Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

[jumphigh]

AW: Hm ...

Ja. Und in welcher Frequenz schlägt aber das Blatt? Genau im Takt des Blattumlaufs, oder?

Ja, das sage ich doch die ganze Zeit. Erzwungene Schwingungen schwingen (auf lange Sicht) mit der äußeren Anregungsfrequenz, also hier immer mit den RPM des Rotors. Das ist in der Gleichung auf Seite 7 das große Omega. Die Wurzel dahinter ist größer gleich 1, somit ist die Eigenfrequenz abhängig vom Abstand des Schlaggelenkes größer gleich der äußeren Frequenz.

Chef bleibt trotzdem immer die aerodynamische Anregung.

Vielleicht reden wir aneinander vorbei, aber Resonanz bedeutet doch nicht, dass man keine äußere Kraft mehr benötigt. Ursache ist natürlich immer die aerodynamische Anregung/Erzeugen von Auf-/Abtrieb durch ßnderung des Anstellwinkels. Nur ist es halt so, dass man selbst mit noch so viel Anregung kaum Effekte erzielt, wenn man nicht in die Nähe der Eigenfrequenz kommt. Beispiele dafür hast du selber angeführt. Bekommt man die Blätter nicht zum Ausschlagen, kann man den Heli nicht steuern. Das findest du bei Bittner noch einmal knapp nach Abbildung 5.4 ausgeführt.

Oder siehst Du da irgendwo die aerodynamischen Kräfte durch die zyklische Pitchveränderung?

Das ist nicht so klar ausgedrückt, aber auf Seite 6 steht:

Blattschub F_kpsi im Abstand ri vom Blattgelenk A periodisch wechselnd über Umlauf => periodisch wechselndes beta

Dass müsste dann auf der nächsten Seite in der DGL Bestandteil des d(psi) sein. Psi ist der Rotationswinkel des Mastes/Rotors, Groß-Omega=dpsi/dt.

Noch einmal, siehe Lockzahl. Was sagst Du dazu?

Leider zeigt mir Google Books diese Seiten von Abschnitt 5.5.2 nicht an. Aber Abschnitt 5.5.1 führt doch gut ein: Man hat die konstante Anregung durch den Kollektivpitch, der den Konus erzeugt. Dazu addieren sich nun die harmonischen Anteile der zyklischen Steuerung. Die Blätter schwingen dadurch bei jedem Umlauf um die Konusfläche.

[Krassyn]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

[<<Philipp>>]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

Nix ballern, konstruktiver Dialog!

LG, Philipp

[<<Philipp>>]

Moment!

Ich habe dank Deiner Anregungen meinen Bittner wieder einmal vom Staub befreit, und wieder einmal festgestellt, dass der Autor aufgrund seiner Vita zwar ein Kapazunder in seinem Fachgebiet sein dürfte, Didaktik aber nicht gerade zu seinen Kernkompetenzen zählt.

Wenn er die Formeln auspackt, gibt er dem Konstrukteur wertvolles Werkzeug in die Hand (auch wenn er ja immer wieder zum Ausdruck bringt, dass gerade beim Helikopter der Mathematik Grenzen gesetzt sind), einem Amateur wie mir fällt es aber öfters schon recht schwer, den grundlegenden Inhalt heraus zu destillieren. Ich will nicht behaupten, dass er selbst den Wald vor lauter Bäumen dann nicht mehr sieht, jedenfalls macht er selten genug (und wenn, eher zufällig und leider auch irgendwo) den Schritt zurück, um klar zu stellen: "Darum geht´s, das ist die Basis der ßberlegungen, die Aussage der Berechnungen!"

Nur ist es halt so, dass man selbst mit noch so viel Anregung kaum Effekte erzielt, wenn man nicht in die Nähe der Eigenfrequenz kommt.

Und da muss ich jetzt nachhaken, bevor ich weiter schreibe:
Denkst Du tatsächlich, dass man schwingende Systeme nur dann betreiben kann, wenn man Resonanz Effekt zu Hilfe nimmt, so etwas nur mit Verstärkung und Unterstützung durch Resonanzen funktioniert?

LG, Philipp

[ThomasC]

AW: Ganz schön viel:

Servus,

grad erst gefunden den Thread. Hier geht's ja rund. Bei den Formeln kann ich nicht mithalten, Bittner habe ich nicht gelesen, aber Michael Schreiner's Ausführungen hab ich mir mehrfach durchgelesen. Irgendwann hat es "klick" gemacht. Dazu mein Verständnismodell (das nicht richtig sein muß, ich bin kein Physiker):

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.

Blattmasse beeinflußt die Eigenfrequenz nicht. Es geht um ein schwingendes System, sprich: Pendel. Und die Schwingfrequenz eines Pendels ist von der Masse oder Form unabhängig (wenn man die Luftreibung vernachlässigt). Die wird alleine durch die (hängendes Pendel auf der Erde angenommen) Gravitationskraft 9,81 m/s² und den Abstand Schwerpunkt zu Aufhängung bestimmt. Beim Rotorblatt als "Pendel" wird die Gravitation durch die Zentrifugalkraft ersetzt - steigt also proportional zur Drehzahl. * und damit steigt auch die Resonanzfrequenz. Was ich da noch nicht ganz kapiert habe: warum ist das Ganze unabhängig vom Schwerpunktabstand der Blätter. Oder ist es das gar nicht? Ist der Schwerpunktabstand vielleicht der Grund, warum manche Blätter so viel agiler als andere reagieren? Ich dachte immer, der Vorlauf sei hier alleinentscheidend.

Ich denke ebenfalls (mit gefährlichem Halbwissen), daß der Resonanzeffekt entscheidend bei der Helisteuerung hilft.

Hoffe ich hab die Fragestellung richtig verstanden. Komme im Kopf nicht ganz hinterher, da mir Wissen fehlt, wollte aber kurz mitreden

Gruß

ThomasC

edit: bei * was eingefügt

[<<Philipp>>]

Wir basteln ja an einer Lösung!

Ich denke ebenfalls, daß der Resonanzeffekt entscheidend bei der Helisteuerung hilft.

Davon bin ich eben (noch) nicht überzeugt! Aber vielleicht kommen wir letztlich zu gemeinsamen Erkenntnissen!

Mit der Pendelschwingung habe ich auch meine Probleme. In der Formel zum physikalischen Pendel steht die Masse ja schließlich drin. Aber die Mathematik ist wiederum nicht meine Kernkompetenz, umso mehr versuche ich immer, die Dinge für mich möglichst plastisch vorstellbar zu gestalten!

Was unbestritten immer Einfluss hat, ist der Schlaggelenk Abstand. Bei gelenklosen Systemen (wie den meisten unserer RC Modelle) muss man den aber irgendwo annehmen. Dabei spielt natürlich das Biegeverhalten des Blattes eine wesentliche Rolle. Ein steifer Blattgriff Bereich verlegt das "Gelenk" weiter von der Rotorachse weg. Also schon von daher muss das Blatt mit seinem Aufbau spürbar Einfluss auch auf Resonanzen haben. Der Schwerpunkt natürlich ebenfalls. Die Laufgeschwindigkeit eines Uhrwerks verändert man ja durch rauf und runter stellen der Pendelscheibe.

LG, Phil

[ThomasC]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

[MENTION=60618]Phi[/MENTION]l: ich zitiere mal Wikipedia:

Eine Eigenschaft des Schwerependels ist, dass seine Schwingungsdauer nur von der Länge, nicht aber von der Art, Gestalt oder Masse des Pendelkörpers abhängt, bzw. von der Größe der Auslenkung, vorausgesetzt, diese bleibt auf wenige Grad beschränkt. Dies wurde erstmals von Galileo Galilei festgestellt und nach den vertiefenden Untersuchungen durch Christiaan Huygens zur Regulierung der ersten genauen Uhren verwendet.

(Quelle: Pendel - Wikipedia ). In Formeln kann ich das schwer nachvollziehen, ich stell mir das immer als Bild im Kopf vor und probiere aus. Wie schon angedeutet, ich bin kein Physiker, kann also an der Stelle keinem formelzentrierten Gespräch folgen. Aber ich gehe davon aus, daß bei technischen Themen im Wikipedia kein Mist steht, außerdem deckt sich das mit meinen Erfahrungen (ich vollziehe sowas gerne mit einfachen Mitteln nach, und da paßt es: die Masse beeinflußt das Pendel nur unwesentlich, und den Unterschied schiebe ich auf Reibungsverluste).

Die Resonanz kommt ja bekanntermaßen bei Bodenkontakt zum Tragen. In der Luft wird sie dadurch gedämpft, daß der Heli eine zyklische Bewegung macht. Auf dem Boden, wo diese Form der Dämpfung wegfällt, kann es zur Bodenresonanz kommen. Hab mir mal einige Videos dazu angeschaut und war fasziniert (und froh, nicht in so einem Ding drinzusitzen, das sich gerade selbst in alle Teile zerlegt).

Gruß

ThomasC

[jumphigh]

AW: Moment!

Denkst Du tatsächlich, dass man schwingende Systeme nur dann betreiben kann, wenn man Resonanz Effekt zu Hilfe nimmt, so etwas nur mit Verstärkung und Unterstützung durch Resonanzen funktioniert?

Das hängt natürlich immer vom Ziel ab! Eine Brücke soll eben nicht schwingen, also darf man da der Eigenfrequenz und damit Resonanz nicht zu Nahe kommen, damit die Ausschläge klein bleiben. Beim Heli verweise ich auf Bild 5.4 von Bittner. Wie du siehst, kann man bei starker Dämpfung nur in der Nähe der Resonanz Blattausschläge erreichen, die ausreichend große Kraftvektorverschiebungen und Drehmomente ermöglichen.

Aber man hat auch keine andere Wahl! Der Rotor wird immer nah an der Eigenfrequenz der Blätter bzw. der Resonanzfrequenz des Systems betrieben. Siehe die Gleichung auf Seite 7 der von mir geposteten Slides. Egal, wie schnell ich meinen Rotor laufen lasse, die Eigenfrequenz passt sich immer entsprechend an. Insofern ist die Frage nach Zwang zur Resonanz beim Rotor von selbst geklärt.

Zum Thema Pendel verweise ich auf den Wikipediaeintrag zum mathematischen Pendel. Wie man sieht, kürzt sich die Masse beim Fadenpendel heraus. Im Gegensatz dazu betrachtet das physikalische Pendel die Form des Gegenstandes über das Trägheitsmoment zur Drehachse. Dies erklärt, warum unterschiedliche Blätter mit verschiedenen I auch unterschiedlich schwingen. Eine unterschiedliche Masseverteilung und der interne Aufbau der Blätter sorgt beim Heli jeweils für eine abweichende Bewegung und Kopfgeometrie (Abstand des virtuellen Schlaggelenkes).

[<<Philipp>>]

Kontra!

@ ThomasC:

An der Seite zum Pendel wird ja gebastelt, da sträuben sich mir beim Lesen ein, zwei Haare!

Deswegen spiele ich diese Karte aus: Physikalisches Pendel - Wikipedia

Ich hab mich einmal einige Zeit intensiver mit Uhrmacherei beschäftigt, da wird das natürlich auch thematisiert und dann oft genug praktisch etwas getan, das man theoretisch anders erklärt, auch weil theoretische Modelle und ihre mathematisch gesetzmäßigen Umsetzungen oft Annäherungen sind und nur mit Vereinfachungen funktionieren.

Wenn Du ein naturwissenschaftliches Gesetz anwendest, und Du kommst drauf, dass es in der Natur anders läuft, stimmt dann Dein Gesetz nicht, oder hält sich die Natur nicht dran?

Bodenresonanz (gibt auch Luftresonanzen) geht weit über das Schwingungssystem Rotor (wie wir es hier gerade behandeln) hinaus. Da spielt vor allem die Schwenkbewegung der Blätter mit, und dann ein ganzes Paket an Komponenten des Helikopters und seiner Umgebung (Zellenstruktur, Aufhängung der Kopfkonstruktion in ihr, Landegestell mit all seinen Komponenten, der Boden, auf dem der Heli steht, ... ). Wenn sich da dann irgendwo im System eine zur Anregung durch den Rotor passende Eigenfrequenz findet, geht´s rund! Bittner hat ein eindrucksvolles Beispiel (mit Foto im Buch) dazu:
Sie haben in der Entwicklungsphase eine Bo-105 Zelle mit einem vorhandenen 3-BlattKopf ausgestattet, weil der 4-Blatt Kopf noch nicht fertig war. Ergebnis war ein Totalschaden beim Hochlaufen, der Testpilot hat wie durch ein Wunder kaum verletzt überlebt!

LG, Phil

[ThomasC]

AW: Fluglage ändern bei 0 Grad Pitch

[MENTION=60618]Phi[/MENTION]l: rein wissenstechnisch muß ich da jetzt passen. Wie war der Spruch: Praxis ist, wenn alles geht, und keiner weiß wieso? Stimmt, bei der Bodenresonanz kommt ja noch das Landegestell dazu, da hab ich mich wohl in einen falschen Gedankenfaden verwickelt, danke für's auswickeln

Gruß

ThomasC

[<<Philipp>>]

Resonanz, Dämpfung, Kräfte:

Beim Heli verweise ich auf Bild 5.4 von Bittner. Wie du siehst, kann man bei starker Dämpfung nur in der Nähe der Resonanz Blattausschläge erreichen, die ausreichend große Kraftvektorverschiebungen und Drehmomente ermöglichen.

Dieses Bild wird von Bittner unter anderem zur Demonstration der Resonanzkatastrophe gezeigt.

In der Y- Achse des Diagramms steht das Ampitudenverhältnis von Schwingung zu Anregung. Schon im Ursprung der X-Achse (Ï?A/Ï?S) ist das Verhältnis 1, unabhängig von der Dämpfung. Dass es ohne Resonanz keine Steuerung gibt, kann man daraus nicht ableiten.

Die Hauptfrage, die es hier zu klären gibt: Wo bewegen wir uns beim Dämpfungsmaß? 0,5 - pfeif´ auf die Resonanz! Darüber ist es sogar sinnvoll, unter der Resonanzfrequenz anzuregen, gegen 0,1 hin und darunter - große Vorsicht, wäre schön, wenn´s die Resonanz überhaupt nicht gäbe!
Resonanz zur Verstärkung der Schwingung zu nützen, geht also nur in einem sehr schmalen Dämpfungsbereich.

Das Diagramm zeigt daher eigentlich, dass man sich in erster Linie mit der Dämpfung im System des Blattschlags beschäftigen muss!

Resonanz als potentielles Helferlein mit Januskopf: Richtig eingesetzt sehr hilfreich, teuflisch destruktiv kann sie aber auch sein. Oder einfach ein blöder Bremsklotz!

Insofern ist die Frage nach Zwang zur Resonanz beim Rotor von selbst geklärt.

Klar ist der Zwang, sich mit der Resonanz auseinander setzen zu müssen, zu klären, ob sie hilft, notwendig ist, stört oder sogar eine Gefahr darstellt.

Weil´s jetzt dazu passt, Lockzahl (hab mich kürzlich noch beschwert, dass ich zu dieser Frage nix gefunden habe, dabei hatte ich die Antwort schon Jahre daheim liegen):

"(Sie) ... repräsentiert das Verhältnis der aerodynamischen zu den Massenkräften am Blatt. Sie nimmt Werte an zwischen 2 und 10."

Das gilt natürlich für die "Großen", welche Werte sie im RC Bereich hat, keine Ahnung.
Jedenfalls ist nach Bittner im (für die Resonanz) günstigsten Fall die aerodynamische Kraft am Blatt doppelt so groß wie die durch Resonanz entstehende, sie kann auch zehn mal so groß sein! Wenn da nicht klar ist, wer Chef spielen darf!

LG, Phil

[<<Philipp>>]

Zur Verdeutlichung:

Beim Heli verweise ich auf Bild 5.4 von Bittner. Wie du siehst, kann man bei starker Dämpfung nur in der Nähe der Resonanz Blattausschläge erreichen, die ausreichend große Kraftvektorverschiebungen und Drehmomente ermöglichen.

Es ist im Gegensatz zu Deiner Interpretation bei hoher Dämpfung sinnvoll, unterhalb der Resonanzfrequenz anzuregen! Die Resonanz bringt nach diesem Bild im Vergleich zur subresonanten Anregung bei hoher Dämpfung Nachteile bezüglich der Schwingungsausschläge.

LG, Philipp

[<<Philipp>>]

Resonanzkurven:

Link zum oben besprochenen Diagramm: Flugmechanik der Hubschrauber: Technologie, das flugdynamische System ... - Walter Bittner - Google Books

LG, Philipp

[jumphigh]

AW: Resonanz, Dämpfung, Kräfte:

Schon im Ursprung der X-Achse (Ï?A/Ï?S) ist das Verhältnis 1, unabhängig von der Dämpfung. Dass es ohne Resonanz keine Steuerung gibt, kann man daraus nicht ableiten.

Doch, kann man. Man muss sich über die Werte klar werden! Bei Anregungen unterhalb des Resonazbereiches ist das Verhältnis natürlich nahe bei 1. Dies deshalb, weil in diesem Bereich der Schwinger dem Anreger folgen kann (Phasenverschiebung von Null ansteigend!) und dabei natürlich keine größeren Auslenkungen als der Anreger erreicht. Kommt man (weit) in den Bereich oberhalb der Eigenfrequenz, findet praktische keine Energieübertragung mehr statt, die Ausschläge gehen bis auf 0 zurück. Resonanz ist deshalb sehr wichtig, weil man ohne nicht genug Wirkung erzeugt. Man betrachte nur einmal Musikinstrumente wie Geige oder Gitarre. Ohne resonanten Schallkörper erzeugten die Saiten nur ein mickriges Schnippsen beim Schwingen.

Aber beim Heli ist es völlig egal, ob man noch besser außerhalb des Resonanzbereiches steuern könnte! Willst du nicht verstehen, dass man überhaupt keine Wahl bei diesem System hat??? Selbst wenn du wolltest, kommt man nicht aus dem Resonanzbereich heraus. Einfach deshalb, weil die Eigenfrequenz immer der Anregung folgt und damit die Anregung immer in diesem Bereich stattfindet. Alles, was man beeinflussen kann, ist der Schlaggelenkabstand und die Dämpfung. Man könnte nun die Schlaggelenke nach außen setzen und innen stabile, sich nur kollektiv drehende Blätter verwenden. Dann hättest du nur am Ende der Blätter kleine Steuerflächen (wie beim Flugzeug, aber nicht konstant sondern zu den richtigen Zeitpunkten ausschlagend). Damit kämest du zwar wieder in den günstigeren Bereich von 1 beim Verhältnis der Amplituden (linker Bereich im Diagramm), aber die Flächen selber wären viel kleiner und produzieren so nicht genug aerodynamische Kräfte. Man gewinnt nichts.

Insgesamt ist diese Diskussion nicht akademischer Natur, sondern vollkommen sinnlos.

"(Sie) ... repräsentiert das Verhältnis der aerodynamischen zu den Massenkräften am Blatt.

Keine Ahnung, was das bedeuten soll. Was sind Massenkräfte? Ich kenne Trägheitskräfte oder Gewichtskräfte und weiß, dass Kräfte auf Massen wirken, aber das kann ich nicht ohne weiteren Kontext deuten.

[<<Philipp>>]

Sinnlos?

Willst du nicht verstehen, dass man überhaupt keine Wahl bei diesem System hat???

Ich verstehe völlig, dass die Resonanz natürlich jedem schwingenden System inhärent ist, und man folglich keine andere Möglichkeit hat, als damit zu leben.

Man kann sie aber entsprechend beeinflussen, sie ausnützen, weitgehend ausblenden, je nachdem wie man Bedingungen gestaltet, bei der Rotor Steuerung und bei zahllosen anderen Anwendungen.

Im von Dir angesprochenen Diagramm sieht man ja anhand der Linien gleicher Dämpfung, dass die Auswirkung der Resonanz von hemmend bis zerstörend gehen kann. Da muss man sich die passende Dämpfung suchen, um das zu bekommen, was man will.

Worauf ich von Anfang an hinaus will: Die Resonanz hat in Bezug auf die Achsentreue der zyklischen Steuerung nur geringe Einflüsse. Da gibt die Aerodynamik den Takt an!

Resonanz ist für den Konstrukteur eines Helis wichtig, für das Grundverständnis der zyklischen Steuerung ist sie belanglos.

Massenkräfte sind alle die, wo in der Formel zu ihrer Berechnung "m" drin steht, die es ohne Masse nicht gibt, weil dann nix da ist, wo eine Beschleunigung etwas ausrichten könnte, also Kräfte, die zufolge der Masse eines Körpers entstehen.

Ein Pendel ohne Masse pendelt nicht, weil die rückführenden Kräfte fehlen, weil Erd- oder Zentrifugalbeschleunigung nix haben, woraus sie Kräfte entwickeln könnten.
Also alles, was an Kräften entsteht, wenn Massen beschleunigt werden, auch die Kräfte einer Resonanzschwingung, bezeichnet man als Massenkraft.

Nun, wie immer Du zu unserem Diskurs hier stehst, ich fand ihn sehr interessant, Du hast mich zum Nachdenken angeregt, ich habe wieder dazu gelernt. Danke für Deine Zeit!

LG, Philipp