Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

[smartrobert]

Hallo liebe Heli-Gemeinde,

ich habe eine Frage an die Graupner Bell 212 Twin Jet Besitzer: Wie groß ist der deutlich sichtbare Konuswinkel der Hauprotorblätter zueinander?

Wäre es möglich, dass jemand diesen an seinem Twin Jet nachmißt?

Habt recht herzlichen Dank für eure Hilfe,

Robert

[WGS]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Hallo,

der Konuswinkel eines Rotors ist nicht einstellbar, sondern er ergibt sich aus mehreren Faktoren wie Drehzahl, Blattmasse, Battschwerpunktabstand von der Mitte und Masse des Hubschraubers.
Während man heute bei den meisten Modellhelis aufgrund der hohen Drehzahl und der relativ schweren (Kunststoff-) Blätter von einem Konuswinkel von 0° ausgeht, wodurch die Verhältnisse in Normal- und Rückenfluglage gleich sind, hat man in der Anfangszeit versucht, den sich im Flug ergebenden Konuswinkel bei den Blattaufhängungen im Kopf nachzuempfinden. Bei den schweren Modellen der Anfangszeit mit leichten, biegesteifen (Holz-) Rotorblättern und niedrigen Drehzahlen war dieser Konuswinkel deutlich sichtbar. Das bedeutet aber nicht, dass der im Rotorkopf eingebaute Winkel der Blattaufhängungen dem tatsächlich auftretenden Konuswinkel des Rotors entspricht, zumal dieser, wie gesagt, nicht konstant ist und z.B. von der Drehzahl abhängt.

Mit anderen Worten: Was immer sich am Original-TwinJet-Rotorkopf ergibt, ist o.k., solange es auf beiden Seiten gleich ist.

[smartrobert]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Wolfgang danke für Deine Erklärung. Aber wie groß ist nun dieser "voreingestellte Konuswinkel" beim alten Twin Jet?

Grüße Robert

[WGS]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Es sind ungefähr 2,5° je Seite.

[WGS]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Korrektur: Es sind ~ 4° auf jeder Seite.

[Tobi Gräf]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Nur als Anmerkung, wenn ich mich nicht ganz täusche, hatte die Bell222 von Graupner sogar einen konstruktiv vorgegebenen negativen Konuswinkel, warum auch immer..... Vielleicht weiß Wolfgang da mehr

[WGS]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Ja, das stimmt.

Das war so eine merkwürdige Idee von Prof. Demuth, geleitet von der irrigen Vorstellung, dass man den Konuswinkel erzwingen kann.
Da man bei der 222-Mechanik (Best.-Nr. 79) unbedingt ohne Hillersteuerung fliegen wollte, was zu der Zeit Neuland war, sollte die Rotorebene (warum auch immer) flach sein, also eine wirkliche Ebene, und weil das nun einmal nicht gelingen kann, solange der Heli ein Gewicht ungleich 0 hat, dachte man das zu erreichen, indem die Blätter mit negativem Konuswinkel am Rotorkopf eingespannt wurden: Im Fluge sollten sie sich dann auf 0° Konuswinkel hochbiegen. Daß dadurch schon im Schwebeflug die Drehachsen der Blätter einen Knick bekommen, hat man offensichtlich nicht bedacht, und auch das hat, neben weiteren Konstruktionsfehlern, zu den schlechten Steuereigenschaften dieses Rotors beigetragen.
Der später hinzugefügte Hillerrotor hat dann, wie bei den meisten damaligen Konstruktionen, die jeweiligen Eigentümlichkeiten der Rotorsysteme ausgebügelt und letztlich trotz der negativ eingespannten Blätter zu recht ansprechenden Flugeigenschaften geführt, zumal der negative Winkel nur sehr klein ist.

Tatsächlich hatte ich lange überlegt, ob ich für meinen Bell Trainer neue Rotorkopf-Seitenplatten anfertigen sollte mit gerade eingespannten Blättern, wie allgemein üblich, aber die Praxis hat gezeigt, dass dieser Fehler keine wirklichen Probleme erzeugt; daher habe ich es im Originalzustand belassen.

[Tobi Gräf]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

So etwas in der Art habe ich fast vermutet, aber herzlichen Dank für die Hintergrundinformation, sehr lehrreich (engl.: emptyrich)

[smartrobert]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Wolfgang,

ich danke Dir schon einmal für Deine Hilfe.

Der Hintergrund meiner Anfrage ist dieser, dass ich momentan einen Rotorkopf für eine Bell UH-1B baue. Der Rotordurchmesser liegt bei 1.85 m. Damit im Flug ein realistischeres Flugbild des Rotorkopfes/Blätter entsteht, möchte ich einen "mechanisch vorgegebenen Konuswinkel" einbauen.

Das Blattprofil wird symetrisch sein, die Blätter aus CFK/GFK - möglichst steif, damit mit einem Stabi geflogen werden kann. Durch die Fliehkraft aber auch den Auftrieb der Blätter werden die Blätter sich bestimmt in eine rechnerisch schwer darstellbare Richtung ausrichten.

Ich vermute einmal, dass der resultierende Kraftvektor stärker von der Fliehkraft der Blätter, als von dem Auftrieb dieser beeinflusst wird. Anders herum wird man aber einen Scale-Heli eher nur mit einer eng begrenzten Drehzahl am Kopf fliegen wollen, so dass man hier die zu erwartenden Kräfte besser einschätzen und den Kopf entsprechend konstruieren kann.

Auch erwarte ich ein eigenstabileres Flugverhalten des Kopfes, da ja ähnlich einem Flächenmodell eine V-Form eingebaut ist.

Was meinst Du dazu?

Viele Grüße,

Robert

[Tobi Gräf]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Der Kopf wird sicher nicht durch den Konuswinkel eigenstabiler, dieser ergibt sich sowiso, und es ist durchaus imposant zu sehen (Hochgeschwindigkeitskamera) was Rotorblätter (auch sehr steife) während ihres Umlaufes so treiben. Eigenstabiler wird das Flugverhalten nur durch einen Pendelkopf (wie bei der Original UH, Achtung, Risiko von Mast-Bumping). Oder durch Schlaggelenke. Bei starren Köpfen liegt der Neutralpunkt mehr oder weniger im Zentralstück auf Höhe der Blattlagerwelle oder etwas darüber. Das merkt man eigentlich nicht. Interessant ist die Verschiebung des Neutralpunktes nach oben bei Schlaggelenkköpfen. Der Neutralpunkt liegt auf der Fünffachen Höhe des Abstandes Rotorwelle/Schlagachse über dem Zentralstück. Deshalb neigt zum Beispiel eine DS 22 sehr wenig zum umkippen, der Neutralpunkt liegt hier etwa 30cm über dem Tentralstück, der Heli hängt also wirklich wie ein Pendel am Haken.
Nachteil der Schlaggelenke ist, dass du eine Taumelscheibenverdrehung benötigst und diese erfliegen mußt, 90° gelten nur bei starren Köpfen. Auch je nach Blattprofil muß die Drehung geändert werden, aber keine Sorge, fang mit 90° grad an, das ganze ist beherschbar !

[WGS]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Hallo Robert,

wenn die Modellhelis größer und schwerer werden, werden auch viele Dinge, die man bei "kleinen" Modellen vernachlässigen kann, nicht mehr vernachlässigbar.

Bei 185cm Rotordurchmesser ergibt sich in jedem Fall das gewünschte, realistische Flugbild mit entsprechendem Konuswinkel, gleichgültig, wie Du die Blätter am Kopf einspannst.

Das Blattprofil wird symetrisch sein, die Blätter aus CFK /GFK - möglichst steif, damit mit einem Stabi geflogen werden kann.

Diese Zusammenhänge bestehen so nicht.
Damit der Rotor "flybarless" geflogen werden kann, ist das Blattprofil unerheblich. Entscheidend ist, dass die Blätter bezgl. ihres Blattschwerpunktes (in Profilrichtung) korrekt getrimmt sind, so dass sie sich bei Rotation so ausrichten, dass Drehachsen, Auftriebsmittelpunkte und Blattschwerpunkte auf einer Linie liegen, die Blätter an den Spitzen also weder vor- noch nacheilen. Die optimale Methode, eine derartige Trimmung zu erreichen, ist eine Gewichtseinbettung in der Nasenkante der Blätter über die gesamte Länge; die "billigere" Methode ist ein größeres Gewicht außen.
Weiterhin ist es wichtig, dass die Blätter möglichst torsionssteif sind, dabei aber biegeweich, denn die im Modellbau verwendeten, gelenklosen Rotoren benutzen die Elastizität der Blätter als Schlaggelenk. Können sie das nicht (weil zu schlagsteif) "benutzen" sie die Blattaufhängungen als Schlaggelenk - verbogene Blattbefestigungsschrauben bis zu gebrochenen Blatthaltern sind die möglichen Folgen von zu schlagsteifen Blättern. Wie gesagt, vieles kann bei kleinen bis normalgroßen Modellen (~150cm/<5kg) vernachlässigt werden, bei größeren Modellen ist die Physik nicht mehr vernachlässigbar.

Ein Rotor mit einwandfrei getrimmten Rotorblättern läuft mit nur geringen Rückstellkräften auf die Steuerung; im Gegensatz zu den "schwanzlastigen" Blättern (z.B. einfache Holzblätter ohne Trimmung), die jeden Anstellwinkel im Lauf vergrößern wollen, ziehen diese leicht gegen 0° Anstellwinkel. Man könnte sogar ein Anlenkgestänge am Blatt aushängen, ohne dass es zu einer Katastrophe kommt: Das lose Blatt läuft auf 0°, das andere steuert positive oder negative Spurlauffehler ein. (Nicht zuhause nachmachen!!!)

Beim Aufbau derartiger Blätter verwendet man am besten Gewebe mit diagonalem Fadenverlauf, um die gewünschte Torsionssteifigkeit bei gleichzeitiger Schlagelastizität zu erreichen; das ist natürlich aufwändiger, als einfach entsprechend breites Band in die Form zu tupfen, aber anders läßt sich das gewünschte Resultat nicht erzeugen, wenn man im hinteren Bereich leicht bleiben will, um vorn nicht übermäßig viel Ballast zu benötigen. Hier bietet sich eine hohle Bauweise an mit Balsa-Stützholm in der Mitte.

Was das Blattprofil betrifft: Ein symmetrisches Profil hat den Vorteil, von Natur aus druckpunktfest zu sein, das bedeutet, dass sich der Auftriebsmittelpunkt nicht mit wechselnden Anstellwinkeln nach vorn oder hinten verschiebt, wodurch sich ein entsprechender Abstand zum Schwerpunkt ergäbe, was wiederum entsprechende rückwirkende Momente in die Steuerung erzeugen würde.
Allerdings ist der Maximalauftrieb eines symmetrisch profilierten Blattes geringer, als bei asymmetrischen Profilen.
Vom Wirkungsgrad her ist der beste Kompromiss ein Blatt mit sogen. "S-Schlag" (Reflex Foil): Hier nutzt man den höheren Auftrieb eines asymmetrischen Profils und gibt ihm durch die hochgezogene Endkante die Druckpunktfestigkeit eines symmetrischen Profils: Für schwere Modelle, die nicht auf dem Rücken schweben sollen, ist das die beste Wahl. Auch das läßt sich, wenn die Blatt-Trimmung stimmt, problemlos "flybarless" fliegen (auch ohne Stabi ).

Durch die Fliehkraft aber auch den Auftrieb der Blätter werden die Blätter sich bestimmt in eine rechnerisch schwer darstellbare Richtung ausrichten.

Ja eben, daher kannst Du den Rotorkopf auch beliebig, so vorbildähnlich gestalten, wie Du willst; die Blätter richten sich so aus, wie sie von der Physik gezwungen werden. Wie ich zuvor schon mal geschrieben habe, ist der Konuswinkel nicht konstant, sondern stellt sich dynamisch ständig neu ein.

Auch erwarte ich ein eigenstabileres Flugverhalten des Kopfes, da ja ähnlich einem Flächenmodell eine V-Form eingebaut ist.

Da wirst Du enttäuscht werden, Konuswinkel und V-Form haben nichts gemeinsam.

[Tobi Gräf]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Wie gesagt, vieles kann bei kleinen bis normalgroßen Modellen (~150cm/<5kg) vernachlässigt werden, bei größeren Modellen ist die Physik nicht mehr vernachlässigbar.

Tatsächlich unterscheiden sich die o.g. Modelle bis ca 5kg ganz erheblich von echten oder größeren RC Helis. Die kleinen Kisten werden in den meisten F ällen tatsächliche durch die sich beeinflussenden Drehmomente im Rotor verursacht durch die Blattverstellung (Kreiselpräzision) zyklisch gesteuert. Je härter der Kopf, desto präziser die Steuerung. Das Funktioniert aber nur, weil im Verhältnis zur größe viele Teile überdimensioniert sind. Starre Rotoren sind also nichts anderes als ein Kreisel.
Werden die Modelle größer, so würde das, auf Grund der Verwendeten Materialien und Baugrößen nicht mehr funktionieren. Man darf nicht vergessen, dass im rotierenden System die Belastungen vielfach quadratisch steigen. Deshalb benötigen diese Modelle oder manntragenden Helis mindestens halbstarre Köpfe oder flexible Blätter. Hier wird die Schlagbewegung des Blattes für die zyklische Steuerung verwendet, deshalb sind die Taumelscheiben oft um enen Faktor X verdreht. Hier gibt es jedoch keine Faustformel zur Berechnung.
Man sollte sich nur vor Augen halten, dass die Belastungen bei doppelten Rotorkreis weit höher sind !

[smartrobert]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Wolfgang & Tobi, danke schon einmal für eure ausführlichen Erklärungen.

Bei starren Köpfen liegt der Neutralpunkt mehr oder weniger im Zentralstück auf Höhe der Blattlagerwelle oder etwas darüber.

@Tobi: Das verstehe ich nicht so richtig. Welchen Neutralpunkt meinst Du? Sicher nicht den aerodynamischen des Rotorblattes?

@Wolfgang: Meine Aussage zu dem FBL habe ich etwas ungenau formuliert.

Diese bezog sich tatsächlich weniger auf das verwendete Rotorblattprofil, (die damit verbundenen Sachverhalte sind mir eigentlich klar) sondern auf die Verwendung eines elektronischen V-Stabisystems, welches mit einer harten Dämpfung und biegesteifen Blätter besser arbeitet, als eben mit dem umgekehrten Fall.

Vom V-Stabisystem verspreche ich mir eine bessere Steuerbarkeit des Helis bzgl. der Wegroll- und Aufbäumtendenz beim Schnellflug.

Die andere Möglichkeit für meine Konstruktion wäre wenn ich biegeweiche Rotorblätter herstellen würde, die dann ein "eingebautes Schlaggelenk" hätten, wobei sich dann auch meine Frage nach dem Konuswinkel von selbst ergeben würde. Bei dieser Variante vermute ich aber, dass das V-Stabisystem die Flugbahn nicht so sauber ausregeln kann.

Die 1,80 m Bell UH-1B von Vario lässt sich mit dem von Vario empfohlenen weicheren Rotorkopf- und Blattkombination auch ohne V-Stabisystem fliegen, allerdings muss ich als Pilot die Aufbäumtendenzen aussteuern.

Aus euren Ausführungen ergibt sich dann doch für mich die Konsequenz (ich möchte ja die typische V-Form der Rotorblattebene haben), dass ich eher ein weiches System (also biegeweiche Blätter als Schlaggelenk) zur Ausführung bringe, in der Hoffnung dass das V-Stabisystem unterstützenden beim Rundflug eingreift?

Hier habe ich die Bedenken, dass bei einem zu weichen Regelkreis bestehend aus V-Stabisystem -> weicher Rotorkopf + Rotorblätter -> schnellere Vorwärtsfahrt das System sich ungewollt aufschaukeln könnte.

Bin mal auf eure Meinung dazu gespannt,

Viele Grüße

Robert

[Tobi Gräf]

AW: Graupner Bell Twin Jet - Frage zum Konuswinkel

Gemeint war der Neutralpunkt des Helis, in welchem alle Kräfte angreifen. Vereinfacht besteht der Heli aus einer Kreisscheibe, der Neutralpunkt kann hier an verschiedenen Stellen zu finden sein, wie oben beschrieben. Also starrer Kopf = Neutralpunkt in der Mitte der Blattlagerwelle=indifferent, Halbstarrer Kopf=Neutrelpunkt über der Blattlagerwelle=tendentiell stabileres Flugverhalten (richtig stabil wird ein Heli nie).