen Luftpolster abstützen muss.

Das erklärt auch Achsen Unterschiede zwischen Rotoransteuerung und tatsächlicher Kipprichtung, die man durch Taumelscheibendrehung ausgleicht.

Da geht´s dann aber um einige wenige Grad, für die personentragende Bo-105 habe ich von 12 gelesen.

Punkt 6, Präzession:

Präzession tritt auf, wenn man einen Rotor über eine Kraft an seiner Achse neigt. Die aus ihrer Rotationsrichtung gezwungene Masse entwickelt eine kippende Kraft in Richtung 90° zur Neigung. Wird der Rotor durch aerodynamische Einwirkung geneigt, werden die Massenkräfte schon durch Luftkräfte gebändigt, nimmt er seine Achse einfach mit, ohne seitliche Kippungen. Präzession entsteht dann nur an rotierenden Elementen mit entsprechender Achsenausrichtung im übrigen Helikopter, etwa dem Motor, dem Getriebe, dem Heckrotor. Da wird die Neigung ja wieder von den Achsen her eingeleitet.


LG, Philipp

[<<Philipp>>]

Noch einmal auf den Punkt gebracht, ...

..., maximal reduziert:

Die zyklische Steuerung des Helikopter Hauptrotors wird oft falsch erklärt, weil

- man durch einen Betrachtungsfehler eine Phasenverschiebung von 90° zu beobachten glaubt, die tatsächlich nicht existiert.

- man, um diese Phasenverschiebung zu erklären, zwei Phänomene (Präzession und Resonanz) heranzieht, bei denen zwar auch ein Winkel von 90° auftritt, die aber in dieser Form hier nicht vorkommen.

- an einer rotierenden Masse durch Präzession nur dann Bewegung rechtwinklig zur Kipprichtung entstehen kann, wenn die Kippung von der Achse her eingeleitet wird.

- Phasenverschiebungen von 90° oder mehr bei Resonanzphänomenen meist nur dann auftreten, wenn die Anregung über Veränderungen der rückstellenden Kräfte erfolgt (wie im klassischen Federpendel Experiment). Das trifft für den schlagenden Rotor nicht zu, da seine Rückstellkraft die auf ihn wirkende, konstante Fliehkraft ist.

- bei (wie im Falle der Rotorblätter) direkter Anregung einer schwingenden Masse zwischen anregender Kraft (der auf die Blätter wirkenden Luftkraft) und angeregter Schwingung eine nennenswerte Phasenverschiebung nur im Rahmen einer eventuellen Elastizität oder Inhomogenität dieser direkten Krafteinleitung auftreten kann. Bei starrer oder wenig elastischer Einleitung ist sie null oder sehr gering. Das erklärt (zusammen mit Massenkräften) die tatsächlich beobachtbaren Achsenabweichungen zwischen Steuerung und Rotorkippung im ein- bis niedrig zweistelliger Gradbereich.

Alles klar?

LG, Philipp

[Thomas L.]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

- an einer rotierenden Masse durch Präzession nur dann Bewegung rechtwinklig zur Kipprichtung entstehen kann, wenn die Kippung von der Achse her eingeleitet wird.

das würde bedeuten dass ein rotierender Ring, weil er keine Achse hat, nicht der Kreiselpräzession ausgesetzt ist. Das kann ich mir nicht vorstellen.

Grüßle Thomas

[Thomas L.]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

bei einem Paddelheli wird die Paddelebene aerodynamisch aus ihrer Lage bewegt, also keine Kraft aus der Achse und trotzdem Kreiselpräzession ! ?

[Thomas L.]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

nimm ein relativ großes Kugellager, halte es am Außenring und beschleunige den Innenring, z.B. mit Pressluft, und kippe nun das Kugellager mit dem schnell drehenden Innenring, wird man da die Präzession spüren ?

Grüßle Thomas

[<<Philipp>>]

Hab ich auch nicht gesagt!

das würde bedeuten dass ein rotierender Ring, weil er keine Achse hat, nicht der Kreiselpräzession ausgesetzt ist.

Natürlich sind Präzessionskräfte (eigentlich -beschleunigungen) immer vorhanden, wenn sich Masse dreht und ihre Achse kippt.

Die Frage ist, ob diese Kräfte Bewegungen verursachen, oder nicht!

Wenn Du der Präzessionskraft eine gleich große entgegensetzt, kann keine Bewegung entstehen.

Wenn Du, wie beim Heli Rotor, die Masse (der Rotorblätter) durch aerodynamische Kräfte auf eine neue Bahn, eine gekippte Rotationsebene zwingst, überwindest Du ja schon die von ihr ausgehende Präzessionskraft, und zwar dort, wo sie entsteht, direkt an der Masse, nicht indem Du an der Achse ansetzt.

Die Achse kippt dann einfach mit.

Das ist ein ganz ähnliches Problem, wie das zuvor im Zusammenhang mit der Resonanz beschriebene:
Wo wirken Kräfte, was verursachen sie?

Nur wenn Du Dir das richtig überlegst, weißt Du, welche Formeln Du auspacken musst, um zu richtigen Ergebnissen zu kommen. Auch wenn Du der perfekte Mathematiker bist, kommt Müll raus, wenn der Ansatz nicht stimmt!

bei einem Paddelheli wird die Paddelebene aerodynamisch aus ihrer Lage bewegt, also keine Kraft aus der Achse und trotzdem Kreiselpräzession ! ?

Der Hilfsrotor hat beim Modellheli zwei Aufgaben:

- Zu stabilisieren, wie sich Herr Bell das ausgedacht hat.

- Steuerkräfte zu reduzieren, was die Idee von Herrn Hiller war.

Im Bell-Hiller Rotor ist dann beides rein gepackt!

Der Bell Rotor, wie man ihn von der Huey kennt, ist frei aufgehängt, entwickelt möglichst keine aerodynamischen Kräfte, soll seine Präzession ausleben können. Der dient ja der Stabilisierung, soll ein "Ebenengedächtnis" entwickeln, möglichst aus seiner Rotationsebene nicht raus wollen.

Beim Hiller Rotor wirkt primär wieder die Aerodynamik, lenkt die Massen auf gewünschte Bahnen, gegen ihre Präzessionskräfte und über sie hinaus, und diese Auslenkung überträgt man dann auf die Hauptrotor Blätter, reduziert so die notwendigen Kräfte für die zyklische Steuerung.

Wie sich was auswirkt, beeinflusst man über Massen, Größe der Paddel, Länge der Paddelstange, Hebelverhältnisse des Mischergestänges.

Deswegen kannst Du Paddelhelis nur recht mühsam abstimmen, 3D und F3C in einer Maschine geht nicht. Dafür brauchen FBL Helis starke Servos, weil ihnen der Verstärkungseffekt des Hiller Rotors fehlt.

Schweben ohne Ansteuerung heißt, dass keine auslenkenden aerodynamischen Kräfte entstehen, dadurch kann die Masse des Hilfsrotors Präzessionskräfte entwickeln, der Hilfsrotor wirkt stabilisierend.

Ansteuerung des Hilfsrotors bewirkt aerodynamische Kräfte, die die Präzession seiner Masse überwinden, es entstehen zyklische Auslenkungen und damit Steuerkräfte auf den Hauptrotor.

nimm ein relativ großes Kugellager, halte es am Außenring und beschleunige den Innenring, z.B. mit Pressluft, und kippe nun das Kugellager mit dem schnell drehenden Innenring, wird man da die Präzession spüren ?

Achse, Welle, ... auch wenn Du den Außenring greifst, setzt Du an der geometrischen Achse an! Denk´ Dir viele Miniraketen gleichmäßig am Innenring verteilt, und aktiviere sie zyklisch so, dass die Ebene Deines Kugellagers kippt (ohne Dir die Finger zu verbrennen), dann geht die Achse des ganzen Lagers einfach mit, ohne irgendeine andere Kippung. DAS entspricht dann dem zyklisch angesteuerten Heli Rotor!


LG, Philipp

[Thomas L.]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Hallo Philipp,

wer Deine Beiträge zu diesem Thema aufmerksam liest wird feststellen, dass Du Dir teilweise selbst widersprichst, oder Dich zu unpräzise und nicht für jeden verständlich ausdrückst. Das soll keine Provokation sein, nur mein Meinung.

Grüßle Thomas

[Thomas L.]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Achse, Welle, ... auch wenn Du den Außenring greifst, setzt Du an der geometrischen Achse an! Denk´ Dir viele Miniraketen gleichmäßig am Innenring verteilt, und aktiviere sie zyklisch so, dass die Ebene Deines Kugellagers kippt (ohne Dir die Finger zu verbrennen), dann geht die Achse des ganzen Lagers einfach mit, ohne irgendeine andere Kippung. DAS entspricht dann dem zyklisch angesteuerten Heli Rotor!

Deine vielen Miniraketen setzen auch an der geometrischen Achse an.

Grüßle Thomas